CN113727538A - 一种只电镀加厚并可焊性处理孔后激光制导电图案的制造电路板方法 - Google Patents

一种只电镀加厚并可焊性处理孔后激光制导电图案的制造电路板方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种只电镀加厚并可焊性处理孔后激光制导电图案的制造电路板方法，在已经完成内层线路制作的多层覆铜箔板上涂覆一种疏化学镀活性种子并且抗电镀的有机掩蔽材料，钻孔并只在孔壁上电镀沉积铜至需要的厚度后，再电镀沉积可焊性金属层，然后，用激光去除非线路区域的掩蔽层、铜箔制造导电图案。本发明通过抗电镀的有机掩蔽材料掩蔽板面，只在孔壁上沉积金属，电路板金属化孔质量更好使其更好地满足电气要求；激光光斑直径可以根据图案尺寸改变，去除铜箔速度快，加工效果更好，可以制造更精细的导电图案；用激光直接去除材料制造阻焊图案，步骤少，质量好，成本低，环境友好。

Description

一种只电镀加厚并可焊性处理孔后激光制导电图案的制造电 路板方法
技术领域
本发明属于电路制作技术领域，涉及激光加工技术，尤其是一种只电镀加厚并可焊性处 理孔后激光制导电图案的制造电路板方法。
背景技术
电子产品从概念到成品一般要经历设计、备料和组装三个阶段。
物理设计结束后，就要进行物料准备，包括选择和定制各种元器件、接插件、显示模块 以及其它功能模块等等。其中，最重要的物料之一就是裸电路板，因为裸电路板用来支承元 器件并起着元器件管脚间的电气互联作用，是影响电子产品的质量、可靠性以及整个制造过 程的难易程度、成本高低、速度的快慢的关键因素，必须按照设计要求和产品的属性定制。 裸电路板，简称裸板，指尚未安装元器件的电路板，也称印制电路板、印刷电路板、印刷线 路板、印制板、电路板、线路板、印刷板。裸板一般由专业制造印制电路板的厂家按需定制。 以多层电路板为例，裸板制造的工艺流程大致为：制造内层导电图案—黑化/棕化及层压—在 多层覆铜箔绝缘基板上钻孔—进行孔金属化—制作外层导电图案并退除金属抗蚀膜或有机抗 蚀膜—涂覆阻焊剂—制作阻焊图案及生成焊接区—对焊接区表面进行可焊性涂覆处理—制作 标记符号—出货给组装阶段的厂家。
电子产品的组装，即把各种物料装、配、组合在一起，并通过钎焊、紧固、粘接等连接 手段实现物料之间位置的固定和对应的电气连接和功能的配合。狭义上，常将把元器件安装 及焊接到电路板上的组装过程称作装联。装联元器件之后的产品，一般称为组装板。在不需 要区分的场合，裸电路板和组装板通称为电路板。
以前的装联技术，以通孔插装方法为主，即把各种元器件、接插件、功能模块等的管脚 插入到裸板的安装孔中，再用焊料把这些管脚与孔壁和焊盘钎焊在一起，从而把元器件固定 在电路板上，并通过电路板上的焊盘、互连线、中继孔实现元器件管脚间的电气互连。目前 的电子产品，更多地采用表面安装技术进行装联，即，先在电路板连接盘-即焊盘上涂覆焊锡 膏，然后把各种元器件、接插件、功能模块等的管脚对应放置在连接盘的焊锡膏层之上，最 后再对电路板进行加热，使焊锡膏中的粉状或颗粒状的固体金属锡/锡合金熔化，熔化的焊料 浸润元器件的端电极/管脚和电路板焊盘，冷却成固体金属时把元器件的端电极与连接盘钎焊 在一起，从而把元器件贴装固定于电路板表面，并通过电路板上的焊盘、导线、孔构成的导 电通道，实现元器件间的电气互连。电路板的组装或在专业组装厂家进行，或由电子产品开 发机构自行完成。以SMT技术为例，电路板的装联工艺流程大致为：来自裸板制造厂的电路 板—往焊接盘上漏印焊锡膏—拾取元器件并将其贴覆于电路板表面—加热使焊锡膏重熔回流 实现管脚与焊盘的钎焊。
整体考虑电路板的裸板制造和元器件组装过程，可以看出，裸电路板制造的关键是导电 图形制作、层压、钻孔及孔金属化、阻焊图案制作及可焊性涂覆等过程，而涂覆焊锡膏、贴 插元器件、焊接则是装联生产阶关键流程。再进一步分析，可以知道，这些过程本质上都是 为了实现元器件的安装固定和元器件之间的电气互连两个目的。其中，导电图案制造关乎电 路板线路的精细程度和电气性能；阻焊图案的制造、可焊性涂覆虽然是在裸板阶段完成，但 却是装联阶段生产的基础；而钻孔及孔金属化则一方面影响着电路板的连接密度、机械性能、 应用环境，及插装件的安装固定时的匹配度，另一方面决定着电路板各个水平导电层间Z方 向互连的电气性能以及可靠性高低，并且，还直接影响着电路板的水平方向电气连接导电图 案制造过程的难易程度。
随着社会经济的进步，对电子产品的要求越来越高，元件越来越小，功能越来越强，管 脚数越来越多，对导电图案、阻焊图案的要求越来越精细、准确，对孔的要求也越来越小、 越深，不论是在裸板制造阶段，还是元器件组装阶段，各个制程问题又互相影响，使得电路 板制造的技术难度越来越大。
比如，目前的孔金属化制程，为了满足Z向电气互连物理载体达到最低可靠性和电气要 求，即孔壁导电层达到最低厚度，必须用电镀技术往孔壁上沉积金属铜，而电镀过程需要导 电通道，现有的技术，不论是图形电镀、全板电镀蚀刻制导电图形法，还是激光选择性去除 铜箔制导电图案法，都不得不用基材上原有的铜箔作为孔壁上镀铜的电源线，在电镀铜加厚 孔壁导电层过程同时，板面固有铜箔基础上，必定会与孔壁同步增加导电层厚度，而且，由 于电力线分步的因素，还由于电镀过程的深度能力和均镀能力限制，使得最终板面沉积层的 厚度会大于孔壁沉积层。IPC标准IPC-6012中，对金属化孔铜厚有明确的要求，至少为20μm。 现在的电路板制程，深镀能力有限，当孔壁铜厚达到μm时，板面增加的铜厚度超出孔壁铜厚， 与材料原有铜箔厚度相加后，总铜厚超过μm。然而，这种电镀加厚孔必须同步加厚板面原始 铜箔技术，并没有因为消耗了铜资源而增强电路板的性能，并没有降低后续制程的难度，恰 恰相反，这样的制程在以下几个方面，对电路板性能和制程有负面影响：
第一，孔壁导电层厚度比板面导电层厚度小，造成Z向导电链路与X、Y平面导电链路 电性能不一致。第二，电路板电镀孔铜工序产生的导电层，成了未来导电图形导电层的顶层， 在趋肤效应的作用下，是频率较高的电信号传输的主要介质，而电路板生产中用电镀技术沉 积出铜层的质量，比材料原有的用电铸或压延技术制造出的铜箔的纯度略低，晶体略粗糙， 电气和机械性能质量略差，因此，导电层厚度的增加反而不利于信号高速、高频传输。第三， 铜箔厚度的增加及其导致的侧向蚀刻是一种制约导电图案精细度的因素，用化学蚀刻技术制 造导电图案过程中，蚀刻液与铜箔接触进行蚀刻，蚀刻除了垂直向铜箔深度进行，由于蚀刻 液与导线两侧面接触，使得蚀刻同时也在导线的两个侧向进行，被蚀刻的铜层越厚，时间越 长，侧向蚀刻现象越严重，侧向蚀刻不仅减小了导线宽度，严重时还会产生断线。第四，铜 箔厚而不匀，是用激光制导电图案技术广泛应用的瓶颈，显然，铜箔越厚，需要的激光能量 就越大，需要加工的遍数就越多，加工过程会越慢；铜箔厚度越不均匀，光蚀过程越难，要 么是铜箔厚度较大区域出现施加激光功率过小，去铜不净，残留铜影响绝缘性能现象，要么 是铜箔厚度较小区域出现施加激光功率过大，烧蚀铜箔下面的绝缘材料，影响电路板质量现 象。
现有的技术，导电图案制造过程的问题在于，传统蚀刻方法过程复杂，需要先用图形转 移过程制造抗蚀掩膜，图形转移过程又需要使用光敏材料，还需要先制造用于选择性曝光用 的掩膜版，且蚀刻制出导电图形后需要将抗蚀掩膜去除，伴随蚀刻出现的欠蚀刻、过蚀刻、 侧蚀刻、蚀刻不匀现象常常使得质量控制各因素间顾此失彼，问题重重；而激光直接去除有 机材料制抗蚀刻掩膜、抗电镀掩膜、阻焊掩膜，以及直接去除导电铜箔方法制导电图形过程 虽然简单，但因为激光光斑直径小，需要逐点逐线加工，速度慢，效率低。此外，在激光直 接去除导电铜箔方法制导电图形加工中，因为基板上的铜箔层在孔金属化后厚度变得更厚、 厚度更不均匀，激光能量很难实时做相应变化，难以保证去除质量。
阻焊图案制作以及可焊性涂覆的问题在于，和制造导电图形一样，传统技术制阻焊图案， 是一个图形转移过程，需要使用光敏材料，还需要先制造用于选择性曝光的掩膜版，烘烤、 曝光效果相互干涉，使得质量控制左右为难，阻焊剂上焊盘一类的缺陷频频出现。而无论是 用热风整平、还是用化学镍金技术进行可焊性涂覆都存在着成份复杂，过程繁琐，会带来焊 接机理不清而影响可靠性的困惑。
综上所述，不难看到，当前的电路板制造技术中包含着一系列的间接加工、化学处理、 湿法制造流程。这些单功能流程各有各的固有技术局限，而且，它们之间相互牵制，互为结 果，是限制更高质量、更高效率、更加环境友好的根本原因，既需要对各个单功能流程进行 改进、更新，还需要在整体上综合优化，升级。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明开发了一种只电镀加厚并可焊性处理孔后激光制导电图案 的制造电路板方法，具体步骤如下：
(1)往内部没有或含有一层及以上导电图形的双面覆有铜箔的工件表面上涂覆有机掩蔽 材料；
(2)按设计要求钻孔；
(3)孔导电化；
(4)电镀，在孔壁上沉积铜加厚导电层至终检需要的厚度；
(5)电镀，在孔壁上沉积可焊性金属层；
(6)激光去除非线路区域表面上的掩蔽材料层；
(7)用激光去除非线路区域的铜箔，制出导电图案；
(8)往非线路区域上涂覆并一次性固化非光敏阻焊剂；
(9)在组装现场用激光去除焊接区导电体上的有机材料，制造阻焊图案，并对焊接区表 面进行清洁及可焊性处理；
(10)向连接盘上添加焊料，进行元件贴装、插装，进行重熔焊接及或波峰焊接。
其中，步骤(1)，往内部没有或含有一层及以上导电图形的双面覆有铜箔的工件表面上 涂覆有机掩蔽材料。
现有技术一般采用光致干膜作为抗电镀掩膜，光致干膜为三层结构，光敏胶涂层在载膜 和保护膜之间，由胶粘剂和光聚合单体等组成，形成图案过程较复杂，要经过光绘制版、贴 膜、曝光、显影工序；而且，价格贵，强度不高且厚度较大，一般在20μm以上，分辨率受 限，掩蔽效果较差。
本发明的掩蔽膜不需要具备光敏感性能，但具有疏化学镀活性种子，耐孔金属化前的酸、 碱、有机物等的处理，并且抗电镀；包括由单一组分、多组分、复合的热固、光固、可热压 合附着的，非光敏和光敏的材料制造的干性PET、PI、RPP、BOPET、BOPP、PA、PPE、PTFE、PP、PE、PVC、EVA等高分子材料，包括有机硅及其改性物涂料，其它树脂及其改性物涂料； 包括派瑞林/Parylene涂覆层，其它聚合物涂覆层；包括以上材料及其改性物制造的热固、光固、可热压合附着的薄膜，以及这些薄膜再复合粘结剂，复合其他材料的热固、光固、可热压合附着的薄膜；包括上述材料的逐层罗叠，以及单体的、预聚合的、或已完成聚合的液态、膏状形态的材料；材料的涂覆方法包括滚压、热压、印刷、镀覆、喷涂、帘涂的一种或两种 以上组合加工；材料的厚度大于线路上增厚的总金属厚度，范围在0.3μm-3000μm，优选厚度为1um-100um。
步骤(2)所使用的方法，包括机械手段钻孔；包括用激光钻孔；包括机械和激光组合钻 孔；包括钻孔后去毛刺、去胶渣等处理步骤。
事实上，一般的预涂覆压敏涂层膜、热敏涂层的高聚物薄膜，经过疏化学镀活性种子处 理后即可满足要求。例如，热压贴厚度为20μm热敏PET、BOPET膜作为抗电镀掩膜。
其中，步骤(2)，按照设计要求钻孔。被钻孔材料是导电铜箔和绝缘材料交替叠层而成 的复合材料，与传统技术不同，本发明所钻材料增加了贴在板面上的高聚物掩蔽膜。钻孔工 具既可以是机械钻头，也可以是聚焦激光光束。
如果采用机械钻头钻孔，在孔壁上可能出现环氧钻污，在进行孔导电化前，应该用不伤 害上述高聚物薄膜的药液或过程将环氧钻污去除掉，以保证孔金属化质量。
其中，步骤(3)，孔导电化。本步骤的目的是在孔壁上沉积起始导电层，为下一步电镀 孔筒打底。
传统的化学沉铜工艺，是先在孔壁上先沉积具有活性的贵金属粒子，然后再沉积铜孔金 属实现孔壁表面导电的，因此孔导电化即是现行电路板制造技术中的孔金属化过程；而对于 直接电镀工艺，特别是其中的碳膜法、高分子膜法，实现孔壁导电的物质不是金属，因此用 孔金属化描述形成起始导电层的过程并不准确。本发明中，涉及现行技术时仍用孔金属化进 行描述，涉及本发明的过程时用孔导电化描述，孔导电化既包括用金属实现的孔导电过程， 也包括用非金属材料实现孔导电的过程。
实现本步骤的目标有两种方法，一种是直接电镀方法，例如，用碳膜法对孔进行黑孔化， 经过“前处理→黑孔”步骤后形成起始导电层；另一种是传统化学沉铜工艺，经过“镀前处理→ 活化处理→化学镀铜”后形成起始导电层。其中，化学镀铜的厚度达到保证过程可靠的下限即 可，比如1μm。
本步骤中，因为板面覆有高聚物薄膜，且该薄膜表面外表面具有疏化学镀活性种子性能， 掩蔽了板面，所有在直接电镀方法的黑孔步骤后，或在化学沉铜方法的活化处理后，板面不 会有导电的炭黑、石墨等物质，也不会附着具有催化作用的金属钯活性粒子以及化学沉积的 铜等物质。这样，就能维持板面与覆铜箔导电层处于电气绝缘状态，在后续电镀时，就不会 有金属铜在板面上沉积，从而达到只在孔壁上电镀铜导电层的目的。
其中，步骤(4)，电镀铜，在孔壁上沉积铜加厚孔筒。
为了解决电镀孔筒时，总面积过小，电力线分步不均，电流密度不容易控制等问题，可 以在工件上制造有助于改善质量的电镀平衡块。方法为：在进行步骤(1)之后，在进行步骤 (2)、(3)之前或之后，在进行步骤(4)之前，用激光去除非线路且与线路间隔大于30μm 以上，优选间隔大于50μm的无电气功能的死铜区域，或其导电层需要去除且不对后续去除 过程产生负面影响的区域，或铜厚不影响其功能的区域，或增加铜厚对功能有正面影响的区 域上的抗电镀薄膜掩蔽层，露出其下的铜箔面，形成有利于电镀孔壁时电镀电流平衡分布的 分散图案。
制造电镀平衡块，仅需去除对应部位铜箔表面的有机材料。此时，所用聚焦激光光斑光 功率密度须大于去除有机材料所需的最低功率密度，并且低于或接近于去除其下所覆盖的金 属层所需最低光功率密度。优选大于去有机材料所需最低光功率密度的1.2倍。
步骤(4)的控制点是电镀时间。此时，板面上除孔筒和电镀平衡块以外，全部区域上 都有掩膜覆盖，掩膜是绝缘材料，虽然与电镀药液接触，但表面上沉积不上铜，因此，只有 孔筒和平衡块在电镀过程中能沉积铜，电镀时间足够，就能在孔筒上获得足够厚度的铜沉积 层，达到了选择性控制孔壁铜厚的目的。
其中，步骤(5)，在孔壁上电镀可焊性金属保护层。
这类金属，既是电路板运输、存储时对相应区域的保护层，也是增加焊接区的可钎焊性 的功能性涂覆层。
本发明使用非光敏抗镀材料，掩蔽能力好，可以经受更长的电镀时间，也可以耐受更严 苛的镀液及操作条件。此外，本发明的技术，因为板面其它区域有高聚物薄膜掩蔽，可以只 在孔壁，以及电镀平衡块表面上沉积金属，镀覆面积相对小，节约物料。因此，可选同时具 有保护性，又具有可焊性金属的品种更多，例如镍和金，锡。
其中，步骤(6)激光去除非线路区域表面上的高聚物薄膜层。
板面上所覆的高聚物薄膜，只在孔导电化及电镀时起掩蔽其下铜箔作用。完成孔的镀覆 后，可以一次性全部板面上的高聚物薄膜去除；也可以保留导电图案区域上的高聚物薄膜， 并在制作导电图案时，仅将非线路区域的高聚物薄膜与其下的导电材料一同去除。
去除高聚物薄膜层，与制造电镀平衡块，去除焊盘上的高聚物薄膜层过程一样，仅需去 除对应部位铜箔表面的有机材料。此时，所用聚焦激光光斑光功率密度须大于去除有机材料 所需的最低功率密度，并且低于或接近于去除其下所覆盖的金属层所需最低光功率密度。优 选大于去有机材料所需最低光功率密度的1.2倍。
大面积去除高分子聚合物薄膜，可以选择以CO2激光器为光源的设备加工。CO2激光器 发出的激光，波长为10μm左右，处于远红外波段。铜对这个波段的激光吸收系数低，但这个波段的激光与大多数高聚物耦合性好。，因此，去除掉高聚物又不伤铜的激光参数范围宽。 选择CO2激光，可以使用大直径光斑，去除效率高，成本低，性价比高，而且不伤铜。
除了CO2激光外，波长在1μm左右的脉冲光纤激光，性能稳定，使用方便且成本低，也 适合去除阻焊材料，制造阻焊图案。
其中，步骤(7)，激光去除非线路区域上的铜箔层，制出导电图案。
非线路区域上的铜箔层被去除后，没有铜箔的区域在绝缘基板上形成了绝缘图案，孔、 焊盘、线路区域上的导电层在绝缘基板上形成了导电图案。
因为本发明能够选择性地电镀孔，所以用激光去除非线路区域的导电材料的技术更容易 实施。现在通用的制造电路板技术，在孔金属化电镀过程之后，由于孔化系统均镀能力的限 制，在同一块基板材料上的不同区域，铜的沉积速度不同，导致总导电层厚度出现较大差异。 这样，用激光光蚀去除非线路部分的导电层时，如果激光参数不随铜厚变化，要么导致总铜 厚度大的部位去铜不净，残留铜影响绝缘性能，要么导致对总铜厚度小的部位施加能量过大， 烧蚀绝缘材料问题。
实施本发明选择性电镀孔的技术方案，可以不在非线路区域，特别是可以不在激光光蚀 去除路径上沉积铜，保持激光光蚀路径下导电层为原始铜箔，厚度均匀，降低激光加工难度。 本发明采用德中技术的分条与剥离法/Striping&Stripping，先用激光光蚀，逐点、逐层地将导 电材料汽化，形成封闭的分隔线，把需要去除的导电层区域细分为相互绝热的面积在某确定 范围内的小片，称为分条/Striping；然后，再用激光去加热小片，降低小片与基板的结合力， 使其成片脱离基板，称为剥离/Stripping。
分条与剥离法的加工步骤依次为：先逐点投照光蚀激光，汽化去除各个导电图案包络线 下的导电材料，以轮廓线为界，制出闭合的绝缘沟道；再逐点投照光蚀激光，汽化去除分隔 线下的导电材料，将需要去除的大块导电材料细分为互相绝热的小片；然后依次向小片上投 射加热激光，降低其与基材的结合力并变形，在辅助气的共同作用下，使之脱离工件，被转 移收集。
进行分条与剥离加工时，当两导体间绝缘间距S较宽，数值满足S>2dmax时，加工方案 为nd+(n-1)D，即n个光束直径为d的光蚀汽化去除和(n-1)个光束直径为D的加热剥离去除， 其中n≥2，且优选n值最小；当两导体间导电层宽度S满足2dmax≥S≥dmax时，S＝d1+d2，即选 用光蚀直径为d1和d2的两个光蚀激光束去除两导体间的导电材料，其中，d1和d2可以相 同，也可以不同；当两导体间绝缘间距S小于光蚀加工该任务的束腰直径最大值，即dmax≥S 时，加工方案为S＝d，即选择光束直径，使得恰好只用一个光束直径为d的光蚀激光束去除 两导体间的导电材料。其中，S为两导体间绝缘间距，即需要去除的导电层的宽度，d为光蚀 激光光束直径，D为加热激光光束直径，n为1、2、3、4等整数。
实施激光分条与剥离技术，并不一定先去掉非线路区域的抗电镀掩蔽膜-高聚物薄膜，例 如，用紫外波段激光加工，或皮秒激光在分条时，可将掩蔽膜和其下的铜箔层一起用激光光 蚀汽化，直至绝缘基材层止，形成绝热沟道；剥离时，对掩蔽膜和其下的铜箔层一起加热， 通过热变形和与绝缘基材的结合力的降低，成块剥离。为了适合激光加工，抗电镀掩蔽膜可 以选择有颜色的材料，以产生更好的吸收效果。
其中，步骤(8)，往工件表面上覆高聚物薄膜。
本步骤所覆高聚物薄膜即阻焊剂，其作用一是在电路板组装阶段元器件焊接时，防止焊 点间焊料漫流造成短路；一是对电路板上构成导电图案的导线的表面和侧壁起物理遮蔽作用， 防止外部环境导致的氧化、刮伤等破坏。
现有技术一般采用液体光敏油墨作为阻焊剂，阻焊剂中含有胶粘剂和光聚合单体，形成 图案过程非常复杂，要经过涂覆、预烘、曝光、显影、固化等多道工序；而且，价格贵，分 辨率不高，在细节距连接盘之间涂覆质量很难保证。
本发明用激光光蚀去除手段制阻焊图案，阻焊剂不需要具备光敏感性能，一般的预涂覆 压敏涂层膜、热敏涂层膜即可满足要求，价格便宜，分辨率高，可以制作精细的图案结构。 此外，本发明采用热压涂覆，不需要额外的固化过程，阻焊图案留待元件组装前现场用激光 制作，流程简单。例如，热压贴厚度为20μm-200μm热敏PI、PVC、PC、PET、PP、RPP、BOPET、BOPP、PA、PPE、派瑞林膜作为阻焊剂。
其中，步骤(9)，用激光去除焊接区表面高聚物薄膜层，制造阻焊图案。
用激光制造阻焊图案的技术要点在于：图案尺寸准确、光滑，无毛刺；去除干净，阻焊 剂无残留、无碳化；保持焊接区金属性能，不伤金属、无重熔、变色；不影响焊盘与基材的附着力，无过热，焊盘不起翘，附着力不降低。阻焊剂一般是高分子聚合物，物理上、化学 上与金属差异大，用激光加工去除，找到符合技术要求的窗口比较容易，可以用一种波长激光完成，例如，纳秒UV脉冲激光，或皮秒、飞秒激光制出阻焊图案；也可以用两种波长激 光结合完成。例如，选择大光斑CO2激光，高效去除高聚物制出图案；再用纳秒UV脉冲激 光，或皮秒、飞秒激光再去除阻焊剂残余物。
其中，步骤(10)，向连接盘上添加焊料，进行元件贴装、插装，进行重熔焊接及或波峰焊接。
在本发明中，激光加工既用于钻孔，又用于去除铜箔层上的高聚物薄膜，还用于去除铜 箔。所用激光加工设备由一套或者多套数据获取与处理系统、设备操作系统、激光光源、光 束整形及传输系统、激光聚焦系统、工件夹持及自动和手动上料与下料系统，工件定位及与 光束间的运动与控制系统，视觉检测以及激光功率监测及补偿系统，清洁、恒温系统，激光 及设备安全使用系统等组成；激光去除高聚物薄膜或激光去除非线路区域上的铜箔时，能根 据被加工区域的形状和尺寸，以单位面积上能量和功率为恒量，以与材料相互作用的光斑直 径为变量，以加工速度快、加工路径搭接时无罗叠或有一定量的罗叠、脉冲间有一定罗叠量 或间距量之一或其组合为优先，生成激光参数和加工数据；在加工中能针对被加工图形的结 构，按预定的激光参数、加工路径要求，在线变换光斑直径。
本发明的优点和效果是：
1、本发明采用表面有疏化学镀活性种子的掩蔽膜，本发明只电镀加厚孔壁，容易控制镀 层厚度，能解决孔壁镀层厚度偏薄问题。
2、本发明用激光制造抗电镀图案，可以只在孔壁和焊盘上电镀可焊性保护金属。
3、本发明实现只电镀孔和焊盘，非线路部分导电层厚度不增加，适合使用激光直接去非 线路部位的铜箔制造导电图案，可以制造更精细的导电图案。
4、本发明的激光制造图案过程中，根据去除的区域形状和尺寸改变聚焦激光光束直径， 使聚焦光束直径或其倍数恰等于需要去除区域的宽度，能降低或去除激光加工区域的搭接， 提高加工效率。
5、本发明在激光制造导电图案时，可以同时去除抗电镀掩膜，不再需要专门的去膜过程， 步骤少。
6、本发明用预涂热敏、压敏阻焊材料的薄膜作为阻焊剂，分别用不同波长、脉冲宽度、 功率密度的激光制造阻焊图案，效率更高，处理的效果更好。
附图说明
图1a为本发明的工艺流程图(步骤1-5)；
图1b为本发明的工艺流程图(步骤6-10)；
图中：1、绝缘基板；2、覆铜板铜层；3、有机掩蔽材料层；4、起始导电层；5、电镀 铜层；6、可焊性金属保护层；7、非光敏阻焊剂层；8、可焊性处理表面；9、焊料；10、元 件
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。
电子工业中常用覆铜板为基础材料制作电路板，覆铜板包括绝缘基板1和覆铜板铜层2。
实施例1
本实施例以双面印制电路板为例，具体加工步骤如下：
(1)在双面覆铜板上贴高聚物薄膜，形成有机掩蔽材料层3。
将已经裁切好尺寸的覆铜板进行机械刷板，对覆铜板表面进行粗化和清洁处理，增强铜 面与将要贴合的高聚物薄膜的结合力。然后通过贴膜机在双面覆铜板上热压贴合疏化学活性 种子并且具有抗电镀的高聚物薄膜BOPET，贴合参数：压力10kg/cm2，温度90℃，速度 1m/min。
(2)钻孔；
将覆膜覆铜板放置于吸附台上，将钻孔工程资料文件导入紫外纳秒激光机上，驱动激光 机，在需要制作孔的区域，用激光机选择性去除导电材料层、绝缘材料层，得到钻孔后基板。
进一步的采用紫外纳秒激光机在覆膜覆铜板边缘和无电气性能的死铜区域制作电镀分 流图案，平衡电镀时电流分布。
(3)孔导电化，形成起始导电层4；
选择黑孔方式进行孔导电化，由于覆铜板表面覆有疏化学活性种子的BOPET薄膜，黑 孔液不能附着在薄膜上，仅仅在孔内形成导电碳膜，这样可以大大节省黑孔液的消耗。
(4)电镀铜，在孔壁上电镀加厚孔铜，形成电镀铜层5；
根据电镀面积和电镀铜厚要求计算电镀参数，镀铜参数：1ASD*90min。
(5)在孔壁上电镀可焊性金属保护层6；
根据电镀面积和镀层厚度要求，在孔壁上电镀硬金，作为可焊性金属保护层。电镀硬金 参数：0.5ASD*10min。
(6)激光去除非线路区域上的的BOPET薄膜层；
具体地，本实施例采用20W紫外纳秒激光机去除非线路区域上的BOPET薄膜，将电路 板置于激光设备吸附台上，导入激光加工的工程资料数据，将电路板与加工数据精准对位， 激光光蚀去除高聚物薄膜。顶面加工完成后，翻转电路板，同样的方法去除覆铜板底面薄膜。 加工参数如下：
功率/W 频率/kHz 脉宽/ns 加工速度/mm/s 加工次数
5 150 20 800 1
(7)激光去除非线路区域上的铜箔层；
首先用光蚀激光进行绝缘包络加工，按加工数据，包括光束直径、包络分隔线路径及其 对应的激光参数，向导电材料投射激光，光蚀，逐点汽化去除导电材料至绝缘材料表面，在 要保留的导电材料周围制作闭合的绝缘包络沟道。然后用光蚀激光进行分片加工，按加工数 据，包括光束直径、小片分隔线路径及其对应的激光参数，向导电材料投射激光，光蚀，逐 点汽化去除导电材料至绝缘材料表面，将需要去除的大片导电材料细分为互相绝热的小片。 最后用加热激光进行剥离加工，按照加工数据，包括光束直径、对小片加热的加热线路径及 其对应的激光参数，依次向各个互相绝热的小片上投射激光，使小片受热，发生变形，降低 小片与绝缘材料的结合力，在辅助气的共同作用下，使小片与绝缘材料分开，脱离绝缘材料 表面，被转移，被收集，逐片地从绝缘材料上被剥离去除。
具体地，本实施例采用20W红外纳秒激光机去除非线路区域上的铜箔，制作导电图案。 本实施例中激光去除区域的导电层为原始铜箔，厚度均匀，大大降低了激光加工难度。加工 参数如下：
Figure BDA0003236275580000111
Figure BDA0003236275580000121
(8)往工件表面上贴合PI薄膜，形成非光敏阻焊剂层7；
具体地，使用层压机对完成叠片的双面板及PI膜进行层压，PI膜为杜邦生产的Kapton HN膜，厚度为25um，层压时使用硅橡胶垫作为热压合衬垫。依据材料特性，热压合阶段及 参数如下：
序号 压合压强(N/cm2) 压合温度(℃) 压合时间(分钟)
阶段1 24 80 15
阶段2 94 140 25
阶段3 188 180 25
阶段4 188 220 60
阶段5 188→0 220→室温 45
(9)用激光去除焊接区表面有机材料，制造阻焊图案，，并对焊接区表面进行清洁及可 焊性处理，形成可焊性处理表面8；
具体地，本实施例采用20W紫外纳秒激光机进行阻焊图案的制作，将电路板置于激光 设备吸附台上，导入激光加工的工程资料数据，将电路板与加工数据精准对位，激光光蚀成 型阻焊图案。顶面加工完成后，翻转电路板，同样的方法完成底面阻焊图案的制作。加工参 数如下：
功率/W 频率/kHz 脉宽/ns 加工速度/mm/s 加工次数
6 200 20 600 1
(10)向连接盘上添加焊料9，进行元件10贴装、插装，进行重熔焊接及或波峰焊接。
实施例2
本实施例以已经完成内层线路制作的多层覆铜箔板为例，具体加工步骤如下：
(1)在已经完成内层线路制作的多层覆铜箔板上贴高聚物薄膜。
将已经完成内层线路制作的多层覆铜箔板刷板后烘干，然后在多层覆铜箔板上热压贴合 疏化学活性种子并且具有抗电镀的高聚物薄膜BOPP，贴合参数：压力15kg/cm2，温度100℃， 速度1m/min。
(2)钻孔；
将多层覆铜箔板放置于吸附台上，将钻孔工程资料文件导入紫外纳秒激光机上，驱动激 光机，在需要制作孔的区域，用激光机选择性去除导电材料层、绝缘材料层，得到钻孔后基 板。
进一步的采用紫外纳秒激光机在覆膜覆铜板边缘和无电气性能的死铜区域制作电镀分 流图案，平衡电镀时电流分布。
(3)孔导电化；
选择化学沉铜方式进行孔导电化，由于覆铜板表面覆有疏化学活性种子的BOPET薄膜， 活化液不能附着在薄膜上，仅仅在孔内吸附，由于表面缺少钯核因此化学铜仅沉积在孔内， 形成导电层。
进一步的多层覆铜箔板在钻孔后孔导电化前需要将钻孔产生的钻污去掉，优选对BOPP 膜不造成损伤的去钻污药液。
(4)电镀铜，在孔壁电镀加厚孔铜；
根据电镀面积和电镀铜厚要求计算电镀参数，镀铜参数：0.8ASD*90min。
(5)在孔壁上电镀锡铅；
根据电镀面积和镀层厚度要求，在孔壁以及焊盘上电镀锡铅，作为可焊性金属保护层。 电镀锡铅参数：1ASD*15min。
(6)激光去除非线路区域上的的BOPP薄膜层；
具体地，本实施例采用20W紫外纳秒激光机去除BOPP薄膜，将电路板置于激光设备吸附台上，导入激光加工的工程资料数据，将电路板与加工数据精准对位，激光光蚀去除BOPP 薄膜。顶面加工完成后，翻转电路板，同样的方法去除覆铜板底面薄膜。加工参数如下：
功率/W 频率/kHz 脉宽/ns 加工速度/mm/s 加工次数
6 200 20 600 1
(7)激光去除非线路区域上的铜箔层；
首先用光蚀激光进行绝缘包络加工，按加工数据，包括光束直径、包络分隔线路径及其 对应的激光参数，向导电材料投射激光，光蚀，逐点汽化去除导电材料至绝缘材料表面，在 要保留的导电材料周围制作闭合的绝缘包络沟道。然后用光蚀激光进行分片加工，按加工数 据，包括光束直径、小片分隔线路径及其对应的激光参数，向导电材料投射激光，光蚀，逐 点汽化去除导电材料至绝缘材料表面，将需要去除的大片导电材料细分为互相绝热的小片。 最后用加热激光进行剥离加工，按照加工数据，包括光束直径、对小片加热的加热线路径及 其对应的激光参数，依次向各个互相绝热的小片上投射激光，使小片受热，发生变形，降低 小片与绝缘材料的结合力，在辅助气的共同作用下，使小片与绝缘材料分开，脱离绝缘材料 表面，被转移，被收集，逐片地从绝缘材料上被剥离去除。
具体地，本实施例采用20W红外纳秒激光机去除非线路区域上的铜箔，制作导电图案。 本实施例中激光去除区域的导电层为原始铜箔，厚度均匀，大大降低了激光加工难度。加工 参数如下：
阶段 功率/W 频率/kHz 脉宽/ns 加工速度/mm/s 加工次数 备注
包络绝缘 15 200 100 800 1 聚焦
分条分片 15 200 100 800 1 聚焦
加热剥离 30 200 100 900 1 离焦
(8)往工件表面上贴合RPP薄膜；
具体地，通过热压贴合方式将RPP薄膜贴合在已经制作完成导电图案的多层覆铜箔板 上，贴膜机贴合参数：压力20kg/cm2，温度120℃，速度0.5m/min。
(9)用激光去除焊接区表面有机材料层，制造阻焊图案；
具体地，本实施例采用20W紫外纳秒激光机进行阻焊图案的制作，将电路板置于激光 设备吸附台上，导入激光加工的工程资料数据，将电路板与加工数据精准对位，激光光蚀成 型阻焊图案。顶面加工完成后，翻转电路板，同样的方法完成底面阻焊图案的制作。加工参 数如下：
功率/W 频率/kHz 脉宽/ns 加工速度/mm/s 加工次数
8 200 20 700 1
(10)向连接盘上添加焊料，进行元件贴装、插装，进行重熔焊接及或波峰焊接。
基于本发明任何一步，都可以继续用传统方法制造电路板；在本发明的步骤中，可以插 入传统电路板制程，比如通断检查，比如印制标记符号；可以适合双面、多层以及各种基板 材料。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说， 在不脱离发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种只电镀加厚并可焊性处理孔后激光制导电图案的制造电路板方法，其特征在于：在已经完成内层线路制作的多层覆铜箔板上涂覆一种疏化学镀活性种子并且抗电镀的有机掩蔽材料，钻孔并只在孔壁上电镀沉积铜至需要的厚度后，再电镀沉积可焊性金属层，然后，用激光去除非线路区域的掩蔽层、铜箔制造导电图案，步骤如下：
(1)往内部没有或含有一层及以上导电图形的双面覆有铜箔的工件表面上涂覆有机掩蔽材料；
(2)按设计要求钻孔；
(3)孔导电化；
(4)电镀，在孔壁上沉积铜加厚导电层至终检需要的厚度；
(5)电镀，在孔壁上沉积可焊性金属层；
(6)激光去除非线路区域表面上的掩蔽材料层；
(7)用激光去除非线路区域的铜箔，制出导电图案；
(8)往非线路区域上涂覆并一次性固化非光敏阻焊剂；
(9)在组装现场用激光去除焊接区导电体上的有机材料，制造阻焊图案，并对焊接区表面进行清洁及可焊性处理；
(10)向连接盘上添加焊料，进行元件贴装、插装，进行重熔焊接及或波峰焊接。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(1)有机掩蔽材料疏化学镀活性种子，耐孔金属化前的酸、碱、有机物处理，并且抗电镀；包括由单一组分、多组分、复合的热固、光固、可热压合附着的，非光敏和光敏的材料制造的干性PET、PI、RPP、BOPET、BOPP、PA、PPE、PTFE、PP、PE、PVC、EVA高分子材料，包括有机硅及其改性物涂料，包括派瑞林/Parylene涂覆层；包括以上材料及其改性物制造的热固、光固、可热压合附着的薄膜，以及这些薄膜再复合粘结剂，包括上述材料的逐层罗叠，以及单体的、预聚合的、或已完成聚合的液态、膏状形态的材料；材料的涂覆方法包括滚压、热压、印刷、镀覆、喷涂、帘涂的一种或两种以上组合加工；材料的厚度大于线路上增厚的总金属厚度，范围在0.3μm-3000μm，优选厚度为1um-100um。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(2)所使用的方法，包括机械手段钻孔、激光钻孔、机械和激光组合钻孔、包括钻孔后去毛刺、去胶渣处理步骤。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(2)、(6)、(7)、(9)所用激光加工设备能根据电路图形结构，以单位面积上能量和功率为恒量，在线变换与材料相互作用的光斑直径；所用激光加工设备包括一套或者多套数据获取与处理系统、设备操作系统、激光光源、光束整形及传输系统、激光聚焦系统、工件夹持及自动和手动上料与下料系统，工件定位及与光束间的运动与控制系统，视觉检测以及激光功率监测及补偿系统，清洁、恒温系统，光束类型包括高斯、平顶、环形、贝塞尔、多点的纳秒紫外波长激光，皮秒、飞秒激光光束。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(3)所述的孔导电化包括经沉积胶体钯活化，化学镀铜形成初始导电层的化学沉铜流程；也包括在孔内沉积碳黑、石墨，胶体钯、离子钯，导电高分子直接形成初始导电层的直径电镀流程；包括在直接电镀后，或活化之后化学镀铜之前，用物理手段拂、擦、拭、磨或化学手段去除残留板面活性导电的活性材料。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在进行步骤(1)之后，在进行步骤(2)、(3)之前或之后，在进行步骤(4)之前，用激光去除电镀夹具夹持点表面的抗电镀掩蔽膜层，露出与电镀夹具接触区域的铜表面；用激光去除非线路且与线路间隔大于30μm以上的无电气功能的死铜区域，或其导电层需要去除且不对后续去除过程产生负面影响的区域，或铜厚不影响其功能的区域，或增加铜厚对功能有正面影响的区域上的抗电镀薄膜掩蔽层，露出其下的铜箔面，形成有利于电镀孔壁时电镀电流平衡分布的分散图案。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(6)、(7)包括用激光光蚀功能，以及用激光光蚀功能和激光加热功能的共同作用选择性去除基板表面上不需要的铜箔制造导电图案；或不进行步骤(6)，即不去除去除非线路区域的抗电镀掩蔽膜，连带抗电镀掩蔽膜一起去除基板表面上不需要的铜箔制造导电图案；在加工过程中，光蚀激光的光束直径d和加热激光的光束直径D可以根据电路结构，以及导体间的绝缘间距改变。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：当两导体间绝缘间距S较宽，数值满足S>2dmax时，加工方案为nd+(n-1)D，即n个光束直径为d的光蚀汽化去除和(n-1)个光束直径为D的加热剥离去除，其中n为整数，n≥2，且优选n值最小，dmax为光蚀加工该任务的激光束腰直径最大值，D为加热加工加工该任务对应于不同宽度被剥离材料的激光光束束腰直径；当两导体间导电层宽度S满足2dmax≥S≥dmax时，S＝d1+d2，即选用光蚀直径为d1和d2的两个光蚀激光束去除两导体间的导电材料，其中，d1和d2可以相同，也可以不同；当两导体间绝缘间距S小于光蚀加工该任务的束腰直径最大值，即dmax≥S时，加工方案为S＝d，即选择光束直径，使得恰好只用一个光束直径为d的光蚀激光束去除两导体间的导电材料。
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