CN109152240B - 一种具有金属化锁孔结构的印制电路板及其孔金属化工艺 - Google Patents

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Abstract

一种具有金属化锁孔结构的印制电路板及其孔金属化工艺，属于印制电路板技术领域。本发明通过蚀刻掉孔口周围的底铜，增加了导电膜在基材上的沉积面积，然后经过导电膜处理和电镀铜处理，形成具有锁孔结构金属化孔的印制电路板。印制电路板上由于预先刻蚀孔口外围底铜，使得电镀铜得以咬合在基材上，从而增强了电镀铜层与基材之间的结合力。运用本发明印制电路板孔金属化工艺所形成金属化孔在孔口横向与纵向的铜厚一致，从而避免了现有金属化孔面铜厚度大于孔口铜层厚度所导致孔口铜层断裂的现象，在提高PCB金属化孔可靠性的同时还能保证板面铜厚均匀。

Description

一种具有金属化锁孔结构的印制电路板及其孔金属化工艺
技术领域
本发明属于印制电路板技术领域，具体涉及一种具有金属化锁孔结构的印制电路板及其孔金属化工艺。
背景技术
印制电路板(PCB)是重要的电子部件，是电子元器件的支撑体与电气连接的提供者。孔金属化技术作为PCB制造的关键技术之一，能够实现双面或多层电路板各层线路之间的电气导通，因此，孔金属化质量的优劣将直接影响到整个PCB产品的电气性能，稳定性和可靠性等性能。随着PCB向高层数、细线宽/间距、微孔化技术方向发展，对于金属化孔的可靠性要求也随之提高。
现有PCB孔金属化工艺通常为“钻孔-化学镀铜-电镀铜”，其中化学镀铜处理存在耗时长、污染严重的问题。研究人员一直在寻找PCB孔金属化过程中化学镀铜的可替代工艺，为此发展得到了有机导电膜孔金属化工艺用以取代传统的化学镀铜工艺。中国专利《在印刷电路板的通孔和过孔中沉积导电性聚合物层的方法》(公开号为CN103874344B)提出了一种利用单体乙烯二氧噻吩在氧化剂作用下，先在孔内形成导电聚合物层，然后直接经金属化在孔内镀覆金属，从而形成金属化孔。中国专利《一种用于印制电路板有机导电膜孔金属化的工艺》(公开号为CN 107278056A)提出了将经除油、清洗的待孔金属化的印制线路置于氧化槽剂水溶液中，升温至86-88℃并浸泡；然后用去离子水清洗后再置于催化槽剂水溶液中，升温至16-18℃并浸泡；然后用去离子水清洗，经烘干后转入电镀铜或图形转移工序。继而，在导电聚合物薄膜金属化工艺的基础上，中国发明专利《一种含有导电高分子的导电胶及其制备方法》(公开号为CN103666363B)提出了通过在导电高分子中加入导电粒子或金属合金形成导电胶，将其用于印制电路板的孔内连接。经过技术的发展，利用导电聚合物、导电胶等技术有望取代PCB孔金属化工艺中传统化学镀铜技术，以此简化工艺流程，改善生产环境，减少污水的排放及处理污水的费用，迎合绿色环保的理念。但是，上述这些技术所形成的导电聚合物的导电率不高，也难以均匀涂覆在通孔内壁，尤其对于孔径较小的孔，则更加无法在孔内形成均匀的膜层。
传统PCB孔金属化工艺所制得的金属化孔容易出现孔口断裂和孔壁铜层分离的情况。为此，中国专利《一种在PTFE电路板上制作金属化孔的方法》(公开号为CN104244614B)中公开了一种在制作内层线路的同时在金属化孔周围制作嵌铜位，换而言之，相当于孔壁内嵌了铜，以此来增强电镀铜与孔壁基材的结合力。中国专利《一种凹蚀印制电路板的制作方法》(公开号为CN105792527A)给出了一种通过在半固化片预先钻设孔，使其在压合与钻孔之后能够让去钻污的凹蚀效果更好，所得到的金属化孔壁镀铜层与内层线路铜层形成镶嵌结构，从而使得连接更加牢固可靠。以上两种方法都相当于是在孔壁内嵌了铜以使铜层不易与孔壁分离，但是内嵌铜会增加电阻，进而影响信号传输；而且，这两种方法都无法解决孔口铜层横向与纵向厚度不一致的问题，仍然无法有效避免由于内应力过大所导致铜层断裂的现象。
此外，现有PCB孔金属化工艺在全板电镀时还易出现板面铜厚不均匀的问题，中国发明专利《单镀孔铜的制作方法》(CN102883558B)公开了通过在板面贴干膜来覆盖无需电镀的区域并露出待电镀的孔，以此来达到只镀孔铜不镀面铜的效果。然而，该方法需要在镀孔铜前在板面及孔内预镀5微米左右的铜层，仍然存在板面铜厚不均的问题；并且通过该方法在孔口电镀的铜会堆积致使厚度高于板面及孔内的铜，这样不仅会影响板面的平整性而且会使得信号传输受损，因此需要对孔口的铜进行打磨处理。
发明内容
鉴于上文所述，本发明针对传统PCB孔金属化工艺存在的孔口断裂和孔壁铜层分离以及板面铜厚不均匀等问题，提出一种具有金属化锁孔结构的印制电路板及其孔金属化工艺，在提高金属化孔可靠性的同时保证板面铜厚不受电镀的影响。
本发明的技术方案如下：
本发明提供一种具有锁孔结构金属化孔的印制电路板，其特征在于，覆铜基板表面孔口铜层在孔内壁的金属层厚度与覆铜基板表面孔口铜层厚度相当。相比传统印制电路板上的金属化孔(图1所示)，本发明提供的印制电路板上的锁孔结构金属化孔，孔口铜层在孔内壁的金属层厚度(横向厚度)与孔口铜层厚度(纵向厚度)相当，能够避免由于内应力过大孔口断裂问题，提高金属化孔的可靠性。
本发明提供一种PCB锁孔结构孔的金属化工艺，其特征在于，包括如下步骤：
1)钻孔；
在覆铜基板表面钻出预定孔径的孔，并进行去钻污处理；
2)图形转移；
对覆铜基板表面进行贴膜、曝光和显影处理，使得所述覆铜基板上紧邻孔外围露出环形底铜；
3)蚀刻；
刻蚀去除紧邻孔外围的环形底铜，露出环形底铜覆盖的基板；
4)直接电镀；
直接在刻蚀环形底铜露出的基板表面以及孔的内壁表面形成导电膜，然后经图形电镀在刻蚀环形底铜露出的基板表面和孔内壁形成金属层，经退膜处理得到锁孔结构的金属化孔。
进一步的，本发明中环形底铜外径比孔直径大20％～50％。
进一步的，本发明中蚀刻步骤采用酸性蚀刻液进行蚀刻。
进一步的，本发明中导电膜包括金属膜、导电聚合物膜或导电碳基膜。
进一步的，本发明中贴膜可以采用湿法贴膜，也可以采用印湿膜。
进一步地，本发明中退膜处理包括去除抗蚀膜以及导电膜。
本发明通过蚀刻去除覆铜基板表面紧邻孔口周围的底铜，使得导电膜不仅能在孔内区域涂覆而且能在孔口区域涂覆，由此增加导电膜在基材上的沉积面积，进而在直接电镀过程中形成具有锁孔结构的金属化孔。由于本发明预先刻蚀露出基材，使得所形成电镀铜与基材咬合，提高了二者的结合力；又因本发明在镀孔铜之前无需在板面及孔内进行预镀，使得孔内壁的金属层厚度(横向厚度)与覆铜基板表面孔口铜层厚度(纵向厚度)相当，进而避免了现有金属化孔面铜大于孔口铜层厚度的现象，可防止孔口铜层断裂，由此提高了金属化孔的可靠性；此外，也正是因为本发明在镀孔铜之前无需在板面及孔内进行预镀，从而有效保证板面铜厚均匀，使得板面铜厚不受电镀的影响。
相比现有技术，本发明的有益效果是：(1)提高电镀铜层与基材之间的结合力；(2)保证了孔口铜层在横向与纵向厚度的一致性，防止孔口铜层断裂，从而提高了PCB金属化孔的可靠性。(3)本发明在镀孔铜之前无需在板面及孔内进行预镀，能够有效保证板面铜厚均匀，使得板面铜厚不受电镀的影响。
附图说明
图1为现有工艺制作的金属化孔的剖面结构示意图；
图2为本发明实例中覆铜基板钻通孔后的剖面结构示意图；
图3为本发明实例中覆铜基板显影处理之后通孔的剖面结构示意图；
图4为本发明实例中覆铜基板通孔周围蚀刻去除环形底铜后的剖面结构示意图；
图5为本发明实例中覆铜基板通孔周围蚀刻去除环形底铜后的平面图；
图6为本发明实例中所制得金属化通孔的剖面结构示意图；
图7为本发明实例中所制得金属化通孔的立体剖面示意图；
图中：1是覆铜基板基材，2是覆铜基板表面铜箔，21是待蚀刻环形底铜，3是电镀铜层，4是干膜。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体实施例对本发明技术方案进行清楚、完整的描述，以期本领域技术人员能够理解本发明的原理及特性。
为了使本领域技术人员能够清楚本发明方案及原理，下面结合附图和具体实施例进行详细描述。
本发明提供一种PCB金属锁孔结构的制备方法，包括如下步骤：
1)选择一块覆铜基板，对其进行开料得到所需的尺寸大小，然后对覆铜基板钻通孔，并进行去钻污处理，使得所钻通孔无钻屑，如图2所示；
2)在钻有通孔的覆铜基板上贴干膜4，然后进行曝光处理、显影处理，使得在通孔外围露出大于通孔直径50％的环形底铜21，如图3所示；
3)采用酸性蚀刻液对覆铜基板进行蚀刻，蚀刻掉环形底铜21，露出孔口的基材，得到如图4所示的覆铜基板，其剖面结构如图5所示；
4)在覆铜基板上采用聚吡咯进行导电膜处理，使得在板面及孔内沉积一层导电膜，然后进行电镀铜处理和退膜处理，得到铜质锁孔结构的金属化孔，如图6所示。
图1是现有工艺制得金属化孔的剖面结构示意图，图5是本发明工艺制得锁孔结构金属化孔的剖面结构示意图。通过对比可看出，相比传统印制电路板上的金属化孔，本发明锁孔结构金属化孔，印制电路板表面上孔口铜层在孔内壁的金属层厚度(横向厚度)与孔口铜层厚度(纵向厚度)相当。本发明通过解决孔口铜层横向与纵向厚度不一致问题，从而能够避免由于孔口铜层横向与纵向厚度不一致使内应力过大而导致的孔口断裂现象，提高金属化孔的可靠性。
本发明创新地采用蚀刻去除覆铜基板表面紧邻孔口周围的底铜，进而在印制电路板的孔周围形成一圈无铜覆盖区，这样有利于导电膜在孔内区域及孔口区域涂覆，增加导电膜在基材上的沉积面积，进而在直接电镀过程中形成具有锁孔结构的金属化孔。同时，也正是金属化工艺过程中预先刻蚀露出基材，使得后续沉积电镀铜得以与基材咬合，从而提高后续电镀铜与基材之间的结合力。同时，本发明基于导电膜结合直接电镀技术，避免了传统工艺在镀孔铜之前需要在板面及孔内进行预镀的操作，从而使得孔内壁的金属层厚度(横向厚度)与覆铜基板表面孔口铜层厚度(纵向厚度)相当，进而避免了现有金属化孔面铜大于孔口铜层厚度的现象，进而防止孔口铜层断裂，由此提高了金属化孔的可靠性；此外，也正是因为本发明在镀孔铜之前无需在板面及孔内进行预镀，从而有效保证板面铜厚均匀，使得板面铜厚不受电镀的影响。
以上结合附图对本发明的实施例进行了详细阐述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，不脱离本发明宗旨和权利要求所保护范围的情况下还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护。

Claims (3)

1.一种具有金属化锁孔结构的印制电路板，其特征在于，在刻蚀环形底铜露出的基板表面和孔内壁形成导电膜，再经图形电镀在刻蚀环形底铜露出的基板表面和孔内壁形成金属层，使覆铜基板表面孔口铜层在孔内壁的金属层厚度与覆铜基板表面孔口铜层厚度相当，所述环形底铜紧邻孔外围，所述导电膜包括金属膜、导电聚合物膜或导电碳基膜。
2.一种印制电路板锁孔结构的金属化工艺，其特征在于，包括如下步骤：
1)钻孔；
在覆铜基板表面钻出预定孔径的孔，并进行去钻污处理；
2)图形转移；
对覆铜基板表面进行贴膜、曝光和显影处理，使得所述覆铜基板上紧邻孔外围露出环形底铜；
3)蚀刻；
刻蚀去除紧邻孔外围的环形底铜，露出环形底铜覆盖的基板；
4)直接电镀；
直接在刻蚀环形底铜露出的基板表面以及孔的内壁表面形成导电膜，然后经图形电镀在刻蚀环形底铜露出的基板表面和孔内壁形成金属层，经退膜处理得到锁孔结构的金属化孔；所述导电膜包括金属膜、导电聚合物膜或导电碳基膜。
3.根据权利要求2所述的一种印制电路板锁孔结构的金属化工艺，所述环形底铜外径比孔直径大20％～50％。
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