CN102510671A - 一种印制电路板生产中制作抗蚀图形的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种印制电路板生产中抗蚀图形的制作方法，其步骤为钻孔及孔金属化、电泳涂覆抗蚀剂、激光制作抗蚀图形及化学蚀刻等工序。本发明采用电泳涂覆抗蚀剂涂层和激光制作抗蚀图形的方法，替代现有掩孔法工艺的热压贴抗蚀光致掩蔽干膜、曝光、显影等步骤，或替代图形电镀抗蚀金属层等步骤。本发明缩短了制作抗蚀图形的工艺路线，简化了操作步骤，提高了可操作性，采用电泳方法涂覆抗蚀涂层，材料易得，操作简单易行，所形成的抗蚀层厚度薄且均匀、可靠；激光方法直接光蚀成型抗蚀图形精度高、环境好、生产柔性大。本发明适合电路板样品、小批量、多品种和更高精度制作，同时也适合一般电路板生产。

Description

一种印制电路板生产中制作抗蚀图形的方法

技术领域

本发明应用于印制电路板生产，是一种在印制电路板生产中制作抗蚀图形的方法。

背景技术

印制电路板，又称印刷电路板、印刷线路板，简称印制板、电路板或线路板，英文简称PCB(printed circuit board)或PWB(printed wiring board)。印制电路板是一种电子部件，是按照设计对于电气互连、电气绝缘以及安装配合等的要求，在绝缘材料的表面以及内部制作出平面的和以孔为主的立体的导电图形和绝缘图形，用于固定、安装元器件和实现元器件间选择性电气互连和绝缘的载体。

现在的印制电路板制造以减成法技术为主流，即以覆铜箔板为主要材料，按照设计要求，有选择地通过腐蚀减除掉不需要的铜箔，形成绝缘图形，同时保留部分铜箔作为导电图形。因此如何按照设计要求，选择性制作出抗腐蚀图形，以使需要保留的导电图形，包括作为层间互连的金属化孔不受腐蚀，就成为电路板制作技术的关键。根据制作抗蚀图形方法的不同，现有的印制电路板工艺可分为反镀法和掩孔法两种。

反镀法又可以根据孔金属化镀铜加厚时是仅在导电图形上加厚还是全板同时加厚分成图形电镀蚀刻法和全板电镀法。反镀法所使用的抗电镀材料可以是光致干膜，也可以是光致湿膜，干膜一般采用贴膜机完成压覆，而湿膜则多采用丝网印刷方法涂覆。

(1)掩孔法技术工艺的主要步骤为：钻孔-孔金属化及全板电镀铜加厚-贴抗蚀膜用以掩蔽孔及其它导电图形不被蚀刻-曝光-显影-蚀刻-退膜-涂覆阻焊、助焊剂、标记符号；

(2)反镀法之全板电镀法工艺的主要步骤为：钻孔-孔金属化及全板电镀铜加厚-贴或印抗镀膜(保护绝缘图形部分不被电镀上金属抗蚀剂)-曝光-显影-在孔壁孔底及导电图形部分电镀金属抗蚀剂-退膜-蚀刻-退金属抗蚀剂-涂覆阻焊、助焊剂、标记符号；

(3)反镀法之图形电镀法工艺的主要步骤为：钻孔-孔金属化及/或全板电镀薄铜-贴或印抗镀膜(保护绝缘图形部分不被电镀上金属抗蚀剂)-曝光-显影-图形电镀铜加厚-在孔壁孔底及导电图形其它部分表面上电镀金属抗蚀剂-退膜-蚀刻-退金属抗蚀剂-涂覆阻焊、助焊剂、标记符号。

掩孔法用干膜作为抗蚀剂掩蔽住导电图形和孔，缺点是掩孔的遮蔽效果不可靠，特别是孔环小时，掩蔽效果更差，容易漏液造成金属化孔被腐蚀，这种方法不能用于无环孔设计的电路板制作。掩孔法的另一缺点是必须采用较厚干膜，而抗蚀剂层的厚度会影响制作导电图形的最小尺寸，不利于制作精细间距的印制板。

反镀法采用金属镀层作为抗蚀剂，金属抗蚀剂涂覆于孔壁和孔底以及导电图形的其它部分，大多数情况下，金属抗蚀剂只是制作印制板过程中为完成其它工艺目的而涂覆的辅助性涂层，腐蚀出导电图形后还需要退掉，工序多，生产成本高。同样，反镀法使用干膜或湿膜时，由于技术和成本限制，涂覆抗镀膜厚度较大，不利于形成精细的抗镀图形，因此，制作出的抗蚀图形精细度也受影响，限制了最终制作出的导电图形的精度提高。

上述几种方法都需要通过光绘、显影、定影等步骤制作掩版即光阻膜，在曝光时阻止光线投照到导电图形部分或非导电图形部分，以使光敏材料选择性感光，最终实现图形转移。掩模版作为实现图形转移的工艺性辅助工具，制作过程复杂，成本高，同时也积累了制作误差，影响最终产品精度。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种减少生产设备和工艺装备、减少工艺材料消耗，缩短并简化生产流程，提高加工精度和柔性，降低成本并更节能环保，简单易行的印制板抗蚀图形或印制板的制作方法。

实现本发明目的技术方案如下：

对双面覆铜箔板材或层压后的材料进行如下操作：钻孔、孔金属化及电镀铜加厚、电泳涂覆抗蚀剂、激光光蚀制作抗蚀图形、化学蚀刻。

本技术发明的要点在于电泳涂覆抗蚀剂涂层和激光光蚀制作抗蚀图形两个步骤：

(1)电泳涂覆抗蚀剂：搅拌电泳液，在电泳槽中孔金属化后的材料通电进行电泳操作形成涂覆层；

(2)激光光蚀制作抗蚀图形：把涂覆有抗蚀剂的材料置于工作台上，确定加工位置，按照设计要求的位置向材料表面投照激光，光蚀掉涂覆于要形成的绝缘图形上面的抗蚀剂，获得抗蚀图形。

而且，步骤(1)所述电泳操作形成涂覆层厚度为：0.5μm-50μm，涂覆的区域为：板表面、孔壁和孔底。

而且，步骤(1)所述电泳液的材料为：正性UV光敏树脂、正性IR光敏树脂、对其它波长敏感的树脂、通过改性或混入添加剂促进光吸收效率的树脂、普通涂覆用树脂中的任何一种，包括普通或改性丙烯酸环氧树脂、醇酸树脂、酚醛树脂等树脂。

而且，步骤(1)所述电泳操作的方法为：采用阴极电泳涂料进行电泳，工作温度为室温，电泳槽电压设定为30-50v，通电10-40s后拿出工件进行水洗，然后将工件放入烘箱烘干。

而且，步骤(2)所述的激光加工相关参数设定为：

激光波长：        355～10700nm；

光斑直径：        5～300μm；

功率：            0.5～200w。

而且步骤(2)激光加工采用红外激光加工，其参数设定为：

波长：            1050～1070nm；

光斑直径：        10～50μm；

扫描速度：        80～1000mm/s；

频率：            20～200kHz；

功率：            1～100w；

重叠区：          3～5μm；

激光开延迟：      5～55μs；

激光关延迟：      5～55μs。

而且步骤(2)激光加工采用紫外激光加工，其参数设定为：

紫外激光参数设定为：

波长：            355-400nm；

光斑直径：        5～30μm；

扫描速度：        80～1000mm/s；

频率：            1～50kHz；

功率：            0.5～10w；

重叠区：          3～5μm；

激光开延迟：      5～55μs；

激光关延迟：      5～55μs。

本发明的优点和效果是：

1、本发明采用电泳法涂覆抗蚀剂和激光光蚀技术直接制作抗蚀图形，省掉了制作光阻掩膜版需要的光绘、显影、定影等步骤，代替了掩孔法贴膜、曝光、显影等步骤，代替了反镀法贴干膜或丝印湿膜、曝光、显影等步骤，省掉了反镀法电镀金属抗蚀剂工序。

(1)省掉了现有技术需要的光绘机、冲片机、曝光机、显影机和电镀金属抗蚀剂电镀线等生产设备，降低了生产设备投资，缩小了生产所需要的空间；

(2)缩短了生产流程，比现有技术少用了5个工艺步骤，提高了效率和生产柔性；

(3)不用光阻掩膜版省掉了制作底版用的感光胶片、显影、定影等材料；

(4)激光直接光蚀出正相抗蚀图形，不用电镀金属抗蚀剂，节约了金属锡或锡铅合金以及相关材料；

(5)降低了能耗，减轻了环境负担。

2、本发明采用电泳法涂覆抗蚀剂，涂覆于孔内壁、孔底和板表面。

(1)电泳高聚物树脂作为抗蚀剂，涂覆厚度均匀易控，形成的抗蚀膜致密坚固，最薄只要1-3μm即可实现抗腐蚀功能，厚度越薄越容易制作精细图形，相比这下，掩孔法抗蚀膜和反镀法抗镀膜厚度都在20μm以上，电泳抗蚀剂更适合精细图形结构制作，能制作更高精度电路板；

(2)电泳涂覆的特点是可以将树脂涂覆于所有通电位置的表面，包括金属化孔内壁和盲孔孔底都可以涂覆上抗蚀剂，使包括孔壁、孔底在内的导电图形部分在蚀刻时都受到贴身保护。掩孔法只是用干膜将孔盖住，容易破孔造成漏液、影响孔质量，与掩孔法相比，本发明工艺可靠性更高；

(3)本发明采用高聚物作为抗蚀剂，反镀法常用锡或锡铅合金，甚至贵金属做抗蚀剂，成本高，与反镀法相比，本发明既可以用可促进光吸收的改性树脂，也可以采用通用的电泳树脂，材料来源广泛，可大幅降低生产费用；

(4)用高聚物作为抗蚀剂，全板涂覆，可以实现激光直接光蚀裸露出需要减去的铜箔，一步形成抗蚀图形，与反镀法相比，本发明不需要先制作反相抗镀图形，再制作抗蚀图形，大幅度地减少了加工步骤，省去了中间材料，扩大了工艺窗口。

3、本发明用激光光蚀技术直接制作抗蚀图形，激光图形设备直接采用电路板电子设计数据，控制激光束直接投照或扫描，既可以使具有光敏性质的材料感光，经清洗后裸露出铜箔表面，又可以直接气化高聚物，一步裸露出铜箔表面，制成抗蚀图形。

(1)直接激光光蚀成型抗蚀图形，不用图形转移，无图形转移误差积累，精度更高，可以制作更精细的图形结构，即密度更高的印制板；

(2)电子设计数据直接驱动激光，直接成型正相抗蚀图形，工序少，生产柔性更大；

(3)本发明的激光直接图形技术，直接气化高聚物抗蚀剂，直接裸露出需要蚀刻掉的铜箔，与现有的激光直接成像LDI技术相比，不需要显影，不需要特制的光敏材料，工艺效率更高；

(4)本发明可选激光种类多，可以使用包括红外、绿光、紫外等多种波长的激光。

4、电泳技术直接在孔壁、孔底涂覆抗蚀保护层，可形成薄而均匀的正相抗蚀涂层，激光图形技术从电子数据出发，直接气化掉抗蚀剂裸露出被蚀刻铜箔表面，精度高。本发明将电泳涂覆技术与激光图形加工技术相结合，成就了更为突出的优点。

(1)大幅度地提高了印制电路技术的精密度，大幅度地简化了工艺装备和工艺流程，提高了制造柔性；

(2)本发明不仅适合电路板批量生产，由于本发明中电泳涂覆步骤和激光图形制作步骤都简单易行，对操作者技术要求低，突破了电路板生产投资大、技术复杂而不适合小批量多品种高精度高柔性的限制，适合电路板制作，特别是样品电路板、小批量多品种高精度电路板在更广泛的范围内推广。

具体实施方式

以下将结合一个实施实例，对本发明做进一步的说明。下述的实施实例是说明性的，不是限定性的，不能以下述实施例来限定本发明的保护范围。

一种采用电泳涂覆抗蚀剂，激光直接成型抗蚀图形的印制电路板制作方法，其步骤为：

1、钻孔：用DCT-M620钻铣机对电路板基板进行钻孔，钻孔机主轴转速60000r/min。操作步骤如下：

(1)把裁好的覆铜板置于钻铣机的真空吸附台上，四周用胶带固定；

(2)导入钻孔数据，按数据对孔径要求配置钻孔刀具；

(3)依数据位置和孔径要求在覆铜板上进行钻孔操作。

2、孔金属化及镀铜加厚：目的是往孔壁上沉积一定厚度的金属铜，实现不同导电层间的电气互连，采用DCT-PT142孔金属化设备，步骤如下：

(1)将钻孔后的覆铜板基板材料进行除油处理，时间：10min，除油药液温度：50℃。然后用自来水清洗1分钟。

(2)用黑孔药液对覆铜箔基材进行预导电处理，操作条件为温度：室温，时间：10min。然后干燥，并微蚀掉铜箔表面炭黑。

(3)对黑孔化后的材料电镀铜加厚，使孔内铜镀层厚度为20～30μm，然后冲洗，吹干。电镀铜操作条件为摆动，打气，循环过滤，电流密度：1～3A/dm²，时间：2hr。

3、电泳涂覆抗蚀剂，目的是将孔及表面覆盖3-5μm抗蚀层膜。

材料：HT-3000阴极电泳液

对电泳液的要求为：

色浆组份：

外观：  黑色均一

细度：  ≤20μm

固含量：41±2％

pH值：  5.4±0.3

电导率：1500±300μs/cm

乳液组份：

外观：乳白色

固含量：35±2％

pH值：  6.9±0.3

电导率：1000±300μs/cm

电泳操作：搅拌电泳液，将孔金属化后的覆铜板材料用夹具夹持住，置于电泳池中电泳。

电泳后处理操作：自来水水洗，放入100℃烘箱中烘干10min。

电泳材料为丙烯酸树脂体系，电泳液配制要求如下表：

项目	色浆组份	乳液组份
			外观	黑色均一	乳白色
细度(μm)	≤20	/
			固含量(％)	41±2	35±2
pH值	5.4±0.3	6.9±0.3
			电导率(μs/cm)	1500±300	1000±300

电泳工艺参数控制表如下：

项目	工艺参数
		涂装电压	40v
电泳时间	25s
		槽液温度	30±2℃
电流密度	1～3A/dm2
		固化条件	100℃/10min
烘烤后表面状态	表面黑色均匀有光泽

对电泳涂覆抗蚀剂的抗蚀性测试，测试条件如下表：

药液种类	三氯化铁体系、硫酸双氧水体系、碱性氯化铵体系
		双面喷洒压力	2N/cm2
温度	50℃
		喷洒时间	10min
抗蚀判定标准	线路边缘抗蚀层无脱离或药液无渗透。

4、激光光蚀直接成型抗蚀图形，目的是按照设计要求，打掉非导电图形-即要形成的绝缘图形铜箔部分上面涂覆的抗蚀剂，采用DCT-LT100激光图形设备，操作方法为：

(1)把电泳后的覆铜板放置激光操作台上；

(2)导入数据并进行数据处理；

(3)定位，采用CCD定位；

(4)激光加工，相关参数设定如下表：

红外激光波长	1064nm
		Laser point(光斑直径)	25μm
Speed(扫描速度)	200mm/s
		Frequence(频率)	75kHz
Power(w)(功率)	14w
		Overlap(重叠区)	5μm
Laser on delay(激光开延迟)	20μs
		Laser off delay(激光关延迟)	20μs

5、化学蚀刻，目的是将被激光去除电泳膜而裸露出的铜箔蚀刻掉。使用DCT-EU I蚀刻设备，采用三氯化铁蚀刻液，用夹具夹持住有激光成型的抗蚀图形的覆铜板，放入蚀刻机中蚀刻，蚀刻结束后，对材料水洗，吹干。

蚀刻条件为：三氯化铁蚀刻液，浓度为：500g/l，pH：5～6，温度：45-50℃，传送速度：5～8mm/s。

6、退电泳抗蚀剂膜，目的是退掉电泳涂覆的抗蚀剂涂层。采用表面活性剂(十二烷基二甲基溴化铵)加5％氢氧化钠退膜，把蚀刻后的板子放入退膜槽，至膜退干净为止，然后水洗，吹干。

7、涂覆阻焊剂，涂覆方法为丝网漏印。采用手动丝印台，网版：180目聚酯网，网张力：20N/cm²，漏印刮胶角度：45°。

阻焊剂，采用双组分油墨，A组分为油墨主剂，B组分为固化剂，按3∶1比例混合，并搅拌均匀。

印刷后需在80℃下烘干20min，然后进行曝光、显影，最后在160℃下固化30分钟。

8、涂覆助焊剂，采用DCT-OSP142设备。

9、铣外形得到最终产品，采用DCT-M620钻铣设备，将主轴转速设定为40000r/min，操作步骤如下：

(1)把完成图形加工的印制板置于钻铣机的真空吸附台上，四周用胶带固定；

(2)导入铣外形数据，并配置刀具；

(3)依数据位置要求进行透铣加工。

本发明工艺流程与现有工艺流程比较

下表以制作A4幅面印制板为例，对本发明各步骤所需时间和反镀法之图形电镀工艺各步骤所需时间进行了统计。

从上述工艺流程对比表可以看出，与现有工艺相比，本发明省掉了光绘制作掩模版和镀锡铅合金作为抗蚀层的相关工序，减少了相关设备投入，减少了整个印制电路板的制作步骤，较大幅度地提高了工艺效率。

Claims (7)

1.一种印制电路板生产中抗蚀图形的制作方法，包括对双面覆铜箔板材或层压后的材料进行的如下操作：钻孔及孔金属化、化学蚀刻；其特征在于，在对双面覆铜箔板材或层压后的材料进行钻孔及孔金属化后依次进行电泳涂覆抗蚀剂涂层和激光光蚀制作抗蚀图形：

(1)电泳涂覆抗蚀剂：搅拌电泳液，在电泳槽中，给孔金属化后的材料通电进行电泳操作形成涂覆层；

(2)激光光蚀制作抗蚀剂图形：把涂覆有抗蚀剂的材料置于工作台上，确定加工位置，按照设计要求向材料表面进行激光加工投照激光，光蚀掉电泳涂覆于要形成的绝缘图形上面的抗蚀剂，获得抗蚀图形。

2.根据权利要求1所述印制电路板生产中抗蚀图形的制作工艺，其特征在于：步骤(1)所述电泳操作形成涂覆层厚度为：0.5μm-50μm，涂覆的区域为：板表面、孔壁和孔底。

3.根据权利要求1所述印制电路板生产中抗蚀图形的制作工艺，其特征在于：步骤(1)所述电泳液的材料为：正性UV光敏树脂、正性IR光敏树脂、对其它波长敏感的树脂、通过改性或混入添加剂促进光吸收效率的树脂、普通涂覆用树脂中的任何一种，包括普通或改性丙烯酸环氧树脂、醇酸树脂、酚醛树脂等树脂。

4.根据权利要求1所述印制电路板生产中抗蚀图形的制作工艺，其特征在于：步骤(1)所述电泳操作的方法为：采用阴极电泳涂料进行电泳，工作温度为20-35℃，电泳槽电压设定为30-50V，通电10-40s后拿出工件进行水洗，然后将工件放入烘箱烘干。

5.根据权利要求1所述印制电路板生产中抗蚀图形的制作方法，其特征在于，步骤(2)所述的激光加工相关参数设定为：

激光波长：        355～10700nm

光斑直径：        5～300μm

功率：            0.5～200w 。

6.根据权利要求1或5所述印制电路板生产中抗蚀图形的制作方法，其特征在于，步骤(2)激光加工采用红外激光加工，其参数设定为：

红外激光：        波长1050～1070nm

光斑直径：        10～50μm

扫描速度：        80～1000mm/s

频率：            1～500kHz

功率：            1～100w

重叠区：          3～5μm

激光开延迟：      5～55μs

激光关延迟：      5～55μs 。

7.根据权利要求1或5所述印制电路板生产中抗蚀图形的制作方法，其特征在于，步骤(2)激光加工采用紫外激光加工，其参数设定为： 

紫外激光：            波长355-400nm

光斑直径：            5～30μm

扫描速度：            80～1000mm/s

频率：                1～50KHz

功率：                0.5～10w

重叠区：              3～5μm

激光开延迟：          5～55μs

激光关延迟：          5～55μs。