潘 捷 尋瑞平 高趙軍 張雪松

（江門崇達(dá)電路技術(shù)有限公司，廣東 江門 529000）

0 前言

近年來，為響應(yīng)國家大力發(fā)展新能源產(chǎn)業(yè)的號召，車企巨頭公司紛紛投入研發(fā)新能源汽車，與此同時，科陸電子、科士達(dá)等公司也積極研發(fā)電動汽車配套設(shè)備，為電動汽車規(guī)劃提供良好支撐[1][2]。一時間以電動汽車為主要焦點的新能源設(shè)備開始迅速崛起，相關(guān)配套設(shè)施，如充電樁、充電盒等設(shè)備及技術(shù)也如火如荼地發(fā)展起來。

電流傳輸能力、散熱能力、智能化支持能力，是電動汽車等新能源設(shè)備的必要需求能力。作為電子設(shè)備的基礎(chǔ)元件——電路板，必須承擔(dān)最原始和領(lǐng)頭的創(chuàng)新任務(wù)。常規(guī)多層電路板不足以支撐大電流傳輸，散熱和智能化支撐能力也較差，研發(fā)制造“大載流厚銅高密度互連印制板”產(chǎn)品，旨在為電動汽車配套設(shè)備，及其他新能源設(shè)備提供可支持大電流或瞬時高電能傳輸與高散熱性能，配合新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[3][4]。本文基于研發(fā)生產(chǎn)實例，選取一款整體14層，集厚銅、高密度互連、金屬化槽、樹脂塞孔等設(shè)計為一體的典型大載流厚銅高密度互連印制板產(chǎn)品，就其制作工藝流程以及技術(shù)難點做詳細(xì)闡述，希望能夠為業(yè)界同行提供一定的參考。

1 實驗部分

1.1 產(chǎn)品特點

這款 “大載流厚銅高密度互連印制板”的關(guān)鍵指標(biāo)參數(shù)如表1，成品外觀如圖1，壓合結(jié)構(gòu)如圖2。

表1 產(chǎn)品關(guān)鍵指標(biāo)參數(shù)

圖1 產(chǎn)品成品外觀

圖2 產(chǎn)品壓合結(jié)構(gòu)圖

1.2 制作工藝流程

從這款PCB的關(guān)鍵指標(biāo)參數(shù)（表1）分析，使用常規(guī)技術(shù)難度太大，無法實現(xiàn)制作：

（1）激光鉆孔前需要利用棕化工藝處理外層銅箔，增加粗糙度，提高銅箔對激光的吸收能力，棕化過程會使整個銅箔損失銅厚3～4 μm，無法保證面銅厚度，給后續(xù)沉銅、全板電鍍帶來品質(zhì)隱患；

（2）激光盲孔孔徑為0.25 mm，是超大孔徑盲孔，無法實現(xiàn)電鍍填平（常規(guī)盲孔尺寸為≤0.125 mm）；

（3）樹脂塞孔和金屬化通孔、金屬化槽間距只有0.35 mm，塞孔時樹脂會進(jìn)入金屬化通孔和槽內(nèi)；

（4）厚徑比為8:1，通盲孔無法實現(xiàn)一次共鍍；

（5）孔銅要求50 μm，采用常規(guī)電鍍方法會使面銅過厚，出現(xiàn)線路蝕刻不凈，鉆孔、成型披鋒等嚴(yán)重問題。

經(jīng)研究，本文通過先盲孔開蓋、再激光鉆孔，塞樹脂孔、金屬化通孔、金屬化槽分開制作，使用脈沖電鍍、利用兩次全板電鍍的方法實現(xiàn)厚銅高密度互聯(lián)印制板制作，得到孔銅和面銅的厚度要求，解決常規(guī)工藝無法實現(xiàn)此類結(jié)構(gòu)印制板的技術(shù)難題。具體工藝流程如下：

開料→內(nèi)層圖形→內(nèi)層蝕刻→內(nèi)層AOI→棕化→壓合→盲孔開窗圖形→盲孔開窗蝕刻→激光鉆孔→塞樹脂孔→沉銅1→整板填孔電鍍→全板電鍍1→鍍孔圖形→鍍孔→樹脂塞孔→陶瓷磨板1→掩孔圖形→微蝕減銅→陶瓷磨板2→打靶位孔2→鉆孔→銑PTH槽→沉銅2→全板電鍍2→外層圖形→圖形電鍍→銑外形→外層蝕刻→外層AOI→絲印阻焊/字符→沉鎳金→電測試→FQC（成品終檢）→FQA（成品抽檢）→包裝

（1）通過盲孔開窗圖形、盲孔開窗蝕刻、激光鉆孔，實現(xiàn)大孔徑盲孔制作；

（2）激光鉆盲孔后，鉆樹脂塞孔，通過整板填孔電鍍、全板電鍍使激光盲孔和樹脂塞孔鍍上銅，再塞樹脂實現(xiàn)盲孔和樹脂塞孔制作；

（3）做完盲孔和樹脂塞孔后，再制作金屬化通孔、金屬化槽，避免樹脂進(jìn)入通孔和槽內(nèi)；

（4）“一次全板電鍍+鍍孔”保證樹脂塞孔銅厚，并避免外層銅厚過厚；一次板電后面銅偏厚，利用掩孔圖形、微蝕減銅降低銅面厚度；

（5）二次板電使用脈沖電鍍，通孔、金屬槽和面銅一起鍍至要求銅厚。

2 結(jié)果與討論

2.1 整板填孔電鍍后表面銅厚

通過盲孔開窗圖形、盲孔開窗蝕刻、激光鉆孔、樹脂塞孔，實現(xiàn)大孔徑盲孔和樹脂塞孔制作，然后通過沉銅、電鍍使盲孔和樹脂塞孔孔壁達(dá)到要求銅厚。盲孔孔徑為0.25 mm，為超大孔徑盲孔無法實現(xiàn)電鍍填平；樹脂塞孔縱橫比達(dá)到8:1，縱橫比過大，無法通過通盲孔一次電鍍達(dá)到要求銅厚。因此，先利用沉銅使盲孔和塞樹脂孔孔壁鍍上一層薄銅，然后通過整板填孔電鍍加厚盲孔銅厚，此過程盲孔銅厚達(dá)到12 μm，面銅控制在30±5 μm。確保盲孔厚度達(dá)到要求的同時，面銅厚度控制是關(guān)鍵。整板填孔電鍍后表面銅厚測量結(jié)果如表2，結(jié)果顯示各批次面銅厚度都在控制范圍內(nèi)，表現(xiàn)合格，整板填孔電鍍符合預(yù)期。

表2 整板填孔電鍍后表面銅厚測量結(jié)果（單位：μm）

2.2 一次全板電鍍后表面銅厚

整板填孔電鍍后，通過全板電鍍，使用脈沖電鍍工藝加厚樹脂塞孔孔壁銅厚，此過程使樹脂塞孔銅厚達(dá)到35 μm、面銅控制在55±5 μm；樹脂塞孔孔壁不能直接通過全板電鍍鍍夠，會使面銅增加過大，給后續(xù)磨板帶來困難。表3是一次全板電鍍后表面銅厚的測量結(jié)果，結(jié)果顯示各批次面銅厚度都在控制范圍在55±5 μm內(nèi)，符合預(yù)期一次板電效果。

表3 一次全板電鍍后表面銅厚測量結(jié)果（單位：μm）

2.3 陶瓷磨板后表面銅厚

一次全板電鍍后利用選擇性鍍孔單獨使樹脂塞孔孔銅繼續(xù)加厚，達(dá)到≥50 μm要求；然后采用真空塞孔工藝，使盲孔和樹脂塞孔塞上樹脂，再利用陶瓷磨板磨掉樹脂塞孔選擇性鍍孔形成的孔環(huán)以及表面多余的樹脂，磨板后面銅厚度控制為50±5 μm。表4是陶瓷磨板后表面銅厚的測量結(jié)果，實際結(jié)果顯示各批次面銅厚度都在控制要求范圍內(nèi)，符合預(yù)期效果，表明方案可行；實際制作過程還發(fā)現(xiàn)，鍍孔孔環(huán)厚度大，存在磨板不凈的問題，需要陶瓷磨板人工打磨，人工打磨需要控制力度，避免破壞銅厚均勻性以及孔銅崩裂。

表4 陶瓷磨板后表面銅厚測量結(jié)果（單位：μm）

2.4 “掩孔減銅+陶瓷磨板”后表面銅厚

樹脂塞孔陶瓷磨板后，表面銅厚仍有50±5 μm，銅厚較大，會導(dǎo)致外層鉆孔和銑PTH槽披鋒、毛刺嚴(yán)重，且極難除去，因此再利用掩孔圖形、微蝕減銅降低面銅厚度，再利用陶瓷磨板磨掉掩孔干膜保護(hù)的孔環(huán)（蝕刻減去銅厚超過10 μm，不能簡單通過磨板實現(xiàn)，會對整個板面帶來極大拉伸而導(dǎo)致孔銅分離、板面漲縮異常等，有很大品質(zhì)隱患）。微蝕減銅控制面銅厚度在38±5 μm，陶瓷磨板控制表面銅厚在33±5 μm。表5是“掩孔減銅+陶瓷磨板”后表面銅厚的測量結(jié)果，實際結(jié)果顯示各批次面銅厚度都在控制要求范圍內(nèi)，符合預(yù)期效果，方案可行；實際制作過程同樣發(fā)現(xiàn)孔邊銅厚高磨板不凈的情況，需要陶瓷磨板人工打磨，人工打磨應(yīng)注意控制力度。

表5 陶瓷磨板后表面銅厚測量結(jié)果（單位：μm）

2.5 二次全板電鍍后表面銅厚

通過掩孔減銅和陶瓷磨板降低表面銅厚后，鉆外層通孔、銑PTH槽，再通過沉銅先使通孔和槽壁鍍上一層薄銅，然后通過全板電鍍采用兩次脈沖電鍍（脈沖3.8 A/dm2、45min，波形9:1），使面銅、孔銅、槽側(cè)壁銅一起電鍍加厚，達(dá)到要求銅厚，面銅≥90 μm、孔銅≥50 μm、側(cè)壁銅≥50 μm；最后圖形電鍍、銑外形、外層蝕刻實現(xiàn)圖形制作，圖形電鍍過程只鍍錫不鍍銅形成抗蝕層，外層蝕刻前先銑外形，利用蝕刻除去銑外形過程形成的毛刺披鋒。表6是二次全板電鍍后表面銅厚的測量結(jié)果，實際結(jié)果顯示各批次面銅厚度達(dá)到要求銅厚，符合預(yù)期效果。

表6 二次全板電鍍后表面銅厚測量結(jié)果（單位：μm）

2.6 通孔、盲孔、樹脂塞孔、PTH槽側(cè)壁銅厚

圖3是通孔、盲孔、塞樹脂孔孔銅以及PTH槽側(cè)壁切片銅厚測量結(jié)果圖，結(jié)果顯示各孔銅、側(cè)壁銅厚均滿足≥50 μm的要求，面銅滿足≥90 μm。

圖3 通孔、盲孔、塞樹脂孔、PTH槽銅厚測量結(jié)果

2.8 跟進(jìn)生產(chǎn)情況

本款PCB經(jīng)打樣試板合格后轉(zhuǎn)批量生產(chǎn)，目前已投產(chǎn)1批，入庫合格率為81.25%，尚有完善空間；對報廢及生產(chǎn)異常分析主要存在以下問題，具體問題描述及糾正措施見表7。

表7 過程主要異常及糾正措施

3 總結(jié)與建議

（1）從本款厚銅高密度互連印制板打樣試板結(jié)果來看，制定的工藝計劃基本合理，產(chǎn)品各項指標(biāo)達(dá)到要求；（2）從跟進(jìn)批量生產(chǎn)來看，入庫合格率為81.25%，尚有完善空間，須根據(jù)不良分析統(tǒng)計結(jié)果，確定重點品質(zhì)改善項目，據(jù)此作出改善措施并嚴(yán)格跟進(jìn)；（3）在國家大力發(fā)展新能源產(chǎn)業(yè)的政策背景下，PCB企業(yè)布局新能源設(shè)備用大載流厚銅高密度互連印制板產(chǎn)品前景可期。