CN103491728B

CN103491728B - 一种印制电路板盲孔和精细线路的加工方法

Info

Publication number: CN103491728B
Application number: CN201310460513.6A
Authority: CN
Inventors: 何为; 冯立; 陈苑明; 王守绪; 陶志华; 何杰
Original assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Current assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Priority date: 2013-09-30
Filing date: 2013-09-30
Publication date: 2016-06-08
Anticipated expiration: 2033-09-30
Also published as: CN103491728A

Abstract

本发明公开了一种制作流程简单、操作实施容易、可节约制作成本、提高产品品质及生产效率的印制电路板盲孔和精细线路的加工方法。该印制电路板盲孔和精细线路的加工方法通过烧蚀同时形成盲孔凹槽与精细线路凹槽，不仅能够大大减小线路的线宽和线距，而且利用电镀填孔技术对盲孔凹槽和精细线路凹槽共镀，避免了盲孔填铜后板面铜层偏厚不利于精细线路制作问题，而且精细线路凹槽结构避免了线路加成的夹膜问题和种子层蚀刻造成的线路侧蚀问题，提高了印制电路板产品品质和生产效率，降低了制作成本，而且制作流程简单、操作实施容易。适合在印制电路板制造技术领域推广应用。

Description

一种印制电路板盲孔和精细线路的加工方法

技术领域

本发明涉及印制电路板制造技术领域，具体涉及一种印制电路板盲孔和精细线路的加工方法。

背景技术

芯片的大规模集成化促使电子产品的高密度化与高智能化，作为元器件支撑体与传输电信号载体的印制电路板也应逐渐步向微型化、轻量化、高密度与多功能，进而对印制电路板盲孔和精细线路的制作提出了更高的要求。另外，印制电路板的制作涉及机械加工、图形转移、电镀、蚀刻等复杂工艺过程，存在耗能高、污染大等缺点，在节能减排和清洁生产的影响下，只有提高能源使用效率、降低能耗、减少污染物排放和进行相关技术创新，才能保证印制电路板制作的绿色快速发展。

目前，根据精细线路的制作分类主要有三种方法：减成法、加成法和半加成法。减成法制作盲孔和精细线路是现在印制电路板应用最广泛的方法，其一般步骤是先制作盲孔，之后经过电镀填孔技术进行盲孔的电镀填铜处理，然后通过减薄板面铜厚之后进行图形转移，再经过显影蚀刻后完成盲孔和精细线路的制作，这种制作方法的缺点主要包括：存在工艺流程复杂，生产效率低，而且在对铜箔蚀刻过程中，也会对线路侧面蚀刻，大大限制了减成法在精细线路制作中的应用。另外，在保证盲孔填铜质量的前提下，其填铜后的板面铜厚偏厚且不平整，极大影响了精细线路制作；美国陶氏化学指出了下一代填孔技术包括板面高度平整性与较小的面铜厚度，以满足线路制作精细化的要求，但是这种技术还处于研究阶段。

而对于加成法工艺制作盲孔和精细线路，主要步骤是先在含光敏催化剂的印制电路基板上制作盲孔，然后进行板面的线路图形曝光与盲孔区域曝光，通过选择性化学镀铜得到盲孔和精细线路的制作，这种方法仍然是分两步实现了盲孔和精细线路的制作，适合制作精细线路，但是如果采用化学镀铜实现盲孔和线路的共镀，不仅要求使用特殊基材，制作成本高，而且在盲孔和精细线路的制作过程中，由于镀铜厚度与盲孔镀铜所持续时间的差异容易引发盲孔镀铜不良问题，因此，这种方法现在还不成熟，也未得到广泛应用。

半加成法更有利于盲孔和精细线路的制作，这种制作方法的主要特点是：先在介质层与导电层的基板制作出导通盲孔，接着在导通盲孔孔壁形成种子层，然后在基板面贴感光薄膜，通过图形转移在基板上形成电镀阻挡层，再通过图形电镀的方式对盲孔和含电镀阻挡层基板进行共镀，最后分别去掉阻挡层、种子层。何波等人（印制电路信息，2008，No.3：29-32）对半加成法制作精细线路的方法进行了报道，但是这种制作方法的缺点在于：所形成的精细线路存在于基板面上，在后续去除阻挡层和种子层蚀刻时，仍然存在蚀刻液攻击精细线路铜柱侧面，造成线路底部与侧面向内产生凹蚀，从而使得精细线路铜柱发生侧蚀，也限制了在精细线路制作。另外，当盲孔和含电镀阻挡层基板进行共镀时，铜在基板面上生长形成精细线路铜柱与填充盲孔形成盲孔铜柱的形成方向不同，在线间距较小区域的电流密度相对较大，使得线路电镀生长厚度会远远大于盲孔填铜，线路容易出现电镀偏厚导致夹膜问题，肖劲松等人（印制电路信息，2013，No.2：21-22）对夹膜问题修理进行了研究，但是夹膜去除很难控制，容易蚀刻过度导致线路过薄，也可能由于夹膜严重导致短路，进而无法满足良好的电气性能。

针对激光形成线路图形的制作方法，主要以德国乐普科激光电子的研究最为广泛，主要包括两种方法：第一种方法是，首先采用常规方法对线路区域进行贴膜、曝光，用激光直接形成图形(LDS)技术剥掉抗蚀层，以露出线路图形部分，然后电镀加厚LDS技术露出的图形部分，镀到最终要求厚度，然后利用电镀锡作为抗蚀层，最后去膜，腐蚀基材铜从而形成图形，但是这种方法其实质仍然是半加成法形成线路图形，在电镀和腐蚀基材铜的过程中，其线路的夹膜和侧蚀缺陷难以避免。第二种方法是采用激光直接成型刻板机LPKFProtoLaserS有选择性地向基板材料上投照激光，高能激光作用于基板材料的铜导电层，产生光蚀效果，铜导电层被移除掉，形成绝缘区域，而未被激光投照的区域的铜导电层得以保留，这样就在绝缘材料上制得需要电路图形，这种方法的主要缺点在于：存在激光烧蚀铜导电层的能量难以控制，直接导致烧蚀过度伤至绝缘层，极易造成板面的不平整性，而且激光大面积烧蚀铜导电层需要更多时间，生产效率低，另外，在实际生产中，为了减少铜导电层对激光的反射，需要对铜导电层进行棕化处理，这不仅增加了制作成本，而且存在棕化废水对环境的污染，目前，这种方法也仅仅处于试验阶段。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种制作流程简单、操作实施容易、可节约制作成本、提高产品品质及生产效率的印制电路板盲孔和精细线路的加工方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：该印制电路板盲孔和精细线路的加工方法，包括以下步骤：

A、制作单面覆铜板，所述单面覆铜板包括介质层以及覆盖在介质层下表面的铜箔层；

B：在介质层的上表面通过烧蚀形成盲孔凹槽与精细线路凹槽；

C：对单面覆铜板的上表面进行镀铜处理，使介质层的上表面、盲孔凹槽的内表面以及精细线路凹槽的内表面形成铜种子层；

D：在经过步骤C处理后的单面覆铜板表面贴感光干膜，然后进行曝光处理，露出盲孔凹槽与精细线路凹槽；

E：对经过步骤D处理后的单面覆铜板进行电镀填铜处理，将盲孔凹槽与精细线路凹槽填充满；

F：对经过步骤E处理后的单面覆铜板进行去膜处理，除去单面覆铜板表面残留的感光干膜，然后进行快速蚀刻，去除介质层上表面的铜种子层，完成单层电路板的制作。

进一步的是，在步骤A中，所述介质层为玻璃纤维增强环氧树脂介质层，并且玻璃纤维增强环氧树脂介质层的厚度为0.15mm～0.17mm。

进一步的是，在步骤B中，采用CO₂激光器在介质层的上表面烧蚀形成盲孔凹槽与精细线路凹槽。

进一步的是，在步骤B中，所述精细线路凹槽的烧蚀深度为40μm～50μm，所述盲孔凹槽由盲孔以及位于盲孔上方的焊盘构成，所述盲孔的底部延伸至铜箔层，且焊盘的孔径是盲孔孔径的2～3倍。

进一步的是，在步骤C中，在对单面覆铜板的上表面进行镀铜处理之前先对盲孔凹槽与精细线路凹槽进行清洗处理。

进一步的是，在对盲孔凹槽与精细线路凹槽进行清洗处理时采用等离子清洗处理或者高锰酸钾清洗处理。

进一步的是，在步骤C中，首先采用化学镀铜处理或者溅射方法在单面覆铜板的上表面形成薄铜层，然后使用快速电镀铜方法加厚薄铜层，从而在介质层的上表面、盲孔凹槽的内表面以及精细线路凹槽的内表面形成所述的铜种子层，并且铜种子层厚度为1～3μm。

进一步的是，在步骤D中，所述曝光处理采用激光直接成像系统完成。

进一步的是，在步骤E中，所述电镀填孔处理所使用的镀液为低酸高铜体系，其中H₂SO₄的质量浓度为40g/L～60g/L，CuSO₄·5H₂O的质量浓度为180g/L～210g/L；并且在进行电镀填孔处理的过程中，电镀时间为70～80分钟，电流密度为1.0～1.2A/dm²。

进一步的是，在步骤F中，快速蚀刻所使用的蚀刻液为H₂SO₄-H₂O₂蚀刻液。

本发明的有益效果：该印制电路板盲孔和精细线路的加工方法通过烧蚀同时形成盲孔凹槽与精细线路凹槽，不仅能够大大减小线路的线宽和线距，而且利用电镀填孔技术对盲孔凹槽和精细线路凹槽共镀，避免了盲孔填铜后板面铜层偏厚不利于精细线路制作问题，而且精细线路凹槽结构避免了线路加成的夹膜问题和种子层蚀刻造成的线路侧蚀问题，提高了印制电路板产品品质和生产效率，降低了制作成本，而且制作流程简单、操作实施容易。

附图说明

图1是本发明所述的单面覆铜板结构示意图；

图2是本发明进行烧蚀形成盲孔凹槽与精细线路凹槽后的单面覆铜板结构示意图；

图3是本发明进行镀铜处理后的单面覆铜板结构示意图；

图4是本发明进行曝光处理后的单面覆铜板结构示意图；

图5是本发明进行电镀填铜处理后的单面覆铜板结构示意图；

图6是本发明进行去膜处理后并进行快速蚀刻处理后的单面覆铜板结构示意图；

图中标记说明：介质层110、焊盘111、盲孔112、精细线路凹槽113、铜种子层114、感光干膜115、铜箔层210。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。

该印制电路板盲孔和精细线路的加工方法，包括以下步骤：

A、制作单面覆铜板，所述单面覆铜板包括介质层110以及覆盖在介质层110下表面的铜箔层210，如图1所示，所述单面覆铜板可以在介质层110上压合纯铜箔制作而成，也可以将双面覆铜板蚀刻成单面覆铜板；

B：在介质层110的上表面通过烧蚀形成盲孔凹槽与精细线路凹槽113，如图2所示；

C：对单面覆铜板的上表面进行镀铜处理，使介质层110的上表面、盲孔凹槽的内表面以及精细线路凹槽113的内表面形成铜种子层114，如图3所示；

D：在经过步骤C处理后的单面覆铜板表面贴感光干膜115，然后进行曝光处理，露出盲孔凹槽与精细线路凹槽113，如图4所示；

E：对经过步骤D处理后的单面覆铜板进行电镀填铜处理，将盲孔凹槽与精细线路凹槽113填充满，如图5所示；

F：对经过步骤E处理后的单面覆铜板进行去膜处理，除去单面覆铜板表面残留的感光干膜115，然后进行快速蚀刻，去除介质层110上表面的铜种子层114，如图6所示，完成单层电路板的制作，若要印制多层电路板，只需在单面覆铜板的上表面层压介质层110重复步骤B至步骤F即可。

该印制电路板盲孔和精细线路的加工方法通过烧蚀同时形成盲孔凹槽与精细线路凹槽113，不仅能够大大减小线路的线宽和线距，而且利用电镀填孔技术对盲孔凹槽和精细线路凹槽113共镀，避免了盲孔填铜后板面铜层偏厚不利于精细线路制作问题，而且精细线路凹槽113结构避免了线路加成的夹膜问题和种子层蚀刻造成的线路侧蚀问题，提高了印制电路板产品品质和生产效率，降低了制作成本，而且制作流程简单、操作实施容易。

所述介质层110可以选有现有的各种能够用于制作电路板的介质材料，为了提高产品品质，同时便于加工，在步骤A中，所述介质层110优选为玻璃纤维增强环氧树脂介质层，并且玻璃纤维增强环氧树脂介质层的厚度为0.15mm～0.17mm。

在步骤B中，所述盲孔凹槽与精细线路凹槽113的加工方式可以采用现有的各种技术，为了保证加工精度，优选的是，采用CO₂激光器在介质层110的上表面烧蚀形成盲孔凹槽与精细线路凹槽113。进一步的是，为了保证产品品质，在步骤B中，所述精细线路凹槽113的烧蚀深度为40μm～50μm，所述盲孔凹槽由盲孔112以及位于盲孔112上方的焊盘111构成，所述盲孔112的底部延伸至铜箔层210，且焊盘111的孔径是盲孔112孔径的2～3倍，如图2所示。通过调节CO₂激光参数进行盲孔112、焊盘111结构和精细线路凹槽113进行制作，具体采用功率为5600W、脉冲频率为100HZ、脉冲宽度为3μs、能量为4.5～6mj、枪数为5或6、光束直径MASK为1.6～2.5mm的CO₂激光束制作盲孔112，所制得的盲孔112孔径为100～150μm；再调节功率为5600W、脉冲频率为100HZ、脉冲宽度为6μs、能量为9～12mj、枪数为2或3、MASK为5.4mm的CO₂激光束制作盲孔112上层的焊盘111结构，其焊盘111孔径为200μm，深度为40μm，最后调节功率为5600W、脉冲频率为100HZ、脉冲宽度为3～4μs、激光能量为5mj、枪数为3或4、MASK为1.6～1.8mm的CO₂激光束烧蚀形成精细线路凹槽113，所制得的线宽和线距为75～100μm，深度为40～50μm。

在步骤C中，为了保证镀铜处理后形成的铜种子层114厚度均匀一致，无凸点，在对单面覆铜板的上表面进行镀铜处理之前先对盲孔凹槽与精细线路凹槽113进行清洗处理，可以彻底清除烧蚀时留下的残渣。进一步的是，在对盲孔凹槽与精细线路凹槽113进行清洗处理时采用等离子清洗处理、超声波清洗处理、高锰酸钾清洗处理等方式。进一步优选的是采用等离子清洗，具体的，采用气体体积比CH₄：O₂为100:300，功率为4500W的等离子体对盲孔凹槽和精细线路进行清洗处理60～70分钟，得到铜附着力较好的盲孔凹槽孔壁和精细线路凹槽113壁。

为了便于加工形成铜种子层114，在步骤C中，首先采用化学镀铜处理或者溅射方法在单面覆铜板的上表面形成薄铜层，然后使用快速电镀铜方法加厚薄铜层，从而在介质层110的上表面、盲孔112凹槽的内表面以及精细线路凹槽113的内表面形成所述的铜种子层114，并且铜种子层114厚度为1～3μm。

为了保证曝光处理的精确度，在步骤D中，所述曝光处理采用激光直接成像系统完成。具体的，在经过步骤C处理后的单面覆铜板表面贴感光干膜115后，采用激光直接成像方法使盲孔凹槽与精细线路凹槽113表面的感光干膜115发生曝光化学反应，显影后去除未发生光化学反应的感光干膜115而露出盲孔凹槽与精细线路凹槽113。

为了保证电镀填孔处理的效果，在步骤E中，所述电镀填孔处理所使用的镀液为低酸高铜体系，其中H₂SO₄的质量浓度为40g/L～60g/L，CuSO₄·5H₂O的质量浓度为180g/L～210g/L；并且在进行电镀填孔处理的过程中，电镀时间为70～80分钟，电流密度为1.0～1.2A/dm²。

再者，为了保证快速蚀刻的效果，在步骤F中，快速蚀刻所使用的蚀刻液为H₂SO₄-H₂O₂蚀刻液。

Claims

1.一种印制电路板盲孔和精细线路的加工方法，其特征在于包括以下步骤：

A、制作单面覆铜板，所述单面覆铜板包括介质层（110）以及覆盖在介质层（110）下表面的铜箔层（210）；

B、在介质层（110）的上表面通过烧蚀形成盲孔凹槽与精细线路凹槽（113）；

C、对单面覆铜板的上表面进行镀铜处理，使介质层（110）的上表面、盲孔凹槽的内表面以及精细线路凹槽（113）的内表面形成铜种子层（114）；

D、在经过步骤C处理后的单面覆铜板表面贴感光干膜（115），然后进行曝光处理，露出盲孔凹槽与精细线路凹槽（113）；

E、对经过步骤D处理后的单面覆铜板进行电镀填铜处理，将盲孔凹槽与精细线路凹槽（113）填充满；

F、对经过步骤E处理后的单面覆铜板进行去膜处理，除去单面覆铜板表面残留的感光干膜（115），然后进行快速蚀刻，去除介质层（110）上表面的铜种子层（114），完成单层电路板的制作。

2.如权利要求1所述的印制电路板盲孔和精细线路的加工方法，其特征在于：在步骤A中，所述介质层（110）为玻璃纤维增强环氧树脂介质层，并且玻璃纤维增强环氧树脂介质层的厚度为0.15mm～0.17mm。

3.如权利要求2所述的印制电路板盲孔和精细线路的加工方法，其特征在于：在步骤B中，采用CO₂激光器在介质层（110）的上表面烧蚀形成盲孔凹槽与精细线路凹槽（113）。

4.如权利要求3所述的印制电路板盲孔和精细线路的加工方法，其特征在于：在步骤B中，所述精细线路凹槽（113）的烧蚀深度为40μm～50μm，所述盲孔凹槽由盲孔（112）以及位于盲孔（112）上方的焊盘（111）构成，所述盲孔（112）的底部延伸至铜箔层（210），且焊盘（111）的孔径是盲孔（112）孔径的2～3倍。

5.如权利要求4所述的印制电路板盲孔和精细线路的加工方法，其特征在于：在步骤C中，在对单面覆铜板的上表面进行镀铜处理之前先对盲孔凹槽与精细线路凹槽（113）进行清洗处理。

6.如权利要求5所述的印制电路板盲孔和精细线路的加工方法，其特征在于：在对盲孔凹槽与精细线路凹槽（113）进行清洗处理时采用等离子清洗处理或者高锰酸钾清洗处理。

7.如权利要求6所述的印制电路板盲孔和精细线路的加工方法，其特征在于：在步骤C中，首先采用化学镀铜处理或者溅射方法在单面覆铜板的上表面形成薄铜层，然后使用快速电镀铜方法加厚薄铜层，从而在介质层（110）的上表面、盲孔凹槽的内表面以及精细线路凹槽（113）的内表面形成所述的铜种子层（114），并且铜种子层（114）厚度为1～3μm。

8.如权利要求7所述的印制电路板盲孔和精细线路的加工方法，其特征在于：在步骤D中，所述曝光处理采用激光直接成像系统完成。

9.如权利要求8所述的印制电路板盲孔和精细线路的加工方法，其特征在于：在步骤E中，所述电镀填孔处理所使用的镀液为低酸高铜体系，其中H₂SO₄的质量浓度为40g/L～60g/L，CuSO₄·5H₂O的质量浓度为180g/L～210g/L；并且在进行电镀填孔处理的过程中，电镀时间为70～80分钟，电流密度为1.0～1.2A/dm²。

10.如权利要求9所述的印制电路板盲孔和精细线路的加工方法，其特征在于：在步骤F中，快速蚀刻所使用的蚀刻液为H₂SO₄-H₂O₂蚀刻液。