CN103203959B - 一种混合制备工艺及该种工艺制得的台阶模板 - Google Patents

Abstract

一种混合制备工艺及该种工艺制得的台阶模板。一种混合制备工艺，工艺流程为:电铸第一层电铸层；电铸PCB面的凸起台阶（up step）区域；蚀刻印刷面的凹陷台阶（down step）区域。其特征在于，该种混合制备工艺包括电铸和蚀刻两种工艺。由此工艺制备得到的模板的外形特征为：PCB面具有凸起台阶（up step），印刷面具有凹陷台阶（down step），且具有开口图形。该金属网制得的凸起台阶（up step）区域的镀层与平面镀层有较高的结合力；制得的整体电铸模板的开口孔壁光滑，表面质量好，无针孔、麻点；制得的电铸模板开口图形区域的厚度均匀性好；且在二次电铸工艺中使用的特殊的分流板可有效减小电流密度，减轻凸起台阶（up step）区域的边缘效应。

Description

一种混合制备工艺及该种工艺制得的台阶模板

技术领域

本发明涉及一种混合制备工艺及该种工艺制得的台阶模板，属于材料制造和加工领域。具体涉及一种利用电铸和蚀刻相结合的工艺，应用此混合工艺制备得到的SMT领域中PCB面具有凸起台阶（up step）、印刷面具有凹陷台阶（down step）的印刷用掩模板。

背景技术

随着电子产品追求小型化，以前使用的穿孔插件元件已无法缩小；电子产品功能更完整，所采用的集成电路（IC）已无法穿孔元件，特别是大规模、高集成IC，不得不采用表面贴片元件，因此模板印刷工艺在电子制造业得到了迅速的发展，SMT印刷就是典型。模板的采购不仅是SMT装配工艺的第一步，它也是最重要的一步。模板的主要功能是帮助锡膏的沉积。目的是将准确数量的材料转移到光板上准确的位置。锡膏阻塞在模板上越少，沉积在电路板上就越多。因此对模板的开口质量要求是越光滑越好。但是，对于一些特殊的PCB板，如PCB板上有一些特殊部位需要锡膏的量比其他部位要多或是少，此时必须对对应模板的部位进行up或down处理。

印刷模板是用来印刷锡膏的模具，目前一般采用钢网。而传统工艺通过激光切割技术制作的钢模开口尺寸质量不能达到要求，板面质量也不够好。

化学蚀刻的模板是模板制作的主要类型。它们成本最低，周转最快。化学蚀刻的不锈钢模板的制作是通过在金属钢片上曝上感光膜、用销钉定位感光工具将图形曝光在金属钢片两面、然后使用双面工艺同时从两面腐蚀金属钢片。蚀刻模板本身的缺陷和加工难度决定了蚀刻模板逐渐退出市场。而蚀刻工艺则主要应用于阶梯模板。

电铸成型，一种递增而不是递减的工艺，制作出一个金属模板，具有独特的密封特性，减少对锡桥和模板底面清洁的需要。该工艺提供近乎完美的定位，没有几何形状的限制，具有内在梯形的光滑孔壁和低表面张力，改进锡膏释放。通过在一个要形成开孔的基板（或芯模）上显影光刻胶，然后逐个原子、逐层地在光刻胶周围电铸出模板。

对于局部加厚的技术来说，其重点在于up step图形区域的开口和基板图形区域的开口位置精度要高，同时结合力要大，否则寿命将大大降低。

因此，利用上述各种工艺的优点，综合其有益优势，制备一种PCB面具有up台阶、印刷面具有down台阶的电铸模板应用价值。

发明内容

本发明旨在解决以上技术问题，发明一种混合制备工艺及该种工艺制得的台阶模板。利用此制作工艺制作而成的金属模板， PCB面具有凸起台阶（up step），印刷面具有凹陷台阶（down step），且up step和down step 区域的图形开口与基板开口具有高的对位精度。同时，制得的up step区域的镀层与平面镀层有较高的结合力。

一种台阶模板的混合制备工艺，其具体工艺流程如下：

（1）电铸第一层电铸层：芯模处理→前处理（除油、酸洗、喷砂）→单面贴膜1→单面曝光1→单面显影1→电铸1（具有开口图形的第一电铸层）

（2）电铸PCB面的up区域：第一电铸层前处理（酸洗、喷砂）→单面贴膜2→单面曝光2→单面显影2→电铸2（PCB面up step）→剥离

（3）蚀刻印刷面的down区域：电铸层双面贴膜→印刷面曝光→印刷面显影→印刷面蚀刻→褪模→后续处理（除油、酸洗）

具体来说，其工艺流程中的各步骤如下：

（1）电铸第一层电铸层：

芯模处理：选择0.3mm厚度的不锈钢作为芯模，并将基板裁剪成所需要的尺寸；

前处理：将裁剪好的钢片进行两面喷砂处理，提高表面粗糙度，从而提高贴膜时干膜与钢片的结合力；

单面贴膜1：选择附着力高的干膜，在芯模表面进行贴膜；

单面曝光1：对所贴干膜进行曝光，曝光区域为开口图形区域，保留曝光干膜；

单面显影1：将未曝光干膜显影清除；

电铸1：电铸材料沉积在无干膜区域，克隆出与曝光图形一致的开口图形。

（2）电铸PCB面的up区域：

第一电铸层前处理：将第一电铸层表面进行酸洗，喷砂，提高表面粗糙度，从而提高贴膜时干膜与钢片的结合力；

单面贴膜2：在第一电铸层表面继续贴膜，所以在贴膜时重复压膜，保证干膜紧贴第一电铸层，即确保up step区域不易脱离；并通过CCD边孔对位，准确对位up step区域位置及up step的开口图形区域；

单面曝光2：单面曝光up step区域上开口图形意外的区域；

单面显影2：将所要电铸up step以外的区域及up step区域的开口图形曝黑，显影清除未曝光干膜，将需要沉积电铸材料的区域（即up step区域）暴露出来；

电铸2：把准备好的分流辅助模板小心对位到第一电铸层上，注意不要擦伤图形和电铸层，第一电铸层、分流板一块固定到飞巴上，浸入电铸槽，控制电铸up step厚度，进行二次电铸，在未曝光区域（即无干膜区域）沉积电铸材料，形成PCB面的up step；

所述的分流板，即在与芯模尺寸相同的不锈钢板上通过激光切割的方法切出一个与up step区域位置相同，大小相同的通孔，起到分担电流、减轻边缘效应的作用；

剥离：将电铸层从芯模上剥离。

（3）蚀刻印刷面的down区域：

电铸层双面贴膜：在印刷面上贴膜，并将PCB面已做好的up区用胶布贴住，防止蚀刻液侵蚀；

印刷面曝光：曝光将要蚀刻的印刷面down step区域以外的全部区域，作为保护膜；

印刷面显影：未曝光干膜通过显影工艺清除，显影后进行显影检查，以确保无掉膜、蹭膜、显影未尽等现象；

印刷面蚀刻：通过贴膜、曝光、显影后的基板送入卧式蚀刻机内，通过喷淋的方式将蚀刻液喷淋到基板的印刷面，在无曝光干膜的基板表面产生化学反应，刻蚀掉一层金属，这样就在印刷面上形成了凹陷台阶区域（图3中4）；

褪膜：蚀刻完成后，褪膜清洗；

后续处理：将第二电铸层表面进行除油、酸洗。

电铸时，通过前处理增加喷砂时间、电铸前增加活化时间等方式来提高两镀层之间的结合力，防止镀层脱落，通过实验做好的阳极挡板来控制电流密度线，使之在图形区域范围内第一电铸层沉积厚度均匀性COV在10%以内；通过调整电铸添加剂的量来保证镀层质量，如镀层光亮、无针孔、麻点；显影时通过控制显影点来达到镀层开口孔壁质量好，无毛刺、渗镀。

其中，各步骤的具体的工艺参数范围如下：

前处理工艺参数

除油时间	1～2min
		酸洗时间	1～2min
喷砂时间1	2～3min
		喷砂时间2	5～10min
压力（pis）	2～5

曝光显影工艺参数

电铸工艺参数

蚀刻工艺参数

蚀刻液温度（℃）	45～50
		蚀刻液喷射压力（psi）	10～15
蚀刻时间（min）	5～10

由以上混合制备工艺制备得到的台阶模板，具有以下有益的效果：

（1）金属网板的PCB面具有凸起台阶（up step）区域，印刷面具有凹陷台阶区域（down step）；模板的平面区域、PCB面凸起区域、印刷面凹陷区域均具有满足印刷要求的开口；

（2）模板沉积厚度均匀性COV在10%以内；

（3）无论是基板图形区域还是step图形区域的开口质量好，孔壁光滑，无毛刺；

（4）板面质量好，表面一级光亮，无针孔、麻点；

（5）step图形开口区域与第一电铸层的开口区域的位置精度高；

（6）up step区域与基板的结合力大，不易脱落。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解。

图1. PCB面up区域的开口剖视图

1-PCB基板

2-模板

3a-焊接基台

3b-焊接基台

4-平面开口

5-PCB面up区域

6-PCB面up区域开口

7-模板印刷面

8-模板PCB面

图2. 印刷面down区域的开口剖视图

1-PCB基板

2-模板

3a-焊接基台

3b-焊接基台

4-平面开口

5-印刷面down区域

6-印刷面down区域开口

7-模板印刷面

8-模板PCB面

图3. 模板印刷面down示意图

1-模板

2-模板平面开口

3-模板印刷面down区域

4-模板印刷面down区域开口

5-模板印刷面

图4. 模板PCB面up示意图

1-模板

2-模板平面开口

3-模板PCB面up区域

4-模板PCB面up区域开口

5-模板PCB面

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

芯模处理→前处理（除油、酸洗、喷砂）：选择0.3mm不锈钢作为芯模，并将基板裁剪成所需要的尺寸，将裁剪好的钢片进行两面喷砂处理，提高表面粗糙度，从而提高贴膜时干膜与钢片的结合力。

单面贴膜1：必须选择附着力高的干膜，防止电铸过程中发生掉膜现象。选择好干膜后，在芯模表面进行贴膜。

单面曝光1：对所贴干膜进行曝光，曝光区域为开口图形区域，曝光干膜作为电铸过程中的保护层，阻止材料沉积。

单面显影1→电铸1：将未曝光干膜显影清除，进入电铸工艺，电铸材料沉积在无干膜区域，克隆出与曝光图形一致的开口图形。

第一电铸层前处理（酸洗、喷砂）→单面贴膜2：第一次电铸完成后，在第一电铸层表面继续贴膜，因为所要电铸的up step区域面积较小，所以在贴膜时重复压膜，保证干膜紧贴第一电铸层，即确保up step区域不易脱离。

单面曝光2→单面显影2：通过CCD边孔对位，准确对位up step区域位置及up step的开口图形区域。

然后将所要电铸up step以外的区域及up step区域的开口图形曝黑，显影清除未曝光干膜，将需要沉积电铸材料的区域（即up step区域）暴露出来。

电铸2：因为up step区域面积较小，电铸时电流密度线集中，会造成电铸up step区域的边缘效应严重，所以把准备好的分流辅助模板小心对位到第一电铸层上，注意不要擦伤图形和电铸层，第一电铸层、分流板一块固定到飞巴上，浸入电铸槽，控制电铸up step厚度。

所述的分流板，即在与芯模尺寸相同的不锈钢板上通过激光切割的方法切出一个与up step区域位置相同，大小相同的通孔，起到分担电流、减轻边缘效应的作用。

进行二次电铸，在未曝光区域（即无干膜区域）沉积电铸材料，形成PCB面的up step。

电铸层双面贴膜：二次电铸完成后，将电铸层从芯模上剥离下来，在印刷面上贴膜，曝出将要蚀刻的down区以外的全部区域，作为保护膜，并将PCB面已做好的up区用胶布贴住，防止蚀刻液侵蚀。

印刷面曝光：将电铸好的铸层从芯模上剥离下来，印刷面贴膜后曝光，曝光区域为印刷面的凹陷台阶区域以外的区域，曝光后的干膜作为后续蚀刻工艺的保护膜，避免铸层被腐蚀液侵蚀。

印刷面显影：未曝光干膜通过显影工艺清除，显影后进行显影检查（是否掉膜、蹭膜、显影未尽等现象），若无问题进入蚀刻印刷面down step的工序。

印刷面蚀刻：通过贴膜、曝光、显影后的基板送入卧式蚀刻机内，通过喷淋的方式将蚀刻液喷淋到基板的印刷面，在无曝光干膜的基板表面产生化学反应，刻蚀掉一层钢片，这样就在印刷面上形成了凹陷台阶区域，如图3中的4所示。

褪模：蚀刻完成后，褪膜清洗。

电铸时，通过前处理增加喷砂时间、电铸前增加活化时间等方式来提高两镀层之间的结合力，防止镀层脱落，通过实验做好的阳极挡板来控制电流密度线，使之在图形区域范围内第一电铸层沉积厚度均匀性COV在10%以内；通过调整电铸添加剂的量来保证镀层质量，如镀层光亮、无针孔、麻点；显影时通过控制显影点来达到镀层开口孔壁质量好，无毛刺、渗镀。

其中一组优选的工艺参数为：

前处理工艺参数

除油时间	1.5min
		酸洗时间	1.5min
喷砂时间1	2min
		喷砂时间2	7min
压力（pis）	3

曝光显影工艺参数

电铸工艺参数

蚀刻工艺参数

蚀刻液温度（℃）	45
		蚀刻液喷射压力（psi）	14
蚀刻时间（min）	8

这样就制作出如图3、4所示的台阶模板，而该种印刷模板的印刷过程如图1、2所示， PCB面的凸起台阶，其主要作用为在PCB板凹陷区域进行材料印刷，增加下锡量如1中的6所示，而印刷面的凹陷台阶，其主要作用为在PCB板上的焊接铜台上减少印刷的下锡量，用于小元件的焊接。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种台阶模板混合制备工艺,其具体工艺流程如下：

（1）电铸第一电铸层：芯模处理→前处理→单面贴膜1→单面曝光1→单面显影1→电铸1；

（2）电铸PCB面的凸起台阶区域：第一电铸层前处理→单面贴膜2→单面曝光2→单面显影2→电铸2→剥离；

（3）蚀刻印刷面的凹陷台阶区域：电铸层双面贴膜→印刷面曝光→印刷面显影→印刷面蚀刻→褪模→后续处理；

其中，电铸第一电铸层的前处理包括除油、酸洗和喷砂，后续处理包括除油和酸洗；单面贴膜1为选择附着力高的干膜，在芯模表面进行贴膜；单面曝光1是对所贴干膜进行曝光，曝光区域为开口图形区域，保留曝光干膜；单面显影1是将未曝光干膜显影清除；电铸1是电铸材料沉积在无干膜区域，克隆出与曝光图形一致的开口图形；单面曝光2是通过CCD边孔对位，准确对位凸起台阶区域位置及凸起台阶的开口图形区域，将所要电铸凸起台阶区域以外的区域及凸起台阶区域的开口图形曝黑；单面显影2是显影清除未曝光干膜，将需要沉积电铸材料的区域，即凸起台阶区域暴露出来；电铸2是把准备好的分流辅助板对位到第一电铸层，第一电铸层、分流辅助板一块固定到飞巴上，浸入电铸槽，控制电铸凸起台阶厚度，进行二次电铸，在未曝光区域沉积电铸材料，形成PCB面的凸起台阶。

2.根据权利要求1所述的混合制备工艺，其特征在于，该种混合制备工艺包括电铸和蚀刻两种工艺。

3.根据权利要求1所述的混合制备工艺，其特征在于，制备得到的金属模板的PCB面具有凸起台阶区域。

4.根据权利要求1所述的混合制备工艺，其特征在于，制备得到的金属模板的印刷面具有凹陷台阶区域。

5.根据权利要求1所述的混合制备工艺，其特征在于，金属模板的平面区域具有满足印刷要求的开口。

6.根据权利要求1所述的混合制备工艺，其特征在于，金属模板的PCB面凸起台阶区域具有满足印刷要求的开口。

7.根据权利要求1所述的混合制备工艺，其特征在于，金属模板的印刷面凹陷台阶区域具有满足印刷要求的开口。

8.根据权利要求1所述的混合制备工艺，其特征在于，金属模板材料为纯镍、镍铁中的任意一种。

9.根据权利要求1所述的混合制备工艺，其特征在于，电铸2过程采用分流辅助板减小电流密度，减轻凸起台阶区域的边缘效应。

10.根据权利要求1所述的混合制备工艺，其特征在于，金属模板沉积厚度均匀性COV在10%以内。