王　佐　朱　拓　李金龍（深圳崇達(dá)多層線路板有限公司，廣東　深圳　518132）

36層厚銅不對(duì)稱結(jié)構(gòu)PCB制作技術(shù)

王佐朱拓李金龍
（深圳崇達(dá)多層線路板有限公司，廣東深圳518132）

通訊等設(shè)備對(duì)電路板的要求，承載網(wǎng)絡(luò)速度及數(shù)據(jù)量的增大，迫使線路板的層數(shù)與傳導(dǎo)能力提升。在生產(chǎn)過程中，多層高厚銅板具有較高的技術(shù)要求。本文主要介紹一款36層板的高多層不對(duì)稱厚銅板的關(guān)鍵制作技術(shù)，提供了蝕刻、壓合、電鍍、鉆孔工序的解決方法。

厚銅板；不對(duì)稱結(jié)構(gòu)；多層板；壓合

1　前言

高多層電路板對(duì)于目前市場(chǎng)來說，已經(jīng)成為普通的PCB產(chǎn)品，其主要難點(diǎn)包括壓合對(duì)位、深孔電鍍、鉆孔、成型等方面的問題。厚銅線路板屬于特殊PCB產(chǎn)品，主要特點(diǎn)是一般層數(shù)都在4層以上，內(nèi)存銅厚在2oz以上，品質(zhì)要求較高，主要應(yīng)用于大電流、大功率的電器上，它具有耐老化性、耐高、低溫和高玻璃化溫度等特性。目前通訊等行業(yè)對(duì)大電流、高承載性、多功能性PCB需求量日益增加，高多層厚銅不對(duì)稱結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，成為新型產(chǎn)品的一種，新的市場(chǎng)機(jī)遇，也帶來了新的技術(shù)挑戰(zhàn)。

本文將介紹一款36層板，包括6層銅厚137.2 μm及9層銅厚68.6 μm的高多層不對(duì)稱厚銅板的關(guān)鍵制作技術(shù)，主要從圖形制作，壓合，電鍍，鉆孔的技術(shù)難點(diǎn)進(jìn)行剖析，給出了一套可行的技術(shù)方案。

2　技術(shù)難點(diǎn)

2.1產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

此款36層厚銅印制板，應(yīng)用于通訊設(shè)備的高功率電源模塊，對(duì)可靠性、耐熱性、尺寸穩(wěn)定性等性能有較嚴(yán)格的要求。具體產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及難點(diǎn)分析如下介紹所示：

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)圖如下：

產(chǎn)品主要參數(shù)特點(diǎn)如表1所示：

圖1　產(chǎn)品結(jié)構(gòu)圖

表1　產(chǎn)品主要參數(shù)特點(diǎn)

3　制作難點(diǎn)分析及改善措施

3.1內(nèi)層圖形制作技術(shù)

3.1.1制作難點(diǎn)分析

照相底片對(duì)工作環(huán)境的溫度和相對(duì)濕度較為敏感，其熱膨脹系數(shù)大多為0.001%～0.0012%。內(nèi)層圖形采用照相底片制作，照相底片厚度為0.18 mm，大小尺寸457 mm×610 mm，當(dāng)溫度變化2 ℃時(shí)，底片的對(duì)角線長(zhǎng)度引起變化為15 μm ～ 18 μm，若車間控制濕度變化5%，則其對(duì)角線將引起變化L2為37.5 μm ～ 45 μm。

本產(chǎn)品為36層大尺寸板，內(nèi)層銅到線距離相對(duì)較小，制作過程中照相底片漲縮對(duì)壓合內(nèi)層芯板層間對(duì)位產(chǎn)生的影響極大，故制作過程中需控制內(nèi)層照相底片漲縮；內(nèi)層底片在圖形轉(zhuǎn)移中對(duì)位不準(zhǔn)是造成內(nèi)層錯(cuò)位的一個(gè)普遍存在的問題，底片重合不良在抽真空操作中移位造成同一張Code AB面錯(cuò)位。

3.1.2改善措施

（1）針對(duì)以上照相底片測(cè)試漲縮偏差，照相底片進(jìn)行如下控制：

①原始照相底片的繪制環(huán)境與圖形轉(zhuǎn)移工作環(huán)境的差異將對(duì)底片尺寸變化產(chǎn)生嚴(yán)重影響，底片制作間與生產(chǎn)車間分開控制；

②選擇變形小的照相底片，底片的保存上不能采用疊放在一起的方式，以每張底片單獨(dú)并等距離隔開（垂直）放置；

③曝光前，照相底片必須停放24小時(shí)，使用前再次測(cè)量漲縮，合格后方可使用；

④在生產(chǎn)前或每生產(chǎn)40～60Pnl板需用二次元測(cè)試儀檢測(cè)底片的變形情況，控制范圍為38 μm。

（2）針對(duì)同一張code AB面錯(cuò)位，采用銷釘裝到照相底片上，曝光時(shí)把做好銷釘照相底片直接套在內(nèi)層PCB板的銷釘孔上，采用手動(dòng)曝光機(jī)曝光。

3.2層壓制作

表3　內(nèi)層對(duì)位合格壓合后效果圖

3.2.1制作難點(diǎn)分析

由于芯板基銅較厚137.2 μm（4 oz），且采用含膠量只有55%的PP片壓合，無銅區(qū)殘銅率相差大，壓合排版方式不當(dāng)，容易造成PP片填充不良，壓合后出現(xiàn)填膠不良。具體如圖2所示。

圖2　壓合填膠不良圖片

此36層內(nèi)層芯板厚度及銅厚存在差異，結(jié)構(gòu)為非對(duì)稱結(jié)構(gòu)，按正常厚銅板壓合參數(shù)壓合，生產(chǎn)板因內(nèi)層不對(duì)稱結(jié)構(gòu)及銅厚差異，壓合后存在嚴(yán)重板曲問題。

此36層混壓結(jié)構(gòu)，內(nèi)層芯板厚度不一，內(nèi)層銅厚度有68.6 μm、132.1 μm和17.1 μm三種，且存在一種高頻混壓材料和不同F(xiàn)R-4材料，制作中測(cè)試芯板漲縮值差異大，壓合后測(cè)試內(nèi)層芯板漲縮值超過0.2 mm，按IPC管控要求≤0.076 mm，超過IPC管控，嚴(yán)重影響客戶插件，具體如表4。

3.2.2改善措施

根據(jù)壓合添膠不足造成爆板問題，更改壓合結(jié)構(gòu)，再無銅區(qū)位置添加假銅，加大板面殘銅率（表5）。

改用含膠量為75%的性能相似pp板料，改善壓合時(shí)填膠均勻及平衡板厚。

壓力均勻性和輔助材料的緩沖能力很重要，排板時(shí)壓合采用Pin-Lam技術(shù)壓合，層間加新牛皮紙作為緩沖層，緩沖壓力，并在墊鋼層間加新牛皮紙防滑；

表4　內(nèi)層芯板漲縮超標(biāo)一覽表

表5　內(nèi)層芯板漲縮超標(biāo)一覽表

圖3　填膠良好切片圖

此36層厚銅不對(duì)稱壓合結(jié)構(gòu)，按正常厚銅板壓合參數(shù)制作存在嚴(yán)重板曲。對(duì)此要求壓合在70℃ ～130 ℃之間保持升溫速率為3 ℃/min ～ 3.5℃/min，并在冷壓過程中延長(zhǎng)冷壓30 min；壓合好后再返壓爐以175 ℃壓合2小時(shí)，并在冷卻過程中降溫速率也應(yīng)低于5 ℃/min，以釋放內(nèi)應(yīng)力，改善壓合板曲問題。

此板為四種不同厚度和不同銅厚的芯板壓合而成，壓合過程中芯板漲縮嚴(yán)重，對(duì)此要求開料后以120 ℃烤板2小時(shí)，壓合棕化前已120 ℃烤板2小時(shí)，用以改善芯板板料穩(wěn)定性，同時(shí)調(diào)整材料漲縮系數(shù)，改善后的參數(shù)如表6。

3.3鉆孔制作

（1）制作難點(diǎn)分析。

此36層板內(nèi)層含4 oz厚銅層，鉆孔時(shí)對(duì)刀具的磨損很嚴(yán)重，控制不當(dāng)會(huì)出現(xiàn)爆孔、披鋒等異常；且此板板厚8.0 mm，最小孔徑0.508 mm，同時(shí)此板為一種混壓高頻板，對(duì)鉆孔要求較高，鉆孔一次性鉆穿，容易出現(xiàn)孔壁粗糙度過大、斷刀等問題。

（2）改善措施。

鉆孔選用金剛石涂層的刀具，具體改善方法如下：

①蓋板、墊板使用酚醛材料；

②孔限設(shè)置為100孔，以避免基體材料疲勞破壞導(dǎo)致斷刀；

③鉆孔使用分步鉆的方式，先用小鉆頭分正反兩面各鉆一半，再生產(chǎn)要求鉆孔分段從一面鉆穿。

表6　內(nèi)層芯板漲縮合格一覽表

表7　鉆孔不良圖一覽表

表8　鉆孔合格圖一覽表

3.4電鍍制作

3.4.1制作難點(diǎn)分析

此36層厚銅板板厚8.0 mm，縱橫比達(dá)到13.3:1，此板材料為高頻材料和FR-4高Tg材料混壓而成，采用等離子除膠因板太厚，縱橫比大，無法滿足除膠要求，采用一次化學(xué)除膠過程中（正常情況下控制除鉆污速率在0.3 mg/cm2～ 0.6 mg/cm2），因縱橫比大無法一次除凈：

因生產(chǎn)板縱橫比達(dá)到13.3:1，縱橫比過大，沉銅存在背光不良等風(fēng)險(xiǎn)，從而造成孔內(nèi)無銅，具體如表9所示。

3.4.2改善措施

沉銅采用隔槽插架，每?jī)蓧K板間距20 mm ～ 24 mm，增加了藥水的交換空間，避免板面積過大，板間距過于緊密而產(chǎn)生的藥水流通受阻問題；

沉銅掛板方向與垂直方向傾斜15°角，在每次板子“入池”時(shí)，藥水與孔形成一定角度，更容易充實(shí)孔內(nèi)，順利的將孔內(nèi)氣泡排出，形成良好的藥水交換模式；

因此板縱橫比大，此板為高頻材料和FR-4混壓而成，除膠過程中測(cè)試除膠速率，跟進(jìn)測(cè)試結(jié)果在原除膠基礎(chǔ)上延長(zhǎng)除膠3 min除膠時(shí)間，測(cè)試結(jié)果表10，控制除鉆污速率在0.3 mg/cm2～ 0.6 mg/cm2范圍合格。

沉銅電鍍過程中，調(diào)整震動(dòng)控制為震25 s停20 s，適當(dāng)延長(zhǎng)震動(dòng)時(shí)間，更有利于深孔內(nèi)藥水的充分交換，并采用兩次沉銅，板電閃鍍3 μm ～ 4 μm，再返一次沉銅后電鍍8 μm ～ 11 μm銅厚，避免因縱橫比過大，產(chǎn)生的深孔漏沉銅，孔內(nèi)壁空洞、缺口等問題；

全板電鍍使用小電流長(zhǎng)時(shí)間方法制作，為防止上下板均勻性差異，在中途需要將板上下顛倒180°，倒邊制作，更有利于提升板面均勻性；類似沉銅原理，合理增加真空頻率和震動(dòng)幅度，便于孔內(nèi)藥水交換。

圖4　電鍍后切片圖

4　產(chǎn)品制作效果

對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行檢測(cè)，各項(xiàng)指標(biāo)表明，此款36層厚銅不對(duì)稱結(jié)構(gòu)PCB各項(xiàng)指標(biāo)符合IPC-6012C相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，具體測(cè)試結(jié)果見表11。

表10　電鍍除鉆污效果對(duì)比表

5　總結(jié)

現(xiàn)突破了高層板內(nèi)層厚銅非對(duì)稱結(jié)構(gòu)板和高縱橫比的制作難題，影響高層厚銅非對(duì)稱結(jié)構(gòu)制作的主要工序?yàn)閴汉稀@孔和電鍍等，跟進(jìn)具體總結(jié)如下：

表9　電鍍工序不良問題圖示

（1）通過控制內(nèi)層照相底片漲縮、曝光對(duì)位精度等來控制該生產(chǎn)板的層偏量；

（2）調(diào)整生產(chǎn)板的壓合結(jié)構(gòu)及添加假銅的方式來改善壓合填膠不良性能；

（3）調(diào)整升溫速率和降溫速率，延長(zhǎng)冷壓時(shí)間及返壓等方法，改善因不對(duì)稱結(jié)構(gòu)壓合造成生產(chǎn)板弓曲過大問題；

（4）調(diào)整鉆孔參數(shù)、鉆孔層疊方式及鉆孔制作方法來控制孔壁粗。

（5）調(diào)整除膠參數(shù)，解決高縱橫比除膠不凈等問題，并解決因除膠不凈造成的可靠性問題。

（6）此板縱橫比高達(dá)13:1，通過改善沉銅電鍍方法，采用二次沉銅加一次板電閃鍍3 μm ～ 4 μm，再返沉銅二次在板電的方法制作，改善沉銅孔無銅問題，并調(diào)整掛板方式改善電鍍極差問題。

表11　產(chǎn)品制作結(jié)果測(cè)試表

［1］林金堵，梁志立，鄔寧彪，龔永林，陳培良. 現(xiàn)代印制電路先進(jìn)技術(shù)［M］. 第三版.上海:CPCA/PCI， 2013.

［2］張軍杰，韓啟龍，彭衛(wèi)紅. 大尺寸背板蝕刻均勻性研究［J］. 印制電路信息， 2013，Z1.

［3］李豐，劉東，白亞旭，岑文峰. 負(fù)片全板電鍍表面銅厚極差和蝕刻量關(guān)系研究［J］. 印制電路信息，2013，Z1.

［4］朱拓，劉劍鋒. 精細(xì)線路板面粗糙度分析及驗(yàn)證［J］. 印制電路信息，2015，1.

［5］曾紅，楊興. 大背板壓合空洞滲銅研究［J］. 印制電路信息， 2013，4.

王佐，研發(fā)部研發(fā)工程師，主要負(fù)責(zé)背板和高層板及新產(chǎn)品技術(shù)開發(fā)工作。

Production technology of 36 layer asymmetric
structure of thick copper PCB

WANG ZuoZHU TuoLI Jin-long

For the requirements of communications equipment PCB， the increase of the speed and volume of data network， the number of layers and the conduction capability of PCB forces upgrading. In the production process， thick copper multilayer PCB have high technical requirements. This paper mainly introduces the key making technology of a 36 thick copper multilayer asymmetric structure PCB， providing a solution for etching，pressing， electroplating， drilling process.

High Thick Copper； Asymmetric Structure； Multilayer Board； Pressing

TN41

A

1009-0096（2015）09-0038-06