CN103338595A - 厚铜阶梯线路板及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种厚铜阶梯线路板及其制备方法，包括工序：第一次图形转移→图形电镀→退膜→第二次图形转移→镀锡→碱性蚀刻；本发明利用现有设备的生产能力，优化辘膜、磨板及蚀刻流程，有效解决了夹菲林的品质问题、以及使用干膜工艺无法使抗蚀层与线路密贴带来的线路缺口、蚀刻不净等品质问题；整个制作流程与传统线路板工艺兼容，可有效兼顾品质和成本。

Description

厚铜阶梯线路板及其制备方法

技术领域

本发明属于印刷线路板(PCB)领域，更具体地，本发明涉及一种厚铜阶梯线路板及其制备方法。

背景技术

厚铜线路板作为汽车电子部件，特别是应用在发动机电源供应部分、汽车中央电器供电部分等大功率高电压部分，要求线路板具有耐热老化性、耐高低温循环等高可靠性特性。

除了要保证产品的散热性可靠性外，还要保证产品的性能，控制产品的成本，在线路板的不同部分有不同的线路厚度要求，在线路板制作中出现了厚铜阶梯线路板；厚铜阶梯线路板是指板同一面多个线路铜厚不一样，其中一部分为薄铜线路，另一部分为厚铜线路。

现有的线路板制造工艺中，厚铜阶梯线路板制造技术存在如下技术难点：1)板面厚薄铜线路差别大，电镀时容易产生夹菲林等品质问题；2)线路图形转移工序中，利用干膜作为抗蚀层，由于板面线路高低不平以及线路存在线角位，干膜辘压后存在缝隙，导致蚀刻后存在线路缺口、蚀板不净等品质问题；3）厚铜线路水池效应影响线路蚀刻的均匀性；4)制作工艺复杂，成本过高。

如专利号为201210097643.3的发明专利公开了一种印刷线路板阶梯线路的制作，采用先加厚线路，后利用激光直接成像（LDI）进行正常线路制作。厚铜线路线角位大，干膜与线路无法密贴，影响线路对位精度及质量；此专利技术制作工艺复杂，采用了干膜LDI直接曝光的方法，对于普通的线路板，提高了生产的成本，不利于大规模生产。

又如专利号为200710074024.X的发明专利公开了一种印刷电路板掩膜露孔电镀成型工艺，将已经做好线路的板沉铜以形成导电层，然后利用掩膜电镀选择性加厚线路。此专利技术的缺点是：沉铜所形成导电层极薄（0.3-0.5um），在进行掩膜操作过程中极易擦花，会带来品质隐患。同时对于高度差极大的阶梯线路，此导电层薄，为得到需要厚度，需电镀较长时间，生产效率低。

因此，急需一种既能保证生产品质要求又能兼顾成本的厚铜阶梯线路板的制作工艺。

发明内容

基于此，为了克服上述现有技术的缺陷，本发明提供了一种新的厚铜阶梯线路板及其制备方法，通过该厚铜阶梯线路板的制备方法制备得到的厚铜阶梯线路板既能保证生产品质要求，又能兼顾成本。

为了实现上述发明目的，本发明采取了以下技术方案：

一种厚铜阶梯线路板的制备方法，包括以下工序：第一次图形转移→图形电镀→退膜→第二次图形转移→镀锡→碱性蚀刻；

(1)、第一次图形转移

所述第一次图形转移工序使用只有厚铜线路的正片底片，所述第一次图形转移的工序流程为磨板─辘膜─曝光─显影；所述辘膜工序中使用两层以上2mil干膜，辘板参数为：辘板压力3±1kg/cm²，热辘温度90±20℃，辘板速度2.4±0.4m/min，出板温度45～55℃；在曝光显影后，将不需要加厚线路区域用干膜覆盖，并且将厚铜线路和孔露出来；

(2)、图形电镀

所述图形电镀工序使用干膜作为阻镀剂，将第一次图形转移工序中露出来的厚铜线路和孔镀厚；所述电镀参数为：电流密度8-24ASF，电镀时间52min-270min；

(3)、退去干膜

(4)、第二次图形转移

所述第二次图形转移工序使用包含全部线路的正片底片，所述第二次图形转移的工序流程为磨板─感光油墨涂覆─曝光─显影，曝光显影后将要蚀刻的部分用感光油墨覆盖；所述磨板工序流程为：铝粉磨板两次─外层幼磨，所述铝粉磨板工序中，AL₂O₃含量20±5%，AL₂O₃喷压25±3PSI，磨板速度1.8±0.5m/min；

(5)、镀锡

所述镀锡工艺参数为：铜厚3OZ-5OZ时，镀锡电流密度为10-16ASF，镀锡时间8-10分钟；铜厚6OZ-8OZ时，镀锡电流密度为16-20ASF，镀锡时间8-10分钟；铜厚9OZ-12OZ时，镀锡电流密度为16-20ASF，镀锡时间16-20分钟；

(6)、碱性蚀刻

所述碱性蚀刻的工序流程为：退膜─蚀刻─退锡；所述蚀刻工序中，控制蚀刻液中的Cu²⁺浓度为135±15g/l，Cl^-浓度为5.3±0.5N，温度为50±2℃，pH值为8.3±0.4，比重1.185±0.02，蚀刻速度为1-7m/min，在蚀刻时关闭蚀刻段上喷嘴，蚀刻次数为2次，每次蚀刻后翻转板面一次；所述退锡工序中控制退锡液浓度为4.15±0.95N，温度为35±5℃，比重为1.35±0.15，退锡速度为3.0±1m/min。

在其中一个实施例中，步骤(1)中所述辘膜工序中使用两层2mil干膜，辘板参数为：辘板压力3kg/cm²，热辘温度90℃，辘板速度2.4m/min，出板温度50℃。

在其中一个实施例中，步骤(4)所述铝粉磨板工序中，AL₂O₃含量20%，AL₂O₃喷压25PSI，磨板速度1.8m/min。

在其中一个实施例中，步骤(6)所述蚀刻工序中，控制蚀刻液中的Cu²⁺浓度为135g/l，Cl^-浓度为5.3N，温度为50℃，pH值为8.3，比重1.185，蚀刻速度为3-5m/min；所述退锡工序中控制退锡液浓度为4.15N，温度为35℃，比重为1.35，退锡速度为3.0m/min。

在其中一个实施例中，步骤(2)中所述电镀参数为：电流密度18ASF，电镀时间180min。

本发明还提供了上述制备方法制备得到的厚铜阶梯线路板。

本发明利用现有设备的生产能力，优化辘膜、磨板及蚀刻流程，提供了一种有效兼顾品质和成本的厚铜阶梯线路板的制作工艺。与现有技术相比，具有以下有益效果：

1)本发明的厚铜阶梯线路板的制备方法通过在辘膜工序中使用两层或两层以上2mil干膜，有效解决了夹菲林的品质问题；

2)本发明的厚铜阶梯线路板的制备方法先用液态感光油墨（LPI）涂覆，正片底片曝光，再镀锡作为抗蚀层，有效解决使用干膜工艺无法使抗蚀层与线路密贴带来的线路缺口、蚀刻不净等品质问题；

3)本发明的厚铜阶梯线路板的制备方法整个制作流程与传统线路板工艺兼容；可使用普通的底片和曝光机来制作，兼容现有生产设备，成本低廉，有很高的经济效益；

4)本发明的厚铜阶梯线路板的制备方法尤其适用超厚铜阶梯线路，如1OZ薄铜，6OZ厚铜。

附图说明

图1为本发明实施例1的厚铜阶梯线路板的工艺流程图；

图2为采用传统的制备工艺得到的厚铜阶梯线路板的微切片图；

图3为本发明实施例1的厚铜阶梯线路板的微切片图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例来详细说明本发明。

以下制备工艺中，如无特殊说明，均采用现有常规技术。

本发明出现的专业名词的解释如下：

PCB：印刷线路板；

Mil：中文为“密尔”，经常用于PCB线路板，其换算单位为：1mil=1/1000inch=0.00254cm；

OZ:表示铜厚的单位，1OZ代表的铜厚约为35um；

LPI:液态感光油墨；

LDI:激光直接成像，用于PCB工艺中的曝光工序，与传统的底片接触曝光方法有所不同。

实施例1 3OZ厚铜阶梯线路板的制备方法

请参阅图1，为本发明厚铜阶梯线路板的制备工艺图。在该实施例中，薄铜线路为1OZ，厚铜线路为3OZ。由以下工序制备得到：

1、前工序

即为沉铜板电工序，为现有的常规技术，在此不做赘述。

2、第一次图形转移

使用只有厚铜线路的正片底片，工序流程为磨板─辘膜─曝光─显影；

厚铜阶梯线路板在下一工序图形电镀中，部分线路将由薄铜加厚至厚铜线路；厚薄线路差别大，在辘膜工序，使用常规2mil干膜，将会产生夹菲林品质问题。本发明使用2层或以上2mil干膜来解决这个问题。辘膜时，根据厚铜线路的厚度来选择相应的干膜层数，在该实施例中，辘膜工序中使用两层2mil干膜，板正常辘膜一次后，取板，撕保护膜，放入辘板机再辘膜一次；辘板参数为：辘板压力3kg/cm²，热辘温度90℃，辘板速度2.4m/min，出板温度50℃；

在曝光显影后，将不需要加厚线路区域用干膜覆盖，并且将厚铜线路和孔露出来。

3、图形电镀

使用干膜作为阻镀剂，将显露的需要加厚线路和孔镀厚；由于厚铜阶梯线路板线路差别大，为达到均匀的电镀效果，需要适当控制电镀电流密度及电镀时间。在该实施例中，电镀电流密度为18ASF，电镀时间为180min。

4、退膜

去除板面所覆盖的干膜，露出高低不平的板面。

5、第二次图形转移

使用包含全部线路的正片底片，工序流程为磨板─感光油墨涂覆─曝光─显影，曝光显影后将要蚀刻的部分用感光油墨覆盖；

厚铜阶梯线路板线路落差极大，电镀形成的线角位尖角需要打磨光滑，以保证涂覆湿膜厚度足够；磨板工序流程为：铝粉磨板两次─外层幼磨，所述铝粉磨板工序中，AL₂O₃含量20%，AL₂O₃喷压25PSI，磨板速度1.8m/min；

厚铜线路线角位大，干膜与线路无法密贴，影响线路对位精度及质量；本发明采用了特殊的磨板流程和液态感光油墨（LPI），并且使用普通的底片和曝光机来制作，最后镀锡作为抗蚀层。该方法能有效解决抗蚀层与线路无法密贴而导致的线路缺口等品质问题，同时兼容现有生产设备，成本低廉。

6、镀锡

在线路图形及孔壁上电镀一层锡，以作为抗蚀层；铜厚3OZ，镀锡电流密度为12ASF，镀锡时间8分钟；

7、碱性蚀刻

利用锡层作为蚀刻抗蚀层，通过碱性蚀刻，得到目标线路。工序流程为：退膜─蚀刻─退锡;

蚀刻工序中，控制蚀刻液中的Cu²⁺浓度为135g/l，Cl^-浓度为5.3N，温度为50℃，pH值为8.3，比重1.185，蚀刻速度为3-5m/min，在蚀刻时关闭蚀刻段上喷嘴，蚀刻次数为2次，每次蚀刻后翻转板面一次；所述退锡工序中控制退锡液浓度为4.15N，温度为35℃，比重为1.35，退锡速度为3.0m/min。

8、后工序

采用常规后工序工艺，在此不做赘述。

对该实施例得到的厚铜阶梯线路板的性能进行测定，利用光学电子显微镜抽测线宽/线隙数据，结果如表1和表2所示

表1实施例1的线路板的线隙          表2实施例1的线路板的线宽

由表1和表2可知，采用本实施例的方法得到的线路板，线宽/线隙符合设计要求。

对线路蚀刻因子进行测定，结果如表3所示：

表3实施例1的线路板的线路蚀刻因子

对阶梯线路板的要求是：1OZ线路蚀刻因子≥3,3OZ线路蚀刻因子≥1.0，因此，由表3可知，本实施例的厚铜阶梯板的蚀刻因子符合要求。

将本实施例的厚铜阶梯板与传统工艺制备得到的阶梯板微切片比较，结果如图1和图2所示，结果表明：传统工艺制备得到的阶梯板有夹菲林，而本实施例的工艺制备得到的阶梯板没有夹菲林，因此，本发明的制备方法符合要求。实施例2 3OZ厚铜阶梯线路板的制备方法

该实施例的厚铜阶梯线路板的制备方法除了以下步骤与实施例不同外，其他步骤均与实施例1的步骤相同：

2、第一次图形转移

辘膜工序中使用一层2mil干膜，板正常辘膜一次后，取板，撕保护膜，放入辘板机再辘膜一次；辘板参数为：辘板压力2kg/cm²，热辘温度70℃，辘板速度2.8m/min，出板温度45℃；

3、图形电镀

电镀电流密度为24ASF，电镀时间为135min。

5、第二次图形转移

AL₂O₃含量20%，AL₂O₃喷压25PSI，磨板速度2.3m/min；

6、镀锡

铜厚3OZ，镀锡电流密度为10ASF，镀锡时间8分钟；

7、碱性蚀刻

蚀刻工序中，控制蚀刻液中的Cu²⁺浓度为135g/l，Cl^-浓度为5.3N，温度为50℃，pH值为8.3，比重1.185，蚀刻速度为5-7m/min，在蚀刻时关闭蚀刻段上喷嘴，蚀刻次数为2次，每次蚀刻后翻转板面一次；所述退锡工序中控制退锡液浓度为4.15N，温度为35℃，比重为1.35，退锡速度为4m/min。

采用与实施例1相同的测定方法对该实施例的厚铜阶梯线路板的性能进行测定，结果表明，采用本实施例的方法得到的线路板，线宽/线隙符合设计要求。蚀刻因子符合要求，阶梯线路板没有夹菲林。

实施例3 6OZ超厚铜阶梯线路板的制备方法

在该实施例中，薄铜线路为1OZ，厚铜线路为6OZ。

该实施例的厚铜阶梯线路板的制备方法除了以下步骤与实施例不同外，其他步骤均与实施例1的步骤相同：

2、第一次图形转移

在该实施例中，辘膜工序中使用两层2mil干膜，板正常辘膜一次后，取板，撕保护膜，放入辘板机再辘膜一次；辘板参数为：辘板压力4kg/cm²，热辘温度110℃，辘板速度2.0m/min，出板温度55℃；

3、图形电镀

在该实施例中，电镀电流密度为21ASF，电镀时间为270min。

5、第二次图形转移

磨板工序流程为：铝粉磨板两次─外层幼磨，所述铝粉磨板工序中，AL₂O₃含量20%，AL₂O₃喷压28PSI，磨板速度1.3m/min；

6、镀锡

铜厚6OZ，镀锡电流密度为16ASF，镀锡时间20分钟；

7、碱性蚀刻

蚀刻工序中，控制蚀刻液中的Cu²⁺浓度为135g/l，Cl^-浓度为5.3N，温度为50℃，pH值为8.3，比重1.185，蚀刻速度为1-3m/min，在蚀刻时关闭蚀刻段上喷嘴，蚀刻次数为2次，每次蚀刻后翻转板面一次；所述退锡工序中控制退锡液浓度为4.15N，温度为35℃，比重为1.35，退锡速度为2.0m/min。

采用与实施例1相同的测定方法对该实施例的厚铜阶梯线路板的性能进行测定，结果表明，采用本实施例的方法得到的线路板，线宽/线隙符合设计要求。蚀刻因子符合要求，阶梯线路板没有夹菲林。

综合实施例1-3的检测结果可知，与实施例2和3相比，实施例1的厚铜阶梯线路板的各项性能更为优异。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种厚铜阶梯线路板的制备方法，其特征在于，包括以下工序：

(1)、第一次图形转移

所述第一次图形转移使用只有厚铜线路的正片底片，所述第一次图形转移的工序流程为磨板─辘膜─曝光─显影；所述辘膜工序使用两层以上2mil干膜，辘板参数为：辘板压力3±1kg/cm²，热辘温度90±20℃，辘板速度2.4±0.4m/min，出板温度45～55℃；曝光显影后，将不需要加厚线路区域用干膜覆盖，并将厚铜线路和孔露出来；

(2)、图形电镀

所述图形电镀使用干膜作为阻镀剂，将第一次图形转移中露出来的厚铜线路和孔镀厚；所述电镀参数为：电流密度8-24ASF，电镀时间52min-270min；

(3)、退去干膜

(4)、第二次图形转移

所述第二次图形转移使用包含全部线路的正片底片，所述第二次图形转移的工序流程为磨板─感光油墨涂覆─曝光─显影，曝光显影后将要蚀刻的部分用感光油墨覆盖；所述磨板工序流程为：铝粉磨板两次─外层幼磨，所述铝粉磨板工序中，AL₂O₃含量20±5%，AL₂O₃喷压25±3PSI，磨板速度1.8±0.5m/min；

(5)、镀锡

所述镀锡工艺参数为：铜厚3OZ-5OZ时，镀锡电流密度为10-16ASF，镀锡时间8-10分钟；铜厚6OZ-8OZ时，镀锡电流密度为16-20ASF，镀锡时间8-10分钟；铜厚9OZ-12OZ时，镀锡电流密度为16-20ASF，镀锡时间16-20分钟；

(6)、碱性蚀刻

所述碱性蚀刻的工序流程为：退膜─蚀刻─退锡；所述蚀刻工序中，控制蚀刻液中的Cu²⁺浓度为135±15g/l，Cl^-浓度为5.3±0.5N，温度为50±2℃，pH值为8.3±0.4，比重1.185±0.02，蚀刻速度为1-7m/min，在蚀刻时关闭蚀刻段上喷嘴，蚀刻次数为2次，每次蚀刻后翻转板面一次；所述退锡工序中控制退锡液浓度为4.15±0.95N，温度为35±5℃，比重为1.35±0.15，退锡速度为3.0±1m/min。

2.根据权利要求1所述的厚铜阶梯线路板的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述辘膜工序中使用两层2mil干膜，辘板参数为：辘板压力3kg/cm²，热辘温度90℃，辘板速度2.4m/min，出板温度50℃。

3.根据权利要求1所述的厚铜阶梯线路板的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述铝粉磨板工序中，AL₂O₃含量20%，AL₂O₃喷压25PSI，磨板速度1.8m/min。

4.根据权利要求1所述的厚铜阶梯线路板的制备方法，其特征在于，步骤(6)所述蚀刻工序中，控制蚀刻液中的Cu²⁺浓度为135g/l，Cl^-浓度为5.3N，温度为50℃，pH值为8.3，比重1.185，蚀刻速度为3-5m/min；所述退锡工序中控制退锡液浓度为4.15N，温度为35℃，比重为1.35，退锡速度为3.0m/min。

5.根据权利要求1-4任一项所述的厚铜阶梯线路板的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述电镀参数为：电流密度18ASF，电镀时间180min。

6.权利要求1-5任一项所述的制备方法制备得到的厚铜阶梯线路板。

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