CN113133215A - 一种pcb线路的成型方法 - Google Patents

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周建军
李旋
张记生
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Abstract

本发明提供了一种PCB线路的成型方法，该方法用锡层代替干膜和湿膜的保护作用，摒弃了大量与干膜和湿膜配套的一系列物料及设备，降低了人力和物力成本，同时减少了线路成型过程中开短路的产生，提高了产品良率，并减少了废水排出，保护了环境。用激光烧蚀工艺代替蚀刻工艺，简化了PCB内外层线路的工艺流程，缩短了PCB产品整个生产周期，并极大地提高了精细线路制作的良率。利用了锡不与特定蚀刻药水反应的特性，用锡代替干膜的封孔作用，突破了内层线路金属化孔孔径的限制。

Description

一种PCB线路的成型方法
技术领域
本发明属于PCB制造领域，尤其涉及一种PCB线路的成型方法。
背景技术
目前PCB线路成型有湿膜法以及干膜法两种：
一、湿膜法工艺流程如下：
1、在覆铜板上涂覆上一层感光湿膜a，此过程统称为涂覆湿膜；(覆铜板结构如图1所示，涂覆感光湿膜a后如图2所示)；
2、贴膜后按PCB设计的目标线路图形给予一定的能量与波长的光使感光湿膜a局部产生光聚合交联反应，反应后的感光湿膜a具有抗弱碱性，此过程统称为曝光(如图3所示)；
3、曝光后使用特定弱碱性溶液使未产生光聚合交联反应的感光湿膜a反应溶解掉，露出铜箔层1，此过程统称为显影(如图4所示)；
4、显影后将露出的铜箔层1利用特定化学药水蚀刻溶解掉(产生光聚合交联反应的感光湿膜a不与特定化学药水反应)，露出介质层3表面，此过程统称为蚀刻(如图5所示)；
5、蚀刻后使用特定强碱性溶液将产生光聚合交联反应的感光湿膜a反应溶解掉，此过程统称为褪膜，从而形成PCB所需要的线路图形(如图6所示)。
湿膜法工艺存在以下缺点：
1、由于感光湿膜a具有流动性，且行业内基本采用垂直涂覆的方式(节约空间)，受重力影响，涂覆在覆铜板上的感光湿膜a厚度均匀性相较于干膜较差，此细微差异会导致线路蚀刻后的线宽间距均匀性亦比干膜法较差，尤其体现在精细线路制作方面。
2、感光湿膜a涂覆的方式、感光湿膜a本身的流动性和曝光方式决定了湿膜法不适用于有金属化孔的内层线路制作，此工艺方法无法完全保证金属化孔壁完全涂覆上一层感光湿膜a，且曝光时由于是垂直曝光，仅金属化孔孔口位置的一层感光湿膜a会产生光聚合交联反应，孔中间未产生光聚合交联反应的感光湿膜a会被显影溶解掉，后续蚀刻时会将孔中间的铜箔层1蚀刻掉，所以无法保证完整的电性能。
二、干膜法工艺流程如下：
PCB上无金属化孔：
1、在覆铜板上贴感光干膜b，此过程统称为贴膜；(覆铜板结构如图1所示，贴膜后如图7所示)；
2、贴膜后按PCB设计的目标线路图形给予一定的能量与波长的光使感光干膜b局部产生光聚合交联反应，反应后的感光干膜b具有抗弱碱性，此过程统称为曝光(如图8所示)；
3、曝光后使用特定弱碱性溶液使未产生光聚合交联反应的感光干膜b反应溶解掉，露出铜箔层1，此过程统称为显影(如图9所示)；
4、显影后将露出的铜箔层1利用特定化学药水蚀刻溶解掉(产生光聚合交联反应的感光干膜b不与特定化学药水反应)，露出介质层3表面，此过程统称为蚀刻(如图10所示)；
5、蚀刻后使用特定强碱性溶液将产生光聚合交联反应的感光干膜b反应溶解掉，此过程统称为褪膜，从而形成PCB所需要的线路图形(如图5所示)。
PCB上有金属化孔：
1、在覆铜板上钻孔；(覆铜板结构如图1所示，钻孔后如图11所示)；
2、钻孔后在铜箔层1表面和孔壁通过电化学原理镀覆上一层铜(镀覆铜4)，以实现上下铜箔层1导通，此过程统称为全板电镀(如图12所示)；
3、全板电镀后在覆铜板表面贴感光干膜b(金属化孔同时也盖膜处理)，此过程统称为贴膜(如图13所示)；
4、贴膜后按PCB设计的目标线路图形给予一定的能量与波长的光使感光干膜b局部产生光聚合交联反应，反应后的感光干膜b具有抗弱碱性，此过程统称为曝光(如图14所示)；
5、曝光后使用特定弱碱性溶液使未产生光聚合交联反应的干膜反应溶解掉，露出铜箔层1，此过程统称为显影(如图15所示)；
6、显影后将露出的铜箔层1利用特定化学药水蚀刻溶解掉(产生光聚合交联反应的感光干膜b不与特定化学药水反应)，露出介质层3表面，此过程统称为蚀刻(如图16所示)；
7、蚀刻后使用特定强碱性溶液将产生光聚合交联反应的感光干膜b反应溶解掉，此过程统称为褪膜，从而形成PCB所需要的线路图形(如图17所示)。
干膜法存在以下缺点：
1、干膜法虽在精细线路制作方面相较于湿膜法更具优势，但其较高的成本决定了其无法成为第一选择；
2、受感光干膜b封孔能力影响，无法制作大孔径(或槽)金属化孔(或槽)。
在生产实践中，不同厂商会根据线路图形设计的特点选择上述不同的线路成型方式(或交叉组合的方式)。
综上所述，由于受目前行业物料及设备能力的影响，上述两种线路成型的工艺方法均受到如下限制：
1、显影和退膜过程中用到多种化学药水，产生的废水不利于环保；
2、线路成型工艺流程长，生产周期长；
3、干膜和湿膜易破损、划伤，曝光、显影和蚀刻过程中存在很多品质隐患，容易导致开短路；
4、需大量人力和物力；
5、难以制作线宽间距≤50um的线路，产品良率极低；
6、难以制作线路毛边≤10um的线路，产品良率极低；
7、难以制作线宽间距公差≤12.5um的线路，产品良率极低；
8、难以制作焊盘宽度≤50um的线路，产品良率极低；
9、无法制作超出蚀刻能力的小线宽间距的厚铜线路；
10、无法制作超出干膜封孔能力的线路。
发明内容
本发明的目的在于提供一种PCB线路的成型方法，其可以减少废水排出，缩短PCB生产周期，降低人力和物力成本；提高产品良率，制作超出蚀刻能力的小线宽间距的厚铜线路。
本发明是这样实现的，一种PCB线路的成型方法，其包括以下步骤：
全板镀锡：在覆铜板的铜箔层表面通过电化学原理镀覆上一层锡，以实现保护铜箔层；
激光烧蚀锡：全板镀锡后，利用锡的熔沸点比铜的熔沸点低的特性，使用一定波长的激光，通过调节激光的能量密度，使激光的能量达到锡烧蚀临界值，并通过调整激光的进给速度或烧蚀时间，烧蚀掉PCB设计的目标线路图形位置上的锡，露出铜箔层，并不伤及铜箔层；
蚀刻：激光烧蚀锡后，利用化学药水将露出的铜箔层蚀刻溶解掉，露出介质层表面；
褪锡：蚀刻后，利用化学药水将锡层溶解掉，从而形成PCB所需要的线路图形。
为实现上述目的，本发明还提供了第二种PCB线路的成型方法，其包括以下步骤：
全板镀锡：在覆铜板的铜箔层表面通过电化学原理镀覆上一层锡，以实现保护铜箔层；
激光烧蚀铜锡：全板镀锡后，利用锡的熔沸点比铜的熔沸点低的特性，使用一定波长的激光，通过调节激光的能量密度，使激光的能量达到铜烧蚀临界值，并通过调整激光的进给速度或烧蚀时间，烧蚀掉PCB设计的目标线路图形位置上的锡层，同时烧蚀掉一部分铜箔层，保留一部分铜箔层附着在介质层表面；
蚀刻：激光烧蚀锡后，利用化学药水将露出的铜箔层蚀刻溶解掉，露出介质层表面；
褪锡：蚀刻后，利用化学药水将锡层溶解掉，从而形成PCB所需要的线路图形。
为实现上述目的，本发明还提供了第三种PCB线路的成型方法，其包括以下步骤：
在覆铜板上钻孔；
全板电镀：钻孔后在铜箔层表面和孔壁通过电化学原理镀覆上一层铜，以实现上下铜箔层导通；
全板镀锡：全板电镀后，在铜箔层表面和孔壁通过电化学原理镀覆上一层锡，以实现保护铜箔层；
激光烧蚀锡：全板镀锡后，利用锡的熔沸点比铜的熔沸点低的特性，使用一定波长的激光，通过调节激光的能量密度，使激光的能量达到锡烧蚀临界值，并通过调整激光的进给速度或烧蚀时间，烧蚀掉PCB设计的目标线路图形位置上的锡层，露出铜箔层，并不伤及铜箔层；
蚀刻：激光烧蚀锡后，利用化学药水将露出的铜箔层蚀刻溶解掉，露出介质层表面；
褪锡：蚀刻后，利用化学药水将锡层溶解掉，从而形成PCB所需要的线路图形。
为实现上述目的，本发明还提供了第四种PCB线路的成型方法，其包括以下步骤：
在覆铜板上钻孔；
全板电镀：钻孔后在铜箔层表面和孔壁通过电化学原理镀覆上一层铜，以实现上下铜箔层导通；
全板镀锡：全板电镀后，在铜箔层表面和孔壁通过电化学原理镀覆上一层锡，以实现保护铜箔层；
激光烧蚀铜锡：全板镀锡后，利用锡的熔沸点比铜的熔沸点低的特性，使用一定波长的激光，通过调节激光的能量密度，使激光的能量达到铜烧蚀临界值，并通过调整激光的进给速度或烧蚀时间，烧蚀掉PCB设计的目标线路图形位置上的锡层，同时烧蚀掉一部分铜箔层，保留一部分铜箔层附着在介质层表面；
蚀刻：激光烧蚀锡后，利用化学药水将露出的铜箔层蚀刻溶解掉，露出介质层表面；
褪锡：蚀刻后，利用化学药水将锡层溶解掉，从而形成PCB所需要的线路图形。
本发明与现有技术相比，有益效果在于：
1、用锡层代替干膜和湿膜的保护作用，摒弃了大量与干膜和湿膜配套的一系列物料及设备，降低了人力和物力成本，同时减少了线路成型过程中开短路的产生，提高了产品良率，并减少了废水排出，保护了环境。
2、用激光烧蚀工艺代替蚀刻工艺，简化了种PCB内外层线路的工艺流程，缩短了PCB产品整个生产周期，并极大地提高了精细线路制作的良率，具体如下：
A、利用了激光高对位精度的特性，可制作线宽间距公差≤12.5um和焊盘宽度≤50um的线路；
B、利用了激光路径小且可调节的特性，可制作线宽间距≤50um的线路；
C、利用了激光具有高光子能量的特性，可将分子键直接打断，从而形成光滑的侧壁，并结合特定化学药水蚀刻铜的原理，可制作线路毛边≤10um和超出蚀刻能力的小线宽间距厚铜的线路。
3、利用了锡不与特定蚀刻药水反应的特性，用锡代替干膜的封孔作用，突破了内层线路金属化孔孔径的限制。
附图说明
图1是覆铜板的结构示意图；
图2是于图1所示的覆铜板涂覆感光湿膜后的结构示意图；
图3是图2所示覆铜板曝光后的结构示意图；
图4是图3所示覆铜板显影后的结构示意图；
图5是图4所示覆铜板蚀刻后的结构示意图；
图6是图5所示覆铜板褪膜后的结构示意图；
图7是覆铜板贴上感光干膜后的结构示意图；
图8是图7所示覆铜板曝光后的结构示意图；
图9是图8所示覆铜板显影后的结构示意图；
图10是图9所示覆铜板蚀刻后的结构示意图；
图11是图1所示覆铜板钻孔后的结构示意图；
图12是于图11所示的覆铜板的铜箔层表面和孔壁镀覆上一层铜后的结构示意图；
图13是于图12所示的覆铜板的表面贴上感光干膜的结构示意图；
图14是图13所示的覆铜板曝光后的结构示意图；
图15是图14所示覆铜板显影后的结构示意图；
图16是图15所示覆铜板蚀刻后的结构示意图；
图17是图16所示覆铜板褪膜后的结构示意图；
图18是于覆铜板的铜箔层表面和孔壁镀覆上一层锡后的结构示意图；
图19是图18所示的覆铜板激光烧蚀锡后的结构示意图；
图20是图19所示的覆铜板蚀刻后的结构示意图；
图21是图18所示的覆铜板激光烧蚀铜锡后的结构示意图；
图22是于图12所示的覆铜板的镀覆铜表面和孔壁镀覆上一层锡后的结构示意图；
图23是图22所示的覆铜板激光烧蚀锡后的结构示意图；
图24是图23所示的覆铜板蚀刻后的结构示意图；
图25是图24所示的覆铜板褪膜后的结构示意图；
图26是图22所示的覆铜板激光烧蚀铜锡后的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个部件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例一：
本实施例提供了一种PCB线路的成型方法，包括以下步骤：
全板镀锡：如图18所示，在覆铜板的铜箔层1表面通过电化学原理镀覆上一层锡，形成锡层2，以实现保护铜箔层1；
激光烧蚀锡：全板镀锡后，利用锡的熔沸点比铜的熔沸点低的特性，使用一定波长的激光，通过调节激光的能量密度，使激光的能量达到锡烧蚀临界值，并通过调整激光的进给速度或烧蚀时间(具体要看采用的激光器类型)，烧蚀掉PCB设计的目标线路图形位置上的锡层2，露出铜箔层1，并不伤及铜箔层1(如图19所示)；
蚀刻：激光烧蚀锡后，利用化学药水将露出的铜箔层1蚀刻溶解掉，露出介质层3表面(如图20所示)；
褪锡：蚀刻后，利用化学药水将锡层2溶解掉，从而形成PCB所需要的线路图形(如图6所示)。
采本实施例的PCB线路的成型方法，能实现以下技术效果：
1、用锡层2代替干膜和湿膜的保护作用，摒弃了大量与干膜和湿膜配套的一系列物料及设备，降低了人力和物力成本，同时减少了线路成型过程中开短路的产生，提高了产品良率，并减少了废水排出，保护了环境。
2、用激光烧蚀工艺代替蚀刻工艺，简化了种PCB外层线路的工艺流程，缩短了PCB产品整个生产周期，并极大地提高了精细线路制作的良率，具体如下：
A、利用了激光高对位精度的特性，可制作线宽间距公差≤12.5um和焊盘宽度≤50um的线路；
B、利用了激光路径小且可调节的特性，可制作线宽间距≤50um的线路；
C、利用了激光具有高光子能量的特性，可将分子键直接打断，从而形成光滑的侧壁，并结合特定化学药水蚀刻铜的原理，可制作线路毛边≤10um和超出蚀刻能力的小线宽间距厚铜的线路。
本实施例的方法适用于无金属化孔的线路成型；只烧锡，成本较低。
实施例二：
本实施例提供了第二种PCB线路的成型方法，其包括以下步骤：
全板镀锡：如图18所示，在覆铜板的铜箔层2表面通过电化学原理镀覆上一层锡，形成锡层2，以实现保护铜箔层2；
激光烧蚀铜锡：全板镀锡后，利用锡的熔沸点比铜的熔沸点低的特性，使用一定波长的激光，通过调节激光的能量密度，使激光的能量达到铜烧蚀临界值，并通过调整激光的进给速度或烧蚀时间，烧蚀掉PCB设计的目标线路图形位置上的锡层2，同时烧蚀掉一部分铜箔层1，保留一部分铜箔层1(下称残铜)附着在介质层3表面(如图21所示)；
蚀刻：激光烧蚀锡后，利用化学药水将露出的铜箔层1蚀刻溶解掉，露出介质层3表面(如图20所示)；
褪锡：蚀刻后，利用化学药水将锡层2溶解掉，从而形成PCB所需要的线路图形(如图6所示)。
本实施例的方法适用于无金属化孔的线路成型；以及适用于厚铜或超蚀刻能力的小线宽间距厚铜线路成型，可通过控制残铜厚度优化蚀刻效果(残铜厚度越小，蚀刻效果越好，蚀刻的精度和线路毛边越小)。
实施例三：
本实施例提供了第三种PCB线路的成型方法，其包括以下步骤：
在覆铜板上钻孔(如图11所示)；
全板电镀：钻孔后在铜箔层1表面和孔壁通过电化学原理镀覆上一层铜(镀覆铜4)，以实现上下铜箔层1导通(如图12所示)；
全板镀锡：全板电镀后，在铜箔层1表面和孔壁通过电化学原理镀覆上一层锡层2，以实现保护铜箔层1(如图22所示)；
激光烧蚀锡：全板镀锡后，利用锡的熔沸点比铜的熔沸点低的特性，使用一定波长的激光，通过调节激光的能量密度，使激光的能量达到锡烧蚀临界值，并通过调整激光的进给速度或烧蚀时间，烧蚀掉PCB设计的目标线路图形位置上的锡层2，露出铜箔层1，并不伤及铜箔层1(如图23所示)；
蚀刻：激光烧蚀锡后，利用化学药水将露出的铜箔层1蚀刻溶解掉，露出介质层3表面(如图24所示)；
褪锡：蚀刻后，利用化学药水将锡层2溶解掉，从而形成PCB所需要的线路图形(如图25所示)。
本实施例的方法适用于有金属化孔的线路成型；只烧锡，成本较低。同时，利用了锡不与特定蚀刻药水反应的特性，用锡层2代替干膜的封孔作用，突破了内层线路金属化孔孔径的限制。
实施例四：
本实施例提供了第四种PCB线路的成型方法，其包括以下步骤：
在覆铜板上钻孔(如图11所示)；
全板电镀：钻孔后在铜箔层1表面和孔壁通过电化学原理镀覆上一层铜(镀覆铜4)，以实现上下铜箔层1导通(如图12所示)；
全板镀锡：全板电镀后，在铜箔层1表面和孔壁通过电化学原理镀覆上一层锡层2，以实现保护铜箔层1(如图22所示)；
激光烧蚀铜锡：全板镀锡后，利用锡的熔沸点比铜的熔沸点低的特性，使用一定波长的激光，通过调节激光的能量密度，使激光的能量达到铜烧蚀临界值，并通过调整激光的进给速度或烧蚀时间，烧蚀掉PCB设计的目标线路图形位置上的锡层2，同时烧蚀掉一部分铜箔层1，保留一部分铜箔层1附着在介质层3表面(如图26所示)；
蚀刻：激光烧蚀锡后，利用化学药水将露出的铜箔层1蚀刻溶解掉，露出介质层3表面(如图24所示)；
褪锡：蚀刻后，利用化学药水将锡层2溶解掉，从而形成PCB所需要的线路图形(如图25所示)。
本实施例的方法适用于有金属化孔的线路成型；以及适用于厚铜或超蚀刻能力的小线宽间距厚铜线路成型，可通过控制残铜厚度优化蚀刻效果(残铜厚度越小，蚀刻效果越好，蚀刻的精度和线路毛边越小)。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种PCB线路的成型方法，其特征在于，包括以下步骤：
全板镀锡：在覆铜板的铜箔层表面通过电化学原理镀覆上一层锡，以实现保护铜箔层；
激光烧蚀锡：全板镀锡后，利用锡的熔沸点比铜的熔沸点低的特性，使用一定波长的激光，通过调节激光的能量密度，使激光的能量达到锡烧蚀临界值，并通过调整激光的进给速度或烧蚀时间，烧蚀掉PCB设计的目标线路图形位置上的锡，露出铜箔层，并不伤及铜箔层；
蚀刻：激光烧蚀锡后，利用化学药水将露出的铜箔层蚀刻溶解掉，露出介质层表面；
褪锡：蚀刻后，利用化学药水将锡层溶解掉，从而形成PCB所需要的线路图形。
2.一种PCB线路的成型方法，其特征在于，包括以下步骤：
全板镀锡：在覆铜板的铜箔层表面通过电化学原理镀覆上一层锡，以实现保护铜箔层；
激光烧蚀铜锡：全板镀锡后，利用锡的熔沸点比铜的熔沸点低的特性，使用一定波长的激光，通过调节激光的能量密度，使激光的能量达到铜烧蚀临界值，并通过调整激光的进给速度或烧蚀时间，烧蚀掉PCB设计的目标线路图形位置上的锡层，同时烧蚀掉一部分铜箔层，保留一部分铜箔层附着在介质层表面；
蚀刻：激光烧蚀锡后，利用化学药水将露出的铜箔层蚀刻溶解掉，露出介质层表面；
褪锡：蚀刻后，利用化学药水将锡层溶解掉，从而形成PCB所需要的线路图形。
3.一种PCB线路的成型方法，其特征在于，包括以下步骤：
在覆铜板上钻孔；
全板电镀：钻孔后在铜箔层表面和孔壁通过电化学原理镀覆上一层铜，以实现上下铜箔层导通；
全板镀锡：全板电镀后，在铜箔层表面和孔壁通过电化学原理镀覆上一层锡，以实现保护铜箔层；
激光烧蚀锡：全板镀锡后，利用锡的熔沸点比铜的熔沸点低的特性，使用一定波长的激光，通过调节激光的能量密度，使激光的能量达到锡烧蚀临界值，并通过调整激光的进给速度或烧蚀时间，烧蚀掉PCB设计的目标线路图形位置上的锡层，露出铜箔层，并不伤及铜箔层；
蚀刻：激光烧蚀锡后，利用化学药水将露出的铜箔层蚀刻溶解掉，露出介质层表面；
褪锡：蚀刻后，利用化学药水将锡层溶解掉，从而形成PCB所需要的线路图形。
4.一种PCB线路的成型方法，其特征在于，包括以下步骤：
在覆铜板上钻孔；
全板电镀：钻孔后在铜箔层表面和孔壁通过电化学原理镀覆上一层铜，以实现上下铜箔层导通；
全板镀锡：全板电镀后，在铜箔层表面和孔壁通过电化学原理镀覆上一层锡，以实现保护铜箔层；
激光烧蚀铜锡：全板镀锡后，利用锡的熔沸点比铜的熔沸点低的特性，使用一定波长的激光，通过调节激光的能量密度，使激光的能量达到铜烧蚀临界值，并通过调整激光的进给速度或烧蚀时间，烧蚀掉PCB设计的目标线路图形位置上的锡层，同时烧蚀掉一部分铜箔层，保留一部分铜箔层附着在介质层表面；
蚀刻：激光烧蚀锡后，利用化学药水将露出的铜箔层蚀刻溶解掉，露出介质层表面；
褪锡：蚀刻后，利用化学药水将锡层溶解掉，从而形成PCB所需要的线路图形。
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