CN110337198A - 一种减小板厚的pcb的制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及印制电路板技术领域，具体为一种减小板厚的PCB的制作方法。本发明通过采用PI覆铜板制作内层芯板，并相应的调整优化压合参数及外层钻孔参数，从而得以实现由PI覆铜板和FR4半固化片制作PCB，解决了因PI材料与FR4材料的物化性质不同而极易导致压合层偏大及钻孔变形和孔内分层的问题。在压合前用等离子机对内层芯板进行处理以粗化内层芯板的表面，提高内层芯板与FR4半固化片的结合力。在沉铜板电前对多层生产板进行等离子除胶处理，克服PI材料与FR4材料耐酸碱性不一致的问题，孔内FR4材料和PI材料的介质层除胶均匀，保障孔内品质。完成内层线路制作后压合前，将内层芯板置于120℃下烤板1h，可有效去除板内水汽，防止压合时出现分层、爆板的问题。

Description

一种减小板厚的PCB的制作方法
技术领域
本发明涉及印制电路板技术领域，尤其涉及一种减小板厚的PCB的制作方法。
背景技术
电源PCB是PCB行业内加工的主要产品之一，电源PCB产品应用范围越来越广。电源PCB一般需通大电流，为了保证功能性，PCB的内层线路铜厚必须做厚，以降低电流过大产生的电阻，从而防止烧板等问题，并且以此提高其耐高压(5000V以上)性能，以防止高压击穿以及防止安全事故发生，因此电源PCB的板厚通常都比较厚。但是，随着产品微小化发展的需要，希望在保障电源PCB的性能的前提下，尽量减小其板厚。
现有的电源PCB以FR4覆铜板为内层芯板；FR4覆铜板由FR4介质层及覆在FR4介质层两表面的铜箔构成；FR4介质层则由环氧树脂、玻纤布和无机填料组成，环氧树脂涂布在玻纤布的表面；用于将各内层芯板压合粘结为一体的半固化片为FR4介质层。由于板厚为0.1mm的FR4介质层一般可以耐压3500V，耐高压5000V以上的电源PCB，其内层芯板的FR4介质层的厚度则至少0.15mm以上，另外，电源PCB的线厚一般要求≥3OZ，因此现有的电源PCB其内层芯板的厚度至少需要0.2mm以上才能保证耐5000V高压。当线路层较多时，电源PCB的板厚过厚，使后期的组装受到限制，电源PCB难以向更薄的方向发展。
PI覆铜板由聚酰亚胺介质层(PI介质层)及覆在PI介质层两面的压延铜箔组成，厚度为0.025mm的PI介质层的耐电压能力为3500V，压延铜箔的毛面粗糙度是电解铜箔毛面粗糙度的1/2，因此PI覆铜板相比FR4覆铜板可显著提升PCB产品的可靠性，若电源PCB的内层芯板采用PI覆铜板，可以有效地减小PCB电源的板厚。但是，由于PI材料与FR4材料的热膨胀系数、柔软度、耐酸碱性等物化性能及加工难易程度完全不同，PI覆铜板直接替换FR4覆铜板，以现有的电源PCB的制作方法制作，压合时极易出现明显的层偏问题，外层钻孔时会出现孔变形或孔内分层的问题，并且因PI材料耐酸不耐碱，无法应用现有的高锰酸钾加浓硫酸的方法进行化学除胶。
发明内容
本发明针对现有电源PCB为了保障其耐高压性能而导致板厚较厚的问题，提供一种通过以PI覆铜板作为内层芯板从而减小板厚的PCB的制作方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案。
一种减小板厚的PCB的制作方法，包括以下步骤：
S1、在PI覆铜板上制作内层线路，制得具有内层线路的内层芯板。
S2、对内层芯板先进行烤板处理，再进行棕化处理。
优选的，所述烤板处理的烤板温度为120℃，烤板时间为1h。
优选的，步骤S2中，对内层芯板依次进行烤板处理、等离子粗化处理和棕化处理。
S3、通过FR4半固化片将内层芯板和外层铜箔压合为一体，制得多层生产板；压合时设置内层芯板的经向补偿系数为5.5-11.0，纬向补偿系数为4.0-7.0。
优选的，线路铜厚为4OZ的内层芯板，压合时设置内层芯板的经向补偿系数为9.0-11.0，纬向补偿系数为6.0-7.0。
优选的，线路铜厚为3OZ的内层芯板，压合时设置内层芯板的经向补偿系数为9.0-10.0，纬向补偿系数为6.0-7.0。
优选的，线路铜厚为2OZ的内层芯板，压合时设置内层芯板的经向补偿系数为5.5-6.0，纬向补偿系数为5.5-6.0。
优选的，线路铜厚为1OZ的内层芯板，压合时设置内层芯板的经向补偿系数为5.5，纬向补偿系数为4.0-5.5。
S4、对多层生产板进行外层钻孔；外层钻孔时钻刀的转速为80-100krpm，下刀速为35-51mm/s，退刀速为200-300mm/s。
优选的，外层钻孔时钻刀的转速为85-90krpm，下刀速为45-50mm/s，退刀速为230-250mm/s。
S5、对多层生产板进行等离子除胶处理。
S6、对多层生产板依次进行沉铜板电、外层线路制作、阻焊层制作、表面处理、成型工序，制得PCB。
优选的，以上所述PCB的制作方法，所述PCB为八层线路板，包括三层内层芯板。
更优选的，所述内层芯板的PI介质层的厚度为0.05mm。
更优选的，所述PCB的线路铜厚为4OZ。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明通过采用PI覆铜板制作内层芯板，并相应的调整优化压合参数及外层钻孔参数，从而得以实现由PI覆铜板和FR4半固化片制作PCB，解决了因PI材料与FR4材料的物化性质不同而极易导致压合层偏大及钻孔变形和孔内分层的问题。在压合前用等离子机对内层芯板进行处理以粗化内层芯板的表面，提高内层芯板与FR4半固化片的结合力。在沉铜板电前对多层生产板进行等离子除胶处理，克服PI材料与FR4材料耐酸碱性不一致的问题，孔内FR4材料和PI材料的介质层除胶均匀，保障孔内品质。完成内层线路制作后压合前，将内层芯板置于120℃下烤板1h，可有效去除板内水汽，防止压合时出现分层、爆板的问题。
具体实施方式
为了更充分的理解本发明的技术内容，下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步介绍和说明。
实施例1
本实施例提供一种减小板厚的PCB的制作方法，以PI覆铜板制作内层芯板，通过FR4半固化片进行压合，制作线路铜厚为4OZ，耐压≥5000V的8层电源线路板。PCB的制作方法包括以下步骤：
(1)开料：按设计要求的拼板尺寸开出作为内层芯板的PI覆铜板(铜箔厚度为4OZ)、FR4半固化片、外层铜箔。
(2)制作内层线路：采用负片工艺在芯板上制作内层线路，得到制作好内层线路的内层芯板(线路铜厚为4OZ)。按常规工序依次进行POE冲孔和内层AOI。
(3)压合前处理：对内层芯板依次进行烤板处理、等离子粗化处理和棕化处理。其中，烤板处理的烤板温度为120℃，烤板时间为1h。
(4)压合：将3张内层芯板、FR4半固化片、2张外层铜箔预叠在一起，并通过熔合或铆合的方式进行预固定，将各层预固定在一起，形成预叠结构，然后将预叠结构压合为一体，形成具8层的多层生产板。压合时，设置内层芯板的经向补偿系数为11.0，纬向补偿系数为7.0，其它压合条件如下表1所示：
表1实施例1的压合参数
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
初始温度℃ 140 140 140 160 195 210 195 195 180 140
升温速率℃·min<sup>-1</sup> 0 0 3 2 1 2 0 2 5 0
最终温度℃ 140 140 160 195 210 195 195 180 140 140
初始压力PSI·cm<sup>2</sup> 100 100 200 250 360 360 360 360 200 200
压力变化率PSI·min<sup>-1</sup> 0 20 25 22 0 0 0 16 0 0
最终压力PSI·cm<sup>2</sup> 100 200 250 360 360 360 360 200 200 200
运行时间min 10 10 18 19 55 10 18 10 10 1
表1中“运行时间”是指该阶段的总时长，即该阶段的初始温度/压力变化至该阶段的最终温度/压力的所需时长与保持最终温度/压力的时长之和。
采用上述压合条件进行压合，虽然内层芯板(PI材料)与FR4半固化片(FR4材料)的热膨胀系数差异大，却未因此造成层偏报废，克服了两者因热膨胀系数不同导致压合层偏而无法使用PI覆铜板替代FR4覆铜制作电源PCB的问题。
本实施例的多层生产板包括3张由PI覆铜板(介质层厚度为0.05mm)制作的内层芯板，相比以FR4覆铜板(耐压≥5000V其介质层厚度≥0.15mm)压合的内层芯板，多层生产板的板厚至少减小0.3mm。
在其它实施方案中，以介质层厚度≤0.076mm的PI覆铜板制作的内层芯板，压合时可按下表2所示设置内层芯板的经向补偿系数和纬向补偿系数。
表2压合时内层芯板的经向补偿系数和纬向补偿系数
(5)外层钻孔：按钻带资料在多层生产板上钻孔，设置钻刀的转速为90krpm，下刀速为50mm/s，退刀速为250mm/s。
以上述进刀速及转速进行钻孔，虽然PI覆铜板与FR4半固化片中的介质层的柔软性、韧性不同，钻孔时未出现钻刀扯介质层导致孔变形或孔内分层的问题。
在其它实施方案中，内层芯板由介质层厚度≤0.076mm的PI覆铜板制作且线路层数≥8的多层生产板，外层钻孔时设置钻刀的参数如下：转速为80-100krpm，下刀速为35-51mm/s，退刀速为200-300mm/s；尤其是将转速、下刀速、退刀速控制在如下范围：转速为85-90krpm，下刀速为45-50mm/s，退刀速为230-250mm/s。
(6)钻孔后处理：采用等离子除胶的方式对多层生产板进行等离子除胶处理，克服了PI材料与FR4材料耐酸碱性不一致的问题。
(7)沉铜和全板电镀：用化学的方法在多层生产板上沉积一层铜，然后进行电镀使铜层增厚，以此将通孔金属化。
(8)制作外层线路：采用正片工艺在多层生产板上制作线路铜厚为4OZ外层线路。
(9)外层AOI：使用自动光学检测系统，通过与CAM资料的对比，检测外层线路是否有开路、缺口、蚀刻不净、短路等缺陷。
(10)阻焊、丝印字符：通过在多层生产板外层制作绿油层并丝印字符，绿油厚度为：10-50μm，从而可以使多层生产板在后续的使用过程中可以减少环境变化对其的影响。
(11)表面处理(有铅喷锡)：将多层生产板浸入熔融状态的焊料，再通过热风将表面及金属化孔内多余的焊料吹掉，从而得到一个平滑的、均匀的、光亮的焊料层。表面锡层的厚度为1μm，孔内锡厚为10μm。
(12)成型：根据现有技术并按设计要求锣外形，外型公差+/-0.05mm，制得薄芯板线路板。
(13)电测试：测试成品板的电气导通性能，此板使用测试方法为：飞针测试。
(14)FQC：检查成品板的外观、孔壁铜厚、介质层厚度、绿油厚度、内层铜厚等是否符合客户的要求。
(15)包装：按照客户要求的包装方式以及包装数量，对成品板进行密封包装，并放干燥剂及湿度卡，然后出货。
实施例2
本实施例提供一种PCB的制作方法，以PI覆铜板制作内层芯板，通过FR4半固化片进行压合，制作线路铜厚为4OZ，耐压≥5000V的8层电源线路板。PCB的制作方法与实施例的基本相同，不同之处是步骤(4)压合，本实施例的步骤(4)压合如下。
将3张内层芯板、FR4半固化片、2张外层铜箔预叠在一起，并通过熔合或铆合的方式进行预固定，将各层预固定在一起，形成预叠结构，然后将预叠结构压合为一体，形成具8层的多层生产板。压合时，设置内层芯板的经向补偿系数为10.0，纬向补偿系数为6.0，其它压合条件如下表3所示。
表3实施例2的压合参数
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
初始温度℃ 140 140 140 160 195 210 195 195 180 140
升温速率℃·min<sup>-1</sup> 0 0 3 2 1 2 0 2 5 0
最终温度℃ 140 140 160 195 210 195 195 180 140 140
初始压力PSI·cm<sup>2</sup> 100 100 200 250 360 360 360 360 200 200
压力变化率PSI·min<sup>-1</sup> 0 22 24 26 0 0 0 20 0 0
最终压力PSI·cm<sup>2</sup> 100 200 250 360 360 360 360 200 200 200
运行时间min 5 10 18 19 55 10 18 10 10 1
表3中“运行时间”是指该阶段的总时长，即该阶段的初始温度/压力变化至该阶段的最终温度/压力的所需时长与保持最终温度/压力的时长之和。
以本实施例的压合条件进行压合，并未克服内层芯板(PI材料)与FR4半固化片(FR4材料)的热膨胀系数差异大的问题，出现严重的层偏问题。
实施例3
本实施例提供一种PCB的制作方法，以PI覆铜板制作内层芯板，通过FR4半固化片进行压合，制作线路铜厚为4OZ，耐压≥5000V的8层电源线路板。PCB的制作方法与实施例的基本相同，不同之处是步骤(5)外层钻孔，本实施例的步骤(5)外层钻孔如下：按钻带资料在多层生产板上钻孔，钻刀的转速为110krpm，下刀速为60mm/s，退刀速为250mm/s。
以本实施例的进刀速及转速进行钻孔，因PI覆铜板与FR4半固化片中的介质层的柔软性、韧性不同，钻孔时出现钻刀扯介质层的现象，从而导致孔变形及部分孔内分层的问题。
实施例4
本实施例提供一种PCB的制作方法，以PI覆铜板制作内层芯板，通过FR4半固化片进行压合，制作线路铜厚为4OZ，耐压≥5000V的8层电源线路板。PCB的制作方法与实施例的基本相同，不同之处是步骤(1)开料，其中的PI覆铜板的介质层厚度为0.076mm。
本实施例在步骤(5)外层钻孔时以与实施例1相同的进刀速及转速进行钻孔，钻孔时出现钻刀扯介质层的现象，从而导致孔变形及部分孔内分层的问题。
以上所述仅以实施例来进一步说明本发明的技术内容，以便于读者更容易理解，但不代表本发明的实施方式仅限于此，任何依本发明所做的技术延伸或再创造，均受本发明的保护。

Claims (8)

1.一种减小板厚的PCB的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、在PI覆铜板上制作内层线路，制得具有内层线路的内层芯板；
S2、对内层芯板先进行烤板处理，再进行棕化处理；
S3、通过FR4半固化片将内层芯板和外层铜箔压合为一体，制得多层生产板；压合时设置内层芯板的经向补偿系数为5.5-11.0，纬向补偿系数为4.0-7.0；
S4、对多层生产板进行外层钻孔；外层钻孔时钻刀的转速为80-100krpm，下刀速为35-51mm/s，退刀速为200-300mm/s；
S5、对多层生产板进行等离子除胶处理；
S6、对多层生产板依次进行沉铜板电、外层线路制作、阻焊层制作、表面处理、成型工序，制得PCB。
2.根据权利要求1所述的减小板厚的PCB的制作方法，其特征在于，步骤S2中，所述烤板处理的烤板温度为120℃，烤板时间为1h。
3.根据权利要求1所述的减小板厚的PCB的制作方法，其特征在于，步骤S2中，对内层芯板依次进行烤板处理、等离子粗化处理和棕化处理。
4.根据权利要求1所述的减小板厚的PCB的制作方法，其特征在于，步骤S3中，线路铜厚为4OZ的内层芯板，压合时设置内层芯板的经向补偿系数为9.0-11.0，纬向补偿系数为6.0-7.0；或线路铜厚为3OZ的内层芯板，压合时设置内层芯板的经向补偿系数为9.0-10.0，纬向补偿系数为6.0-7.0；或线路铜厚为2OZ的内层芯板，压合时设置内层芯板的经向补偿系数为5.5-6.0，纬向补偿系数为5.5-6.0；或线路铜厚为1OZ的内层芯板，压合时设置内层芯板的经向补偿系数为5.5，纬向补偿系数为4.0-5.5。
5.根据权利要求1所述的减小板厚的PCB的制作方法，其特征在于，步骤S4中，外层钻孔时钻刀的转速为85-90krpm，下刀速为45-50mm/s，退刀速为230-250mm/s。
6.根据权利要求1-5任一项所述的减小板厚的PCB的制作方法，其特征在于，所述PCB为八层线路板，包括三层内层芯板。
7.根据权利要求6所述的减小板厚的PCB的制作方法，其特征在于，所述内层芯板的PI介质层的厚度为0.05mm。
8.根据权利要求7所述的减小板厚的PCB的制作方法，其特征在于，所述PCB的线路铜厚为4OZ。
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