CN103747624A - 通过制作绝缘沟道实现选择性局部电镀的电路板制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种通过制作绝缘沟道实现选择性局部电镀的电路板制作方法，该方法是在在孔化电镀前，把制作中的电路板与板材的其它区域进行电气绝缘，仅使板材上被选择的区域内的在制作中的电路板上在电镀时能被沉积金属，而板材其它区域不受制作加工，特别是电镀加工的影响，节约了板材。
Description
技术领域
本发明属于电路板加工技术领域，尤其是一种通过制作绝缘沟道实现选择性局部电镀的电路板制作方法。
背景技术
所谓激光、机械直接电路板成型技术是指用激光光蚀或机械铣削方法，按照设计要求，有选择地去除掉不需要的铜箔，形成绝缘图形，同时保留部分铜箔作为导电图形，制作电路板的方法。相比传统的蚀刻方法，因为加工精度高、流程短、方便快捷、环境友好，应用越来越广。
采用直接成型技术，非常适合制作样品电路板。由于不用图形转移，不用腐蚀，使用电路板设计数据驱动设备，将覆铜箔基板材料上不需要的铜箔去除，把保留下的导电金属作为线路，所以，制作电路板需要的设备少、步骤少。通常情况下，仅用一个机械钻铣设备，就可以制作单面电路板，配上孔化电镀设备，就可以制作双面电路板，若再配上热压合设备，就可以制作出多层电路板。以制作双面电路板为例，现有技术的主要工艺步骤为：钻孔——孔金属化——直接线路成型（定深铣削或光蚀去除不要的铜箔）——透铣外型。
制作样品电路板时，即使只制作一块小幅面的电路板，往往也采用标准尺寸的覆铜箔基板材料作为起始材料。大多数情况下，所制作的单件电路板尺寸小于、甚至远远小于标准尺寸的基板材料，做一件样品实际上只需要标准尺寸板材的一小部分。为了方便加工，往往是对整块标准板材进行孔化处理，待线路成型后，再将单件的电路板从标准材料上分割下来。
理论上，剩余的板材还可以再作为起始原料，用于后续加工。然而，按照IPC标准，电路板金属化孔孔壁铜导电层厚度需要达到18μm以上。为了向孔壁上涂覆足够厚度的金属铜，采用当前的技术，会同时向板面上电镀铜，继续加厚已有的金属铜导电层，并且由于电镀技术深度能力的限制，因加厚而增加的厚度会超过孔壁上的铜厚，即经过孔金属化后，原来覆有18μm铜箔的基板材料表面的铜箔厚度将超过36μm，而原来覆有35μm铜箔的基板材料表面的铜箔厚度将超过53μm。以这样的板材，作为起始原料再次制作电路板，都会由于表面铜太厚，厚度也不均匀，不论是采用机械直接成型，还是激光直接成型，或者是传统蚀刻技术，都增加了加工难度，甚至无法继续使用，造成浪费。
发明内容
本发明针对现有技术的不足之处，提出了一种无需增加设备，加工路线清晰的通过制作绝缘沟道实现选择性局部电镀的电路板制作方法，该方法是在在孔化电镀前，把板材进行电气绝缘，仅使板材上被选择的区域内的在制作中的电路板上在电镀时能被沉积金属，而板材其它区域不受制作加工，特别是电镀加工的影响，节约了板材。
本发明所采用的技术方案为：
一种通过制作绝缘沟道实现选择性局部电镀的电路板制作方法，包括如下步骤：
⑴钻孔：在基板材料上选定的单件PCB所对应的基板材料区域上钻孔；
⑵制作绝缘沟道：将制作中的单件PCB与基板材料的其它区域进行绝缘；
⑶孔金属化、电镀：孔化、电镀并仅使制作中的单件PCB区域内形成金属沉淀；
⑷激光直接成型：用激光光蚀，剥除多余的金属箔，制出导电图形，获得具有导电图形的电路板。
而且，步骤⑴所述的单件PCB是在制作中的电路板，包括单个电路板单元或两个及以上同时制作的电路板单元。
而且，所述步骤⑴与步骤⑵次序可相互颠倒。
而且，步骤⑵所述的绝缘为电气绝缘，所述电气绝缘是通过用激光光蚀方法或机械铣削方法实现的，去除金属层形成绝缘沟道。
而且，步骤⑵所述的将制作中的单件PCB与基板材料的其它区域进行绝缘时，保留导电通道或一定空间到达基板材料边缘，以便与电镀挂具触点连接。
而且，步骤⑵所述的将制作中的单件PCB与基板材料的其它区域进行绝缘时，绝缘沟道的路径与该单件PCB外型轮廓一致，绝缘沟道内边缘重合于单件PCB轮廓外形线或位于单件PCB轮廓外形线外侧，当绝缘沟道内边缘位于单件PCB轮廓外形线外侧时，绝缘沟道内边缘与单件PCB轮廓外形线之间垂直距离为1mm-50mm，当制作双面或多层电路板时，电路板正反两面的外层均需制作绝缘沟道，两面绝缘沟道图形透视重合，以克服电镀时的边缘镀层过厚效应。
而且，步骤⑶所述的孔金属化采用直接电镀工艺中的炭膜法，不同于传统化学沉铜法有化学铜层沉积在板面上。
而且，在进行步骤⑶所述的电镀时，挂具电触点仅与绝缘沟道包围区域内的电触点相连，仅使制作中的单件电路板区域作为阴极，表面上能沉积金属，基板材料上其余区域虽然浸在电镀溶液中，但未与电镀电源电气互连，不能构成回路，表面上不被沉积金属。
而且，在进行步骤⑶所述的电镀时，电流密度设置仅计算绝缘沟道包括的区域面积，不得以基板材料表面积计算。
而且，步骤⑷所述的激光直接成型替换为机械铣削方法，剥除多余的金属箔，制出导电图形，线路成型后，用同样的机械铣削设备，沿着电路板外轮廓线透铣，将制作中的电路板与基板材料分离，获得电路板。
本发明的优点和效果是：
1、本发明通过制作绝缘沟道实现在同一件物品上选择性形成局部电镀，而且还可解决相同机理的局部电泳、电铸、电解区域灯相关操作，实施步骤简单易行，从而增加了对同一件物品不同区域进行针对性工艺处理的可能性。
2、本发明在一块覆铜箔基板上实现了选择性的局部电镀，仅使在制的单件电路板表面上被沉积上金属，使得板材剩余的部分仍然可以用来制作电路板，节约了板材，特别是节约昂贵的射频、微波、毫米波板材。
附图说明
图1是通过本发明实现局部电镀的结构示意图，图中：1是基板材料，2是在基板材料上制作的第一块单件电路板，3是在基板材料上制作的第二块电路板，4是定位孔，5是用于局部电镀的绝缘沟道，6是电路板的外型轮廓线，7是透铣分离电路板加工时留下的与基板材料的连接点，8是第一块电路板与电镀夹具电气互连的接触区域，9是第二块电路板与电镀夹具电气互连的接触区域。
具体实施方式
以下将结合实施实例，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，不能以下述实施实例来限定本发明的保护范围。
一种通过制作绝缘沟道实现选择性局部电镀的电路板制作方法，包括如下步骤：
⑴钻孔：在基板材料1上选定的单件PCB所对应的基板材料区域上钻孔，单件PCB是在制作中的电路板，包括两个同时制作的电路板单元2和3；
⑵制作绝缘沟道：将制作中的单件PCB与基板材料的其它区域进行绝缘，通过用激光光蚀方法或机械铣削方法实现的，去除金属层形成绝缘沟道5，同时保留导电通道到达基板材料边缘，以便与电镀挂具触点连接；
绝缘沟道的路径与该单件PCB外型轮廓一致，绝缘沟道内边缘重合于单件PCB轮廓外形线6或位于单件PCB轮廓外形线外侧，当绝缘沟道内边缘位于单件PCB轮廓外形线外侧时，绝缘沟道内边缘与单件PCB轮廓外形线之间垂直距离为1mm-50mm，当制作双面或多层电路板时，电路板正反两面的外层均需制作绝缘沟道，两面绝缘沟道图形透视重合，以克服电镀时的边缘镀层过厚效应。
⑶孔金属化、电镀：孔化、电镀并仅使制作中的单件PCB区域内形成金属沉淀，步骤⑶所述的孔金属化采用直接电镀工艺中的炭膜法，不同于传统化学沉铜法有化学铜层沉积在板面上；
在进行电镀时，挂具电触点仅与绝缘沟道包围区域内的电触点7相连，绝缘沟道包围区为图中的第一单件PCB与电镀夹具电气互连的接触区域8、第二单件PCB与电镀夹具电气互连的接触区域9，仅使制作中的单件电路板区域作为阴极，表面上能沉积金属，基板材料上其余区域虽然浸在电镀溶液中，但未与电镀电源电气互连，不能构成回路，表面上不被沉积金属；
在电镀时，电流密度设置仅计算绝缘沟道包括的区域面积，不得以基板材料表面积计算。
⑷激光直接成型：用激光光蚀，剥除多余的金属箔，制出导电图形，获得具有导电图形的电路板，还可以采用机械铣削方法，剥除多余的金属箔，制出导电图形，线路成型后，用同样的机械铣削设备，沿着电路板外轮廓线透铣，将制作中的电路板与基板材料分离，获得电路板，在基板材料上设置有定位孔4，用于固定在雕铣设备上。
在本发明中，各步骤的具体操作目的以及注意事项如下：
本发明步骤⑴：是在选定的单件PCB区域上钻孔，在基板材料上为单件PCB选择合适的加工区域很重要，既要方便加工，又要考虑到将来本单件PCB从基板材料上经透铣分离后余下的板材仍然可以使用。因此，应该在各单件之间留出边框，以便在分离下单件电路板后，板材的框架结构和定位孔仍然保留。同时，板材的使用顺序应该是先边缘，后中心，直至板材全部区域被用完。
本发明步骤⑵：要使用电路板钻铣系统中的定深加工功能，或激光直接去除铜箔功能，制作绝缘沟道，将制作中的单件PCB与基板材料的其它区域进行绝缘，实现在同一件物品上选择区域进行局部电镀。这一步骤是本发明的核心，目的是选择确定出被电镀沉积金属的区域，仅使制作中的单件电路板区域在电镀时与电源负极电气互连，作为阴极，能够被沉积上金属，而板材其它区域则被沟道绝缘，虽然也浸入电镀溶液中，但并没有与电源有电气连接，其表面上不会有金属沉积，以利于被再次使用。
本发明中，不需要为制作绝缘沟道增加新工艺设备，而是采用直接线路成型设备完成绝缘沟道加工，一面绝缘沟道制作完成后，翻板制作另外一面绝缘沟道，另一面绝缘沟道路线与第一面绝缘沟道路线透视重合。
本发明步骤⑶：对制作中的单件电路板进行孔化、电镀。本步骤的目的是使板材上被选中的区域，即在制作中的单件PCB区域内的孔壁以及板面上被沉积上足够厚度的金属。
本发明步骤⑷：线路成型，并完成电路板的后续制作，包括可能的涂覆阻焊剂、可焊性处理、标记字符涂覆以及将单件电路板从板材上透铣分离等。对于样品电路板制作，阻焊、标记字符、甚至可焊性处理在大多数情况下并不必要，而线路成型和透铣将单件电路板分离则是实现电路板功能的关键。本发明中，电流成型采用直接成型技术，采用线路设计CAD数据，直接驱动设备，去除不需要的铜箔，用留下的铜箔作为线路。
在操作过程中具体操作参照如下两个实施例：
实施例1：
本实施例基板材料为覆铜箔基板材料，其型号为：Rogers公司幅面305mmX227mm，双面覆有18μm铜箔的Duroid 5880覆铜箔基板。
产品要求：幅面尺寸50mmX40mm，孔壁铜厚18μm以上，最小线宽间距200μm。
用德中CircuitCAM V7.0计算机械直接成型技术加工数据，包括钻孔数据、直接成型线路定深铣削去除铜箔数据，外型轮廓透铣从板材上分离电路板数据，以及为实施本发明需要的选择性局部电镀绝缘沟道所用数据。用德中DreamCreaTor制作选择性电镀的绝缘沟道，并控制机械钻铣系统。用德中DCT-DM300打孔、制绝缘沟道、定深铣直接成型线路、透铣将电路板从板材上分离。用德中DCT-TP300孔化设备进行孔金属化及电镀铜加厚。
操作步骤为：
数据准备：把数据读入CircuitCAM V7.0中，检查数据，进行加工数据计算，分别导出钻孔数据、成型线路数据、铣外形轮廓数据，并与电路板外型轮廓相隔30mm，生成内括轮廓线的绝缘沟道数据。
步骤一，取Rogers公司Duroid 5880幅面305mmX228mm，1.6mm1/1双面18μm铜覆铜板，钻定位孔后固定到德中DCT-DM300电路板雕铣机上，用德中DreamCreaTor导入数据，调整数据在加工区域的位置，设置钻孔参数，进行钻孔加工。
步骤二，用DreamCreaTor在外括轮廓图形的绝缘沟道数据基础上制作选择性电镀绝缘沟道，设置定深铣参数，铣出一面绝缘沟道；翻板铣出另外一面绝缘沟道。
步骤三，取下在制板，用DCT-TP300孔化设备孔化及电镀加厚，挂具电触点与电路板区域边缘内铜箔互连，电镀电流密度按幅面50mmX40mm加夹具边面积，设置为1ASD，时间1.5小时。
步骤四，工件孔化电镀后，仍然使用原来的定位孔，固定在德中DCT-DM300钻铣设备台面上，设置定深铣参数，加工元件面线路。完成后翻板，仍用原来的定位孔以及定深铣参数，加工焊接面线路。
线路成型完成后，读入铣外型数据，设置透铣参数，取透铣用刀具，沿电路板外轮廓线，留下两个宽1mm的连接点，透铣。之后，用手稍用力，将电路板与板材上分离，获得电路板。
实施例2：
本实施例基板材料为：实例1剩下的板材，外型幅面305mmX227mm，但中间镂空了尺寸50mmX40mm材料，双面覆有18μm铜箔的Rogers公司Duroid 5880覆铜箔基板。
产品要求：幅面尺寸80mmX50mm，孔壁铜厚18μm以上，最小线宽间距150μm。
用德中CircuitCAM V7.0计算机械直接成型技术加工数据，包括钻孔数据、直接成型线路定深铣削去除铜箔数据，外型轮廓透铣从板材上分离电路板数据，以及为实施本发明需要的选择性局部电镀绝缘沟道所用数据。用德中DreamCreaTor制作选择性电镀的绝缘沟道，并控制机械钻铣系统。用德中DCT-DM300打孔、制绝缘沟道、定深铣直接成型线路、透铣将电路板从板材上分离。用德中DCT-TP300孔化设备进行孔金属化及电镀铜加厚。
操作步骤为：
数据准备：把数据读入CircuitCAM V7.0中，检查数据，进行加工数据计算，分别导出钻孔数据、成型线路数据、铣外形轮廓数据，并与电路板外型轮廓相隔30mm，生成内括轮廓线的绝缘沟道数据。
步骤一，取实例1剩余板材，Rogers公司Duroid 5880幅面305mmX228mm，1.6mm1/1双面18μm铜覆铜板，仍用原来的定位孔后固定到德中DCT-DM300电路板雕铣机上，用德中DreamCreaTor导入数据，调整数据在加工区域的位置，设置钻孔参数，进行钻孔加工。
步骤二，用DreamCreaTor在外括轮廓图形的绝缘沟道数据基础上制作选择性电镀绝缘沟道，设置定深铣参数，铣出一面绝缘沟道；翻板铣出另外一面绝缘沟道。
步骤三，取下在制板，用DCT-TP300孔化设备孔化及电镀加厚，挂具电触点与电路板区域边缘内铜箔互连，电镀电流密度按幅面80mmX50mm加夹具边面积设置为1ASD，时间1.5小时。
步骤四，工件孔化电镀后，仍然使用原来的定位孔，固定在德中DCT-DM300钻铣设备台面上，设置定深铣参数为，加工元件面线路。完成后翻板，仍用原来的定位孔以及定深铣参数，加工焊接面线路。
线路成型完成后，读入铣外型数据，设置透铣参数，取透铣用刀具，沿电路板外轮廓线，留下两个宽1mm的连接点，透铣。之后，用手稍用力，将电路板与板材上分离，获得电路板。
Claims (10)
1.一种通过制作绝缘沟道实现选择性局部电镀的电路板制作方法，其特征在于：孔金属化之前把制作中的电路板与板材的其它区域进行电气绝缘，孔化电镀时仅在预先选择的在制电路板区域上沉积金属，其加工步骤如下：
⑴钻孔：在基板材料上选定的单件PCB所对应的基板材料区域上钻孔；
⑵制作绝缘沟道：将制作中的单件PCB与基板材料的其它区域进行绝缘；
⑶孔金属化、电镀：孔化、电镀并仅使制作中的单件PCB区域内形成金属沉淀；
⑷激光直接成型：用激光光蚀，剥除多余的金属箔，制出导电图形，获得具有导电图形的电路板。
2.根据权利要求1所述的通过制作绝缘沟道实现选择性局部电镀的电路板制作方法，其特征在于：步骤⑴所述的单件PCB是在制作中的电路板，包括单个电路板单元或两个及以上同时制作的电路板单元。
3.根据权利要求1所述的通过制作绝缘沟道实现选择性局部电镀的电路板制作方法，其特征在于：所述步骤⑴与步骤⑵次序可相互颠倒。
4.根据权利要求2所述的通过制作绝缘沟道实现选择性局部电镀的电路板制作方法，其特征在于：步骤⑵所述的绝缘为电气绝缘，所述电气绝缘是通过用激光光蚀方法或机械铣削方法实现的，去除金属层形成绝缘沟道。
5.根据权利要求4所述的通过制作绝缘沟道实现选择性局部电镀的电路板制作方法，其特征在于：步骤⑵所述的绝缘沟道的宽度在0.01mm-3.0mm之间，用激光光蚀剥除金属层法制作时，制作两个或多个相距0.1mm-2.98mm的平行的且内外嵌套的绝缘沟道图形。
6.根据权利要求4所述的通过制作绝缘沟道实现选择性局部电镀的电路板制作方法，其特征在于：步骤⑵所述的将制作中的单件PCB与基板材料的其它区域进行绝缘时，保留导电通道到达基板材料边缘。
7.根据权利要求4所述的通过制作绝缘沟道实现选择性局部电镀的电路板制作方法，其特征在于：步骤⑵所述的将制作中的单件PCB与基板材料的其它区域进行绝缘时，绝缘沟道的路径与该单件PCB轮廓外形线一致，绝缘沟道内边缘重合于单件PCB轮廓外形线或位于单件PCB轮廓外形线外侧，当绝缘沟道内边缘位于单件PCB轮廓外形线外侧时，绝缘沟道内边缘与单件PCB轮廓外形线之间垂直距离为1mm-50mm，当制作双面或多层电路板时，电路板正反两面的外层均需制作绝缘沟道，两面绝缘沟道图形透视重合。
8.根据权利要求2所述的通过制作绝缘沟道实现选择性局部电镀的电路板制作方法，其特征在于：步骤⑶所述的孔金属化采用直接电镀工艺中的炭膜法。
9.根据权利要求2所述的通过制作绝缘沟道实现选择性局部电镀的电路板制作方法，其特征在于：在进行步骤⑶所述的电镀时，挂具电触点仅与绝缘沟道包围区域内的电触点相连，仅使制作中的单件电路板区域作为阴极，表面上能沉积金属，电流密度设置仅计算绝缘沟道包括的区域面积。
10.根据权利要求1所述的通过制作绝缘沟道实现选择性局部电镀的电路板制作方法，其特征在于：步骤⑷所述的激光直接成型替换为机械铣削方法，剥除多余的金属箔，制出导电图形，获得电路板。
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