CN115460802A - 一种带有局部金属包外形的印制电路板及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种带有局部金属包外形的印制电路板及其制作方法，包括以下步骤：提供第一覆铜基板和第二覆铜基板，利用半固化片将第一覆铜基板和第二覆铜基板进行压合，得到一复合板；在复合板上钻孔，并进行控深铣盲槽，得到一盲槽；对盲槽进行沉铜后，进行外光成像，得到线路图形；对外光成像后的复合板进行镀铜镀锡后，铣相交槽；根据线路图形对带有相交槽的复合板进行蚀刻后，得到带有局部金属包外形印制电路板。本发明用于解决针对带有局部金属包外形的印制电路板没有相应的成熟制作方法的技术问题，从而达到制备出品质稳定带有局部金属包外形的印制电路板的目的。

Description

一种带有局部金属包外形的印制电路板及其制作方法
技术领域
本发明涉及印制电路板制备技术领域，具体涉及一种带有局部金属包外形的印制电路板及其制作方法。
背景技术
印制电路板，又称印刷电路板、印刷线路板，英文简称PCB。印刷电路板是通信、电子信息产业的基础产品。印制电路板主要在绝缘基材上建立元器件之间的电气连接，形成导电图形与印制线路。在PCB电子设备生产过程中，PCB印制电路板是不可或缺的，它在集成电路电子元器件与电气互联方面也提供了技术上所要求的电气特性，如特性抗阻等等。
随着高端印制电路板市场向着高频和高速化进行加速转变，对高频、高速信号层的屏蔽效果以及防止干扰的要求也越来越高。在印制板的外形侧壁进行金属化，是增强屏蔽效果以及防止干扰的有效处理方式。但是，有些的设计将高频和低频信号层整合设计在同一电路板上，且要求微带线层高频信号输出位置部分需要在印制板的侧壁做局部包覆金属，而低频部分则不需要在侧壁包覆金属，这就对印制板侧壁的金属化包覆提出了新的技术要求。我们称上述的印制板为带有局部金属包外形的印制电路板，目前针对这类印制电路板的制作没有相应的成熟制作方法，从而制作出来的印制板品质不稳定。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种带有局部金属包外形的印制电路板及其制作方法，用于解决针对带有局部金属包外形的印制电路板没有相应的成熟制作方法的技术问题，从而达到制备出品质稳定带有局部金属包外形的印制电路板的目的。
为解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种带有局部金属包外形的印制电路板的制作方法，包括以下步骤：
提供第一覆铜基板和第二覆铜基板，利用半固化片将所述第一覆铜基板和所述第二覆铜基板进行压合，得到一复合板；
在所述复合板上钻孔，并进行控深铣盲槽，得到一盲槽；
对所述盲槽进行沉铜后，进行外光成像，得到线路图形；
对外光成像后的复合板进行镀铜镀锡后，铣相交槽；
根据所述线路图形对带有相交槽的复合板进行蚀刻后，得到所述带有局部金属包外形印制电路板。
作为本发明优选的实施方式，在进行控深铣盲槽时，包括：
通过机械加工进行控深铣盲槽，铣至第一内层线路层的上方；
其中，所述第一覆铜基板包括第一基板、分别设置于所述第一基板上下表面的第一外层线路层和第一内层线路层。
作为本发明优选的实施方式，在进行控深铣盲槽时，还包括：铣至所述第一内层线路层的上方0.1-0.2mm的位置。
作为本发明优选的实施方式，在进行控深铣盲槽后，包括：
采用二氧化碳激光烧蚀控深铣盲槽后残留的介质，露出所述第一内层线路层。
作为本发明优选的实施方式，在进行二氧化碳激光进行烧蚀后，还包括：
通过喷砂工序进一步去除二氧化碳激光烧蚀过程中残留在所述盲槽上的介质，使得所述第一内层线路层上方的盲槽槽底位置完全暴露。
作为本发明优选的实施方式，所述喷砂工序具体为：利用混合有三氧化二铝粉末的高压气体去除所述二氧化碳激光烧蚀过程中残留的介质；
其中，所述三氧化二铝粉末的直径大小为6～9微米。
作为本发明优选的实施方式，在进行外光成像时，包括：
对所述复合板的板面贴附一层干膜；
将菲林和所述复合板的板面进行对齐；
对所述复合板上的干膜进行曝光和显影后，得到相应的线路图形；
其中，将控深铣盲槽区域露出来，不贴附干膜。
作为本发明优选的实施方式，在铣相交槽时，包括：通过机械加工，对沉铜后盲槽的底部往下进行铣槽，贯穿半固化片、第二外层线路层、第二基板以及第二内层线路层，得到所述相交槽；
其中，所述第二覆铜基板包括第二基板、分别设置于所述第二基板上下表面的第二外层线路层和第二内层线路层。
作为本发明优选的实施方式，在根据所述线路图形进行蚀刻时，包括：
利用碱性蚀刻溶液对所述带有相交槽的复合板进行刻蚀；
其中，所述碱性蚀刻溶液包括氯化铜、氨水和氯化铵。
一种带有局部金属包外形的印制电路板，由上述的制作方法制作而成。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
(1)利用本发明提供的制作方法制作出来的带有局部金属包外形的印制电路板，品质稳定；
(2)本发明所提供的制作方法可操作性强，步骤简单，易于实现，从而制作出来的印制板合格率高；
(3)本发明通过改变金属包外形的加工流程，降低了实现局部金属包外形的加工难度；
(4)本发明改善了传统方法因机械铣边控深铣精度误差导致的厚度不均和刀具铣削过程产生的金属毛刺问题。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
附图说明
图1-是本发明实施例的带有局部金属包外形的印制电路板的制作方法步骤图；
图2-是本发明实施例的带有局部金属包外形的印制电路板的制作方法流程图。
附图标号说明：1、第一覆铜基板；2、第二覆铜基板；3、半固化片；4、第一基板；5、第一外层线路层；6、第一内层线路层；7、第二基板；8、第二外层线路层；9、第二内层线路层；10、盲槽。
具体实施方式
本发明所提供的带有局部金属包外形的印制电路板的制作方法，如图1和图2所示，包括以下步骤：
步骤S1：提供第一覆铜基板1和第二覆铜基板2，利用半固化片3将第一覆铜基板1和第二覆铜基板2进行压合，得到一复合板；
步骤S2：在复合板上钻孔，并进行控深铣盲槽，得到一盲槽10；
步骤S3：对盲槽10进行沉铜后，进行外光成像，得到线路图形；
步骤S4：对外光成像后的复合板进行镀铜镀锡后，铣相交槽；
步骤S5：根据线路图形对带有相交槽的复合板进行蚀刻后，得到带有局部金属包外形印制电路板。
在上述步骤S1中，半固化片3的厚度范围为0.075mm至0.1125mm，该厚度范围下流胶量明显减少，更有利于对流胶进行控制，从而更好控制成品盲槽10的品质。
在上述步骤S1中，在利用半固化片3将第一覆铜基板1和第二覆铜基板2进行压合前，包括：在第一覆铜基板1、第二覆铜基板2以及半固化片3的四周钻上铆钉孔，铆合后再压合。通过上述步骤从而保证了压合时半固化片3与基板的层间的对准度，避免了胶流入槽孔中间，出现从槽两边流胶不均匀的问题。
进一步地，半固化片3钻定位孔时，用两张酚醛树脂板或木浆板将其压紧压平，使用胶带固定好后，进行钻定位孔及铣盲槽10。
在上述步骤S2中，在进行控深铣盲槽时，包括：
通过机械加工进行控深铣盲槽10，铣至第一内层线路层5的上方；
其中，第一覆铜基板1包括第一基板4、分别设置于第一基板4上下表面的第一外层线路层5和第一内层线路层6。
进一步地，在进行控深铣盲槽10时，还包括：铣至第一内层线路层6的上方0.1-0.2mm的位置。
控深铣是指印制板在外型制作时在其指定的位置上通过控制CNC下刀深度，铣出符合装配需求的梯形槽，使印制板在安装的过程中能通过插入式卡在设备上，起到固定的作用。其特点是在保证不减少板材厚度的同时，节约空间，并能使印制板与设备连接得更稳定。
本发明的CNC控深铣制作步骤具体如下：
铣刀选用及长度校正→台面整平→钉PIN→贴双面胶→上板→首件→量产。
(1)铣刀选用及长度固定：印制板在CNC生产时常用刀为双尖鱼鳞刀，其有利于刀具下钻与排屑；在本发明中，进行控深铣时所用刀具重点在刀尖及前面1.0mm以内，其重点是用来控深。所以改用平头刀具，其刀尖平、刀体粗，切出的平面光滑。进一步地，刀具长度控制在20mm±0.05mm；
(2)台面整平：普通CNC台面为650mm×550mm，同一机台4～7个轴不等，且每个轴的不同区域与每个轴之间不完全在同一平面上，其差距远大于控深的深度要求，因此在生产前要对台面进行测量与整平；找到整机所要用到台面的最低点，依此为平面的标准点，将下刀深度在此点的基础上下降1.0mm为z轴设定深度；所有轴夹同长度的刀具以x、y轴往返铣，将所用台面铣成同一水平；此时我们就完成了将台面整平的工作，为控深铣打下了基础；
(3)钉PIN：采用三角定位的方式依工程设计在已整平的台面上打好要生产板的PIN(PIN针比板子高2.0mm)；
(4)贴双面胶：因控深铣时每轴只铣1片板，为防止板子背吸尘吸起，在台面上贴上双面胶；为确保上板后高度一致，贴胶时不可重叠；
(5)上板：PCB在生产中不可避免的会形成一定的板弯曲，上板前要先检查板子是否平整，如不平整需作处理后再上板；板上好后手动对板子进行压拍，确保与双面胶结合到位，防止CNC时板子上浮报废；
(6)首件试板：此时将板子已固定好，以台面整平的z轴深度为基础，计算出控深铣高度，设定OK后试做首件；
(7)量产与测量：用深度规测量铣出深度，千分尺测保留厚度，均合格后才可量产，量产中应注意的是换双面胶、换刀时是深度最容易出现变化的，所以过程中应做好自检。
印制板上的盲槽10一般都要焊接元器件，利用盲槽10进行焊接及固定产品，因此对盲槽10的大小、深度、形状都有严格的要求。盲槽10的深度及孔形的控制是其加工的重难点，过程中容易出现阶梯孔、槽底残胶、槽孔变形等问题的产生，导致最终无法上件或上件不良、元件固定不牢等问题。本发明通过控深铣能很好地获得满足要求的盲槽10。另外通过控深铣盲槽10可以一次性实现多阶盲槽10，相当于UV激光铣槽但孔形的控制更为方便，控深铣槽机的成本也相对于激光铣槽机更低，从而有效降低制作成本。
在上述步骤S2和S3之间，在进行控深铣盲槽10后，包括：
采用二氧化碳激光烧蚀控深铣盲槽10后残留的介质，露出第一内层线路层6。
具体地，二氧化碳激光烧蚀基本原理是被加工的材料吸收低能量的激光，在极短的时间将残留的介质以强热熔化或汽化，使之被持续移除。这是一个激光与物质相互作用的热物理过程，包括反射、吸收、气化、再辐射、热扩散等不同的能量转换过程，属于光热烧蚀原理。
二氧化碳激光烧蚀的主要过程依次为表面加热、表面熔化、蒸发、蒸发喷射、液体喷射。二氧化碳激光可以很好地去除介质层而完好地保留金属部分。
进一步地，在进行二氧化碳激光进行烧蚀后，还包括：
通过喷砂工序进一步去除二氧化碳激光烧蚀过程中残留在盲槽10上的介质，使得第一内层线路层6上方的盲槽10槽底位置完全暴露。
更进一步地，喷砂工序具体为：利用混合有三氧化二铝粉末的高压气体去除二氧化碳激光烧蚀过程中残留的介质；
其中，三氧化二铝粉末的直径大小为6～9微米。
喷砂为利用高速砂流的冲击作用清理和粗化基体表面的过程。采用压缩空气为动力，以形成高速喷射束将喷料(铜矿砂、石英砂、金刚砂、铁砂、海南砂)高速喷射到需要处理的工件表面，使工件表面的外表面的外表或形状发生变化，由于磨料对工件表面的冲击和切削作用，使工件的表面获得一定的清洁度。本发明采用三氧化二铝粉末(直径大小为6～9微米)的高压气体能有效地去除激光烧蚀过程中残留的介质，同时也不会损伤复合板的板面。
在上述步骤S3中，对盲槽10进行沉铜采用化学镀铜。
化学镀铜是一种自催化氧化还原反应。在化学镀铜过程中Cu2+得到电子被还原为单质铜，沉积在无导电性的孔壁介质层上形成一层导电金属铜，还原剂放出电子被氧化。目前使用最普遍的化学镀铜还原剂为甲醛，甲醛在强碱性溶液中很容易放出电子直接给络合Cu2+使其被还原。其实质与电解过程相同，只是整个得失电子的过程发生在短路状态下，外部看不见电流的流通。化学镀铜具体反应机理如式1所示：
Cu2++2HCHO+4OH-→Cu+2HCOO-+2H2O+H2↑(式1)；
其中，式1通过Pd或Cu进行催化。
通过上述化学镀铜原理得出反应应具备的条件是：镀液须为强碱性且含有足够的Cu2+络合剂可同时满足甲醛的强还原能力且Cu2+不沉淀；及时补充消耗的反应物保证镀铜速率恒定和镀层质量；有Pd或Cu催化剂的存在，新还原出来的铜也具有催化性，一旦开始反应，就可以在新生铜表面持续不断地析出铜。
化学镀铜的优点在于：
(1)适应面广，钻孔后孔径为0.1mm及以上均可适用；
(2)采用以活化钯为孔壁铜粘结媒介层，将铜离子以嵌入孔壁的方式，使其牢固的与孔壁树脂及内层铜层连接，增加了抗剥离强度；
(3)可耐高温，且可在高低温环境下持续运行并保证通电畅通。
在上述步骤S3中，在进行外光成像时，包括：
对复合板的板面贴附一层干膜；
将菲林和复合板的板面进行对齐；
对复合板上的干膜进行曝光和显影后，得到相应的线路图形；
其中，将控深铣盲槽10区域露出来，不贴附干膜。
在上述步骤S4中，镀锡为化学镀锡，采用化学镀锡的优点具体如下：
(1)不需要太多的电源设备，生产过程能源消耗量较低；
(2)镀锡液处理比较容易，工艺应用具备绿色环保特性；
(3)化学镀锡不仅反应速率较快，镀锡生产效率较高，而且镀锡层厚度均匀性良好，可以有效保证镀锡生产质量；
(4)应用设备数量较少，设备维护、修理也较为便捷，避免了设备故障对生产效率的影响。
在上述步骤S4中，镀铜时需要镀够孔铜和面铜。
在上述步骤S4中，在铣相交槽时，包括：通过机械加工，对沉铜后盲槽10的底部往下进行铣槽，贯穿半固化片3、第二外层线路层8、第二基板7以及第二内层线路层9，得到相交槽；
其中，第二覆铜基板2包括第二基板7、分别设置于第二基板上下表面的第二外层线路层8和第二内层线路层9。
在上述步骤S5中，在根据线路图形进行蚀刻时，包括：
利用碱性蚀刻溶液对带有相交槽的复合板进行刻蚀；
其中，碱性蚀刻溶液包括氯化铜、氨水和氯化铵。
进一步地，采用氯化铜(浓度100-120g/L)、氨水(浓度650-750mL/L)和氯化铵(浓度95-115g/L)混合成的碱性蚀刻溶液。
碱性氯化铜基本的化学反应就是Cu2+离子被还原成Cu+离子。具体如碱性蚀刻的化学反应所示：
氧化/再生机理：
(1)Cu0+Cu2+＝2Cu+
(2)2Cu++2NH4 ++1/2O2＝2Cu2++H2O+2NH3O
四铵/二铵混合体系描述：
(3)CuO+Cu(NH3)4 2+＝2Cu(NH3)2++2NH3O
(4)2Cu+(NH3)2Cl+2NH3+2NH4Cl+1/2O2＝2Cu(NH3)4C12+H2O
该方程式和酸性CuCl2一样，在酸性蚀刻剂中Cu2+离子作为氧化剂攻击铜金属，但在碱性环境里却是有区别的，Cu+离子和Cu2+离子被氨水所络合。
在碱性蚀刻条件中，Cu+离子被空气中的O2快速氧化。因此，氧化剂是免费的。只要氧气再生反应速度足够快，空气(氧气)氧化足够快又能为碱性蚀刻剂提供所有的再生物。
采用碱性蚀刻具有以下优点：
(1)适应性广，可用于图像电镀之多种金属抗蚀层；
(2)蚀刻速度快，可减少制程时间；
(3)铜回收再利用容易，废水处理简易，污染少；
(4)溶铜量高，成本低，消耗少。
本发明所提供的带有局部金属包外形的印制电路板，由上述的制作方法制作而成。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
(1)利用本发明提供的制作方法制作出来的带有局部金属包外形的印制电路板，品质稳定；
(2)本发明所提供的制作方法可操作性强，步骤简单，易于实现，从而制作出来的印制板合格率高；
(3)本发明通过改变金属包外形的加工流程，降低了实现局部金属包外形的加工难度；
(4)本发明改善了传统方法因机械铣边控深铣精度误差导致的厚度不均和刀具铣削过程产生的金属毛刺问题。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种带有局部金属包外形的印制电路板的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供第一覆铜基板和第二覆铜基板，利用半固化片将所述第一覆铜基板和所述第二覆铜基板进行压合，得到一复合板；
在所述复合板上钻孔，并进行控深铣盲槽，得到一盲槽；
对所述盲槽进行沉铜后，进行外光成像，得到线路图形；
对外光成像后的复合板进行镀铜镀锡后，铣相交槽；
根据所述线路图形对带有相交槽的复合板进行蚀刻后，得到所述带有局部金属包外形印制电路板。
2.根据权利要求1所述的带有局部金属包外形的印制电路板的制作方法，其特征在于，在进行控深铣盲槽时，包括：
通过机械加工进行控深铣盲槽，铣至第一内层线路层的上方；
其中，所述第一覆铜基板包括第一基板、分别设置于所述第一基板上下表面的第一外层线路层和第一内层线路层。
3.根据权利要求2所述的带有局部金属包外形的印制电路板的制作方法，其特征在于，在进行控深铣盲槽时，还包括：铣至所述第一内层线路层的上方0.1-0.2mm的位置。
4.根据权利要求2或3所述的带有局部金属包外形的印制电路板的制作方法，其特征在于，在进行控深铣盲槽后，包括：
采用二氧化碳激光烧蚀控深铣盲槽后残留的介质，露出所述第一内层线路层。
5.根据权利要求4所述的带有局部金属包外形的印制电路板的制作方法，其特征在于，在进行二氧化碳激光进行烧蚀后，还包括：
通过喷砂工序进一步去除二氧化碳激光烧蚀过程中残留在所述盲槽上的介质，使得所述第一内层线路层上方的盲槽槽底位置完全暴露。
6.根据权利要求5所述的带有局部金属包外形的印制电路板的制作方法，其特征在于，所述喷砂工序具体为：利用混合有三氧化二铝粉末的高压气体去除所述二氧化碳激光烧蚀过程中残留的介质；
其中，所述三氧化二铝粉末的直径大小为6～9微米。
7.根据权利要求1所述的带有局部金属包外形的印制电路板的制作方法，其特征在于，在进行外光成像时，包括：
对所述复合板的板面贴附一层干膜；
将菲林和所述复合板的板面进行对齐；
对所述复合板上的干膜进行曝光和显影后，得到相应的线路图形；
其中，将控深铣盲槽区域露出来，不贴附干膜。
8.根据权利要求1所述的带有局部金属包外形的印制电路板的制作方法，其特征在于，在铣相交槽时，包括：通过机械加工，对沉铜后盲槽的底部往下进行铣槽，贯穿半固化片、第二外层线路层、第二基板以及第二内层线路层，得到所述相交槽；
其中，所述第二覆铜基板包括第二基板、分别设置于所述第二基板上下表面的第二外层线路层和第二内层线路层。
9.根据权利要求1所述的带有局部金属包外形的印制电路板的制作方法，其特征在于，在根据所述线路图形进行蚀刻时，包括：
利用碱性蚀刻溶液对所述带有相交槽的复合板进行刻蚀；
其中，所述碱性蚀刻溶液包括氯化铜、氨水和氯化铵。
10.一种带有局部金属包外形的印制电路板，其特征在于，由权利要求1-9任一项所述的制作方法制作而成。
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