CN112399723A - 一种柔性pcb板的高精细蚀刻生产系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种柔性PCB板的高精细蚀刻生产系统及方法，系统包括PCB基材上料装置、线体输送装置和成品下料装置，所述线体输送装置沿着线体输送方向设有多个蚀刻工位，每个蚀刻工位上方均设有一个独立控制参数的喷淋系统，通过PCB基材上料装置用于将经过曝光显影后的PCB基材上料至线体输送装置上，经过线体输送使得PCB基材依次经过三个蚀刻工位，三个蚀刻工位的喷淋压力逐渐增高，蚀刻液浓度逐渐降低，通过不同的参数完成PCB基材上金属蚀刻层的大量蚀刻，基本成型蚀刻和高精细成型蚀刻，从而完成柔性PCB板的高精细蚀刻生产。生产效率高，蚀刻精度高，适合于大批量高精细微型电路板生产，也可以改造现有技术大幅度提高已有生产线的效率。

Description

一种柔性PCB板的高精细蚀刻生产系统及方法

技术领域

本发明属于光电领域，涉及一种PCB生产制造技术，尤其涉及一种柔性PCB板的高精细蚀刻生产系统及方法。

背景技术

柔性PCB，是由柔性基材制成的印制电路板，具有高度可靠性、绝佳可挠性等特点。柔性PCB的生产工艺流程一般为：工型冲孔→涂布→曝光→显影→蚀刻→退膜→化锡→自动光学检测→油墨印刷→分切→电路检测→最终清洗包装。其中，蚀刻工序对PCB产品最终质量存在着决定性的作用。

目前柔性PCB已广泛应用于智能手机、汽车、可穿戴式设备等终端消费领域，随着近年来，个人电脑以及智能手机等内部元器件高集成度、高精细度的迅速发展，作为元器件电气连接的PCB也将加快高密度化的步伐。然而，目前在精细柔性PCB蚀刻工艺过程中，随着线心距与线宽的减小，精细PCB板的蚀刻对生产过程中工艺参数变化敏感，容易出现断路、断路、侧蚀过量以及微观形貌差等问题，加大了工艺参数调试难度。

在实际精细柔性PCB板蚀刻生产中，蚀刻过程中会受蚀刻时间(蚀刻线体速度)和蚀刻液浓度、喷淋压力等因素的影响而导致过蚀刻、蚀刻不足和侧蚀的问题。一般来说，蚀刻时间长、蚀刻液浓度高，容易造成PCB板线路过蚀刻、断路等问题；蚀刻时间短、蚀刻液浓度低，往往会导致线路蚀刻不足、短路等问题；喷淋系统的压力大小，则直接会影响线路的微观形貌，这主要是由于在高的喷淋压力下，蚀刻液中存在的缓蚀剂(可以在铜表面形成尖端吸附，阻碍了蚀刻液与铜基体进一步反应)附着在线路侧面的吸附量会产生减少，造成线路侧蚀量加大，进而影响线路品质。目前，在蚀刻工序中，整条喷淋设备工艺参数调试完成后即不再改变，喷淋压力、喷淋温度、溶液浓度等都控制在一定范围内，整个过程中蚀刻速率受工艺参数影响不大，在保证前期大蚀刻量的同时，很容易造成后期线路的侧面侧蚀严重，极大地影响了精细PCB板的精度与质量。

发明内容

本发明针对现有精细线路PCB制作过程中，工艺参数调试难度大，易造成精细线路侧蚀量大、蚀刻因子低、线路微观形貌差以及成品率低等问题，提出了一种可用于降低工艺参数调试难度，提高精细PCB线路质量及成品率的蚀刻工艺方法。

为实现上述所提到的目的，本发明采用以下技术方案。

一种柔性PCB板的高精细蚀刻生产系统，其特征在于：包括PCB基材上料装置、线体输送装置和成品下料装置，所述线体输送装置中部为蚀刻工作区，所述喷淋系统设于蚀刻工作区，所述蚀刻工作区内沿着线体输送方向设有多个蚀刻工位，每个蚀刻工位上方均设有一个独立控制参数的喷淋系统，所述PCB基材上料装置和成品下料装置分布设于线体输送装置两端，PCB基材上料装置用于将经过曝光显影后的PCB基材上料至线体输送装置上，所述成品下料装置用于将线体输送装置上已经蚀刻好的柔性PCB板下料至下一道工序。

作为优选，所述蚀刻工作区内沿着线体输送方向设于三个蚀刻工位，对应设有三个喷淋系统，具体的每个蚀刻工位下方设有一个废液槽，上方设有若干喷头，喷头喷出的蚀刻液对PCB基材进行蚀刻，蚀刻后的蚀刻液被废液槽收集。

本发明还提供了一种利用上述高精细蚀刻生产系统的柔性PCB板高精细蚀刻生产方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、PCB基材蚀刻前处理；

步骤2、将经过蚀刻前处理的PCB基材上料至线体输送装置上；

步骤3、经过线体输送装置的输送使得PCB基材依次经过三个蚀刻工位，对于每个蚀刻工位均选择不同的蚀刻参数，具体如下：

第一蚀刻工位：采用低压力高浓度的蚀刻液对PCB基材进行初步基材去除蚀刻；

第二蚀刻工位：采用中压力中浓度的蚀刻液对PCB基材进行初步成型蚀刻；

第三蚀刻工位：采用高压力低浓度的蚀刻液对PCB基材进行高精细蚀刻；

步骤4、PCB基材经过多个蚀刻工位被蚀刻后经过下料装置下料，得到蚀刻后的柔性PCB板半成品。

作为优选，所述PCB基材从下至上依次包括柔性基板、金属蚀刻层和光刻胶层。

作为优选，所述柔性基板为PI膜层，所述金属蚀刻层为铜金属层。

作为优选，所述步骤1中的蚀前处理包括对光刻胶层的曝光和显影。

作为优选，所述光刻胶层厚度为1.5-3.0μm，铜金属层厚度为8.0-12.0μm，PI膜层厚度为33-35μm。

作为优选，在第一蚀刻工位完成蚀刻后，所述PCB基材的铜基材正面蚀刻量为5～6μm，侧面最大蚀刻量为0.3-0.6μm。

作为优选，步骤3中，在第二蚀刻工位完成蚀刻后，所述PCB基材的铜基材刻穿，漏出底层的PI膜层。

作为优选，在第三蚀刻工位中，蚀刻完成后，所述柔性PCB板的线路线宽为为7～8μm，线心距约为16-20μm。

作为优选，所述线体输送装置的线体运行速度为4m/min。

作为优选，所述步骤3中，第一蚀刻工位的运行长度为3m，设置喷淋压力为0.2MPa(通过压力表读取压力)，蚀刻液有效成分浓度100％，此处设置3m的线体长度，保证了大蚀刻量去除铜基材的蚀刻时间；低的喷淋压力会使蚀刻液中缓蚀剂在铜基体正、侧面的吸附量不同，从而侧面蚀刻速率低于正面，而高的蚀刻液浓度保证大蚀刻量的去除铜金属基材。

作为优选，所述步骤3中，第二蚀刻工位的运行长度为3m，设置喷淋压力为0.25MPa(通过压力表读取压力)，蚀刻液有效成分浓度98％，考虑到线路初步形貌形成过程中铜金属基材刻量较第一蚀刻工位减少，此处设置98％有效成分的浓度，降低蚀刻速率避免对线路带来不必要的损害；3m的线体长度保证了线路初步形貌成形必要的蚀刻时间，保证柔性基板上无铜残留；提高喷淋压力，侧面蚀刻速率增加，减小第三蚀刻工位降低浓度以致低蚀刻速率可能带来的侧蚀量不足，影响形貌质量。

作为优选，所述步骤3中，第三蚀刻工位的运行长度为2m，设置喷淋压力为0.3MPa(通过压力表读取压力)，蚀刻液有效成分浓度96％，在第二蚀刻工位初步完成线路成形后，提高喷淋压力，进一步减少线路侧面的缓蚀剂的吸附量，加大对线路侧面的蚀刻；减小有效成分浓度以及设置2m的线体长度，降低了蚀刻速率与蚀刻时间，减小线路侧面的蚀刻量，保证线路质量的同时，防止过蚀刻、断路等问题。

作为优选，所述步骤3中，如附图5所示，第一蚀刻工位大蚀刻量蚀刻铜金属基材时，蚀刻深度控制在5～6μm。

作为优选，所述步骤3中，如附图6所示，第二蚀刻工位蚀刻PCB板铜基板至线路初步形貌形成，并保证PI基底上无铜残留。

作为优选，所述步骤3中，如附图7所示，第三蚀刻工位进一步对PCB基板线路精细蚀刻，完成最终成形形貌，保证形貌清晰完整(矩形或梯形)，提高精细蚀刻质量，线路线宽为7～8μm，线心距约为18μm(比如可以为16-20μm，在电路板设计的初期就是一个定值)。

本发明工艺方法利用逐步精细蚀刻的方法，先利用低压力高浓度的蚀刻溶液完成铜基材的大量蚀刻，减少加工时间提高生产效率。再次提高喷淋压力降低蚀刻液浓度，保证蚀刻出精细线路初级形貌的同时，降低浓度对线路侧蚀的影响。最后，利用高压力低浓度的蚀刻液对线路侧面进行精细成形蚀刻，完成精细PCB板的高质量生产。

本发明的上述技术方案相比具有以下优点：

1)简化了精细PCB板线路蚀刻生产工艺参数调试。以往高精细PCB板生产设备调试，同一产线上生产参数相同，调整参数达到精细PCB板生产要求难度大、时间久，且线路质量难以保证。通过本发明提供的技术方案，每一工位生产要求不同，降低了工艺参数的调试难度，节约了调试时间；

2)通过本发明这种降低蚀刻速率逐步移除铜基材的方法，在极大地提高精细PCB板表面质量的同时，进一步提升了PCB板的生产效率与成品率，同时为进一步降低精细PCB线心距提供了一种参考方案。

附图说明

图1为精细PCB板传统蚀刻工艺方法的生产线结构示意图；

图2为本发明所述蚀刻工艺方法的生产线结构示意图；

图3为柔性精细PCB板经曝光、显影工序后样品结构示意图；

图4为本发明所述实施方法的工艺流程图；

图5为采用本发明所述蚀刻工艺方法，第一蚀刻工位大蚀刻量去除PI膜层上铜金属基材后线路截面示意图；

图6为采用本发明所述蚀刻工艺方法，第二蚀刻工位蚀刻PI膜层上铜金属基材至初步形貌后线路截面示意图；

图7为采用本发明所述蚀刻工艺方法，第三蚀刻工位精细蚀刻PI膜层上铜金属基材至成形形貌后线路截面示意图。

1-光刻胶层，2-铜金属层，3-PI膜层。

具体实施方式

为了更充分说明本发明的技术内容，下面将结合具体实施方法及附图对本发明的技术方案作进一步介绍和说明。

图1为精细PCB板传统蚀刻工艺方法的生产线结构示意图，参考图1，传统的蚀刻工艺过程为整条喷淋设备使用相同的工艺生产参数，即喷淋压力、喷淋温度、溶液浓度等参数整条产线相同，很容易造成线路蚀刻不均匀、侧蚀严重等问题，极大地影响了精细PCB板的精度与质量。

图2为本发明提出的一种柔性PCB板的高精细蚀刻生产系统的结构示意图，包括PCB基材上料装置、线体输送装置和成品下料装置，所述线体输送装置中部为蚀刻工作区，所述喷淋系统设于蚀刻工作区，所述蚀刻工作区内沿着线体输送方向设于三个蚀刻工位，每个蚀刻工位上方均设有一个独立控制参数的喷淋系统，所述PCB基材上料装置和成品下料装置分布设于线体输送装置两端，PCB基材上料装置用于将经过曝光显影后的PCB基材上料至线体输送装置上，所述成品下料装置用于将线体输送装置上已经蚀刻好的柔性PCB板下料至下一道工序。该系统可以降低工艺参数调试难度，提高精细PCB板线路质量及成品率。

图3为柔性精细PCB板经曝光、显影工序后样品结构示意图，所述PCB基材从下至上依次包括柔性基板、金属蚀刻层和光刻胶层1，本实施例中，所述柔性基板为PI膜层3，所述金属蚀刻层为铜金属层2，其中光刻胶层1厚度为2μm，铜金属层2厚度为8±1.5μm，PI膜层3厚度为34±1μm。

本发明提供了基于上述高精细蚀刻生产系统的工艺流程如图4所示，具体如下：

S10：物料前工序处理；

S20：第一蚀刻工位：低压力高浓度铜基材去除蚀刻；

S30：第二蚀刻工位：中压力中浓度线路初步成型蚀刻；

S40：第三蚀刻工位：高压力低浓度线路高质量形貌蚀刻。

第一蚀刻工位大蚀刻量去除PCB基材的金属蚀刻层后线路截面，如附图5所示，其中金属蚀刻层正面蚀刻量控制在5～6μm，侧面最大蚀刻量控制在0.3-0.6μm。

第二蚀刻工位蚀刻PCB基材的金属蚀刻层至初步形貌后线路截面，如附图6所示，其中金属蚀刻层正面完全蚀刻，线路初步成形，PI基底上无金属蚀刻层残留。

第三蚀刻工位精细蚀刻PCB基材的金属蚀刻层至成形形貌后线路截面，如附图7所示，其中线路形貌清晰完整(矩形或梯形)，线路线宽为7～8μm，线心距约为18μm。

下面本发明以铜金属基材作为金属蚀刻层，以PI膜作为柔性基板为例说明本发明具体蚀刻工艺流程，具体包括以下步骤：

a、PCB基材上料。将已进行曝光、显影工序的样品，通过卷对卷生产设备运送至高精细蚀刻生产系统中，设置线体输送装置的线体运行速度为4m/min，保证生产效率；

b、设置第一蚀刻工位对应喷淋系统的喷淋设备参数以及喷头数量，喷淋低压力0.2MPa(通过压力表读取压力)、高浓度100％蚀刻液对铜金属基材进行蚀刻。设置第一蚀刻工位运行长度3m，保证蚀刻时间，完成PCB基板上铜金属基材大蚀刻量蚀刻；

c、设置第二蚀刻工位对应喷淋系统的喷淋设备参数以及喷头数量，喷淋中压力0.25MPa(通过压力表读取压力)、中浓度98％蚀刻液对铜金属基材进行继续蚀刻。设置第二蚀刻工位运行长度3m，保证蚀刻时间充足，完成PCB基板线路初步形貌蚀刻；

d、设置第三蚀刻工位对应喷淋系统的喷淋设备参数以及喷头数量，喷淋高压力0.3MPa(通过压力表读取压力)、低浓度96％蚀刻液对铜金属基材进行蚀刻。设置第三蚀刻工位运行长度2m，控制蚀刻时间，完成PCB基板线路最终高质量形貌蚀刻，提高精细蚀刻质量。

本发明设置每个蚀刻工位运行长度的方式为通过选择喷淋系统的喷头数量来设置，比如每个喷头覆盖区域(沿着线体输送装置的长度方向)为10㎝，那么第一蚀刻工位和第二蚀刻工位选择30个喷头，第三蚀刻工位选择20个喷头。

需要说明的是，本发明线体输送装置包括但是不限于卷对卷输送设备、输送辊，输送过程中柔性基板是不间断的带状产品，而蚀刻形成的PCB电路板是等间距分布在柔性基板上，蚀刻完成后，去除其上的光刻胶，然后切割开来得到一个个的成品PCB电路板。

以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种柔性PCB板的高精细蚀刻生产系统，其特征在于：包括PCB基材上料装置、线体输送装置和成品下料装置，所述线体输送装置中部为蚀刻工作区，所述喷淋系统设于蚀刻工作区，所述蚀刻工作区内沿着线体输送方向设有多个蚀刻工位，每个蚀刻工位上方均设有一个独立控制参数的喷淋系统，所述PCB基材上料装置和成品下料装置分布设于线体输送装置两端，PCB基材上料装置用于将经过曝光显影后的PCB基材上料至线体输送装置上，所述成品下料装置用于将线体输送装置上已经蚀刻好的柔性PCB板下料至下一道工序。

2.如权利要求1所述柔性PCB板的高精细蚀刻生产系统，其特征在于：所述蚀刻工作区内沿着线体输送方向设于三个蚀刻工位，对应设有三个喷淋系统。

3.一种利用权利要求2所述高精细蚀刻生产系统的柔性PCB板高精细蚀刻生产方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、PCB基材蚀刻前处理；

步骤2、将经过蚀刻前处理的PCB基材上料至线体输送装置上；

步骤3、经过线体输送装置的输送使得PCB基材依次经过三个蚀刻工位，对于每个蚀刻工位均选择不同的蚀刻参数，具体如下：

第一蚀刻工位：采用低压力高浓度的蚀刻液对PCB基材进行初步基材去除蚀刻；

第二蚀刻工位：采用中压力中浓度的蚀刻液对PCB基材进行初步成型蚀刻；

第三蚀刻工位：采用高压力低浓度的蚀刻液对PCB基材进行高精细蚀刻；

步骤4、PCB基材经过多个蚀刻工位被蚀刻后经过下料装置下料，得到蚀刻后的柔性PCB板半成品。

4.如权利要求3所述柔性PCB板高精细蚀刻生产方法，其特征在于：所述PCB基材从下至上依次包括柔性基板、金属蚀刻层和光刻胶层。

5.如权利要求4所述柔性PCB板高精细蚀刻生产方法，其特征在于：所述柔性基板为PI膜层，所述金属蚀刻层为铜金属层。

6.如权利要求4所述柔性PCB板高精细蚀刻生产方法，其特征在于：所述步骤1中的蚀前处理包括对光刻胶层的曝光和显影。

7.如权利要求5所述柔性PCB板高精细蚀刻生产方法，其特征在于：所述光刻胶层厚度为1.5-3.0μm，铜金属层厚度为8.0-12.0μm，PI膜层厚度为33-35μm。

8.如权利要求5所述柔性PCB板高精细蚀刻生产方法，其特征在于：步骤3中，在第一蚀刻工位完成蚀刻后，所述PCB基材的铜基材正面蚀刻量为5～6μm，侧面最大蚀刻量为0.3-0.6μm。

9.如权利要求5所述柔性PCB板高精细蚀刻生产方法，其特征在于：步骤3中，在第二蚀刻工位完成蚀刻后，所述PCB基材的铜基材刻穿，漏出底层的PI膜层。

10.如权利要求5所述柔性PCB板高精细蚀刻生产方法，其特征在于：步骤3中，在第三蚀刻工位中蚀刻完成后，所述柔性PCB板的线路线宽为为7～8μm，线心距约为18μm。

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