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        PCB制造基本工藝路線
        ——減成法與加成法

        2023-11-02 08:29:18龔永林
        印制電路信息 2023年10期
        關(guān)鍵詞:成法銅箔基板

        龔永林

        (本刊主編)

        在印制電路板(printed circuit board,PCB)制造技術(shù)的發(fā)展過程中,開創(chuàng)了多種工藝路線。按照導(dǎo)體圖形形成的路徑,基本工藝路線可歸納為3 種,分別為減成法、加成法與半加成法。從原材料到成品基本上采取的是減法與加法工藝。

        (1)減成法(subtractive process),采用覆銅箔層壓板表面形成抗蝕線路圖形后,通過選擇性蝕刻去除多余銅箔,得到導(dǎo)體圖形。減成法又稱銅箔蝕刻法,基本流程如圖1(a)所示。

        圖1 減法與加法3種基本工藝路線

        (2)加成法(additive process)或稱全加成法(fully additive process/all additive process),又稱添加法。其采用含光敏催化劑的絕緣基板,在按線路圖形曝光后使需要導(dǎo)電線路區(qū)域活化、沉銅,通過選擇性化學(xué)鍍銅(厚銅)得到導(dǎo)體圖形?;玖鞒倘鐖D1(b)所示,其不存在蝕刻(減法)過程。

        (3)半加成法(semi-additive process,SAP),采用絕緣基板進行化學(xué)沉銅得到薄銅箔,通過印制抗鍍圖形(負像)和圖形電鍍加厚導(dǎo)體,將多余薄銅箔快速蝕刻除去得到導(dǎo)體圖形。基本流程如圖1(c)所示,其以沉積銅導(dǎo)體(加法)為主,又輔以快速蝕刻(減法)過程。

        減成法工藝成熟、穩(wěn)定,自PCB 商品化70 多年以來,一直以減成法為主要工藝路線。從基材到專用設(shè)備具有完整產(chǎn)業(yè)鏈。由減成法制得的PCB 質(zhì)量穩(wěn)定可靠,其不足之處是原材料消耗較多,產(chǎn)生較多的污染物,不利于清潔生產(chǎn)。另外,減成法工藝是蝕刻銅層,加工線路程度有限,通常最小線寬/線距在50 μm以上。

        加成法的工藝研發(fā)早于減成法。例如,在絕緣基板上直接黏貼金屬粉末,或者印刷導(dǎo)電膏構(gòu)成導(dǎo)電線路,只因線路精度不夠以及與基板結(jié)合力差而未能流行。于是加成法的方向致力于絕緣基板上選擇性地化學(xué)鍍銅,實現(xiàn)銅線路圖形。雖然該加成法可以制取線路圖形,并且能做到小于10 μm 的高密度細線路,但在與基板結(jié)合力和線路導(dǎo)電可靠性方面不足,至今還在實驗室階段。

        現(xiàn)在又有新的加成法技術(shù),有的稱增材制造,如印制電子(printed electronics)或加成電子(additive electronics)。通常是采用導(dǎo)電油墨直接在絕緣基材上印刷或打印出線路圖形,簡單的如在聚酯膜上印刷銀漿線路形成的薄膜開關(guān)板,復(fù)雜的如3D打印功能油墨形成多層PCB及立體PCB。

        介于減成法與加成法之間的半加成法,雖然采用了無銅箔基板,但有電鍍銅與蝕刻過程。半加成法使導(dǎo)體有一定厚度,保證了線路的導(dǎo)電性,而蝕刻的是薄銅層,快速蝕刻(閃蝕)有利于細線路制作,可加工最小線寬/線距小于30 μm。

        為了確保銅箔與絕緣層之間的結(jié)合力,又產(chǎn)生了改進型半加成法(modified semi-additive process,MSAP)并得到應(yīng)用,流程如圖2 所示。為了符合細線路的加工要求,MSAP 采用覆銅板或絕緣板上壓合銅箔構(gòu)成導(dǎo)體層。若銅箔層較厚,先采取化學(xué)蝕刻減薄銅層,如減薄銅把35 μm 或18 μm 的厚銅箔層蝕刻至12 μm 或9 μm 以下,然后再制作線路圖形。如果采用的是薄銅箔覆銅板,或壓合的是薄銅箔,就不需減薄銅過程。MSAP 比SAP 穩(wěn)定和質(zhì)量可靠,目前應(yīng)用得更多。

        圖2 改進型半加成法流程

        另有Averatek 公司開發(fā)的半加成法技術(shù),稱為A-SAP。采用絕緣基板在表面涂上一層催化油墨,然后進行鈀活化和化學(xué)鍍銅,形成導(dǎo)體層,再進行干膜光致成像、圖形電鍍銅和去膜、蝕刻(閃蝕),完成線路圖形。A-SAP 可以實現(xiàn)25 μm以下,甚至10 μm的細線路。

        目前,減成法仍然是PCB 制造的主流技術(shù);半加成法特別是改進型半加成法技術(shù)也已成熟,普遍應(yīng)用在高密度連接(high density interconnector,HDI)板與集成電路(integrated circuit,IC)載板制造中;加成法在印制電子方面前景燦爛,隨著功能性油墨新材料的出現(xiàn)和印刷與打印技術(shù)的進步,應(yīng)用將越來越廣泛。就可持續(xù)發(fā)展而言,加成法比減成法更有優(yōu)勢。

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