超厚銅多層PCB制造工藝

1.1 疊層結(jié)構(gòu)

本文主要研究的是一款超厚銅三層板，內(nèi)層銅厚度為1.0 mm，外層銅厚度為0.3 mm，外層最小線寬線距為0.5 mm，疊層結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中表面層采用的是FR4覆銅板（玻璃纖維環(huán)氧樹脂覆銅板），厚度為0.3 mm，單面蝕刻處理，粘接層采用的是非流動性PP片（半固化片），厚度為0.1 mm，超厚銅板內(nèi)嵌于與FR-4環(huán)氧板對應(yīng)孔結(jié)構(gòu)處，如圖2所示。

1.2  工藝流程

超厚銅PCB加工工藝流程如圖3所示，主要機(jī)加工有表層和中層銑板、厚銅板數(shù)銑，經(jīng)過表面處理后，疊裝于整體模具內(nèi)升溫壓合，脫模后按照PCB常規(guī)工藝流程完成成品制作。

1.3  關(guān)鍵工藝加工方法

1.3.1  超厚銅內(nèi)層疊合技術(shù)

超厚銅內(nèi)層疊合：超厚銅若采用銅箔將難以達(dá)到此厚度，本文超厚銅內(nèi)層采用1 mm電解銅板，為常規(guī)材料易于采購，經(jīng)銑床直接加工成型；內(nèi)層中銅板外輪廓采用同等厚度的FR4板（玻璃纖維環(huán)氧樹脂板）加工成型作為整體填充，為了利于疊壓并保證其與銅板周邊的配合緊密，如圖4結(jié)構(gòu)所示兩輪廓的間隙值控制在0~0.2 mm之內(nèi)。在FR4板的填充作用下，解決了超厚銅板的銅厚問題，并且保證了疊合后壓合緊密和內(nèi)部絕緣問題，使得內(nèi)層銅厚度的設(shè)計(jì)可以大于0.5 mm。

1.3.2  超厚銅黑化技術(shù)

超厚銅在層壓前表面需做黑化處理，銅板黑化可增加銅面與樹脂接觸表面積，并增加高溫流動樹脂對銅的潤濕性，使樹脂深入氧化層空隙，在硬化后展現(xiàn)強(qiáng)勁的附著力，提高了壓合效果。同時改善可層壓白斑現(xiàn)象與和烘烤試驗(yàn)（287 ℃±6 ℃）后造成的板面泛白、氣泡等問題。具體黑化參數(shù)如表2所示。

1.3.3  超厚銅PCB層壓技術(shù)

因內(nèi)層超厚銅板與周邊填充用的FR-4板厚度存在制造誤差，厚度不可能完全一致，如果采用常規(guī)層壓方式壓合，容易產(chǎn)生層壓白斑、分層等缺陷，壓合難度大。為了降低了超厚銅板層的壓合難度與保證尺寸精度，經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，用整體式壓合模具結(jié)構(gòu)，模具上、下模板采用鋼模，硅膠墊作為中間緩沖層，通過設(shè)置合適的層壓溫度、壓力、保壓時間等工藝參數(shù)，達(dá)到了層壓效果，也解決了超厚銅層壓白斑和分層等技術(shù)問題，滿足超厚銅PCB板的壓合要求。

（1）超厚銅PCB層壓方式。

超厚銅層壓模具內(nèi)產(chǎn)品的疊放層次如圖5所示。由于非流動性PP樹脂的流動性低，若使用常規(guī)覆形材料牛皮紙，無法使PP片均勻受壓，導(dǎo)致壓合后出現(xiàn)白斑、分層等缺陷，厚銅板PCB產(chǎn)品在疊壓過程中需要使用硅膠墊作為關(guān)鍵緩沖層，其在壓合中起到均勻分布壓力的作用。另外為解決壓合問題，將層壓機(jī)中的壓力參數(shù)由2.1 Mpa（22 kg/cm²）調(diào)至為2.94 Mpa（30 kg/cm²），并根據(jù)PP片的特性將溫度調(diào)整為最佳融合溫度170℃。

（2）超厚銅PCB層壓參數(shù)如表3所示。

（3）超厚銅PCB層壓效果。

依據(jù)GJB362B-2009中4.8.5.8.2章節(jié)進(jìn)行試驗(yàn)后，按4.8.2檢驗(yàn)PCB時應(yīng)無超過3.5.1.2.3章節(jié)（表面下缺陷）允許的起泡和分層。PCB試樣符合3.5.1外觀和尺寸要求，并對其進(jìn)行顯微剖切，并按4.8.3進(jìn)行檢驗(yàn)，符合3.5.2規(guī)定的要求。切片效果如圖6所示。從層壓切片狀況來看，線路填充飽滿，無微縫氣泡。

1.3.4  超厚銅PCB流膠控制技術(shù)

與一般PCB加工不同，其外形和器件連接孔在疊壓前就已經(jīng)完成，如果流膠嚴(yán)重會影響連接處的圓度和尺寸，外觀和使用無法達(dá)到要求；此次工藝開發(fā)中也試驗(yàn)過先壓合后銑外形的工藝路線，但對后期的外形銑要求控制嚴(yán)格，尤其是加工內(nèi)層厚銅連接部位，其深度精度控制非常嚴(yán)，合格率極低。

選擇合適的粘接材料、設(shè)計(jì)合理的器件結(jié)構(gòu)，是研究的難點(diǎn)之一。為解決層壓后普通半固化片導(dǎo)致的溢膠外觀問題，采用流動性低的半固化片（生益：SP120N），該粘接材料具有樹脂流動度低、柔韌，耐熱性和電性能優(yōu)異等特點(diǎn)，并根據(jù)溢膠特性，對特定位置的半固化片輪廓進(jìn)行放量，利用切繪的方式加工特定形狀輪廓。同時實(shí)現(xiàn)了先成型后壓合的工藝過程，壓合后外形即成型，無需再次數(shù)控銑外形加工。使得PCB在壓合后流膠現(xiàn)象得到了解決，保證了超厚銅板層壓后連接面無流膠且壓合緊密。

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