厚銅印制板鍍金工藝導(dǎo)線蝕刻后的凹槽填充研究

陳市偉 徐天亞 黃 學(xué)

（競陸電子(昆山)有限公司，江蘇 昆山 215000）

1 背景描述

電子元件為便于維修更換，模塊化集成化越來越高，通常采用插拔式子主板設(shè)計。此類印制電路板（PCB）通常采用板邊印制插頭鍍硬金工藝。對于鍍硬金工藝，需要匹配印制插頭導(dǎo)電的引線（工藝導(dǎo)線）設(shè)計，不同客戶對印制插頭的引線要求不同。常規(guī)的設(shè)計則采用引線外置，拉至成型邊將引線斜切，同時也接受印制插頭引線的部分長度的殘留。也有部分PCB產(chǎn)品（如電池板）將引線內(nèi)置埋入內(nèi)層，側(cè)邊銑切截面積更小，外觀無引線殘留，功能性穩(wěn)定且外觀更美觀。對于雙面PCB鍍金連接盤設(shè)計，則需要將引線設(shè)計采用外置后二次蝕刻工藝，再將引線去除。對于大功率類的PCB導(dǎo)體銅層較厚，如105 μm（3 oz）銅厚疊加阻焊的高度，衍生出二次文字印刷絕緣覆蓋下墨不足或懸空的問題。為滿足客戶的特殊要求并確保產(chǎn)品的可靠穩(wěn)定，需改善解決此問題。

2 產(chǎn)品信息及現(xiàn)況

（1）雙面板工藝流程：開料→鉆孔→孔金屬化電鍍→干膜→蝕刻→AOI（自動光學(xué)檢查）→阻焊1→阻焊2→選化干膜→化金→選化去膜→鍍金干膜→鍍金手指→鍍金去膜→二次干膜→二次蝕刻引線→蝕刻后去膜→文字→成型→斜邊→測試→目檢→包裝。

重點工序說明如下。

①阻焊：105 μm厚銅采用2次阻焊工藝,第一次阻焊印刷是填充導(dǎo)電圖形與基材落差,第二次阻焊是覆蓋表面及阻焊層開窗。本工藝流程中阻焊2將導(dǎo)電引線位置開窗制作，將需要二次蝕刻掉的導(dǎo)電引線露出。

②二次蝕刻引線：此工藝干膜覆蓋全部區(qū)域，僅露出需要蝕刻導(dǎo)線的位置，采用酸性蝕刻將鍍金導(dǎo)電引線蝕刻去除。

③文字：文字印刷將需要在二次絕緣覆蓋的位置印刷填充文字油墨（如圖1所示）。

圖1 印制插頭+工藝導(dǎo)線圖

（2）產(chǎn)品為雙面銅厚＞105 μm的厚銅板，成品銅厚+阻焊膜厚總厚度為：0.146 mm （即：文字絕緣覆蓋二次蝕刻后凹槽的深度，見圖2、圖3所示）。

圖2 凹槽位置（文字絕緣覆蓋位置框選區(qū)）

圖3 凹槽位置切片(銅厚疊加阻焊油墨與基材落差0.146 mm

（3）二次蝕刻導(dǎo)電引線阻焊開窗尺寸為：0.5 mm×1 mm。

（4）產(chǎn)品特殊要求：不允許導(dǎo)電引線殘留，二次蝕刻開窗位置需做油墨印刷絕緣覆蓋。

（5）現(xiàn)況問題：二次文字印刷絕緣覆蓋位置因阻焊及導(dǎo)體導(dǎo)電圖形與基材落差較大，導(dǎo)致凹槽位置文字油墨懸空無法下墨。

3 可行性方案擬定與驗證

3.1 方案一

開料→鉆孔→電鍍→干膜→蝕刻→AOI→阻焊1→阻焊2→選化干膜→化金→選化去膜→鍍金干膜→印制插頭鍍金→鍍金去膜→二次干膜→二次蝕刻引線→蝕刻后去膜→文字+噴墨→成型→斜邊→測試→目檢→包裝。

方案評估：對二次蝕刻去除鍍金導(dǎo)電引線形成的凹槽采用噴墨3次填充+熱固化油墨絲印覆蓋1次，噴墨開窗比凹槽小0.025 mm＋噴墨開窗比凹槽等大+噴墨開窗比凹槽大0.025 mm＋熱固化油墨絲印覆蓋1次（避免噴墨附著力不足而脫落）。

驗證結(jié)果: 噴墨采用高精度模式仍然下墨量不足（單次噴墨厚度僅0.01 mm），部分凹槽無法填平，且有噴墨對位偏移問題,噴墨+絲印共4次，生產(chǎn)成本增加較多，且影響產(chǎn)出效率.故此方案不采納。

3.2 方案二

開料→鉆孔→電鍍→干膜→蝕刻→選化干膜→化金→選化去膜→鍍金干膜→印制插頭鍍金→鍍金去膜→二次干膜→二次蝕刻引線→蝕刻后去膜→AOI→阻焊1→阻焊2→文字→成型→斜邊→測試→目檢→包裝。

方案評估：此方案阻焊流程可實現(xiàn)反蝕刻導(dǎo)電區(qū)域的全覆蓋，優(yōu)點在于阻焊可以直接做絕緣印刷，避免二次引線開窗形成的板面凹槽問題。

驗證結(jié)果：蝕刻后做鍍金干膜壓膜，因105 μm銅過厚，壓膜后線路側(cè)邊有縫隙殘留（如圖4所示），鍍金滲鎳金，鍍金導(dǎo)電線粘鎳金，蝕刻無法去除。且污染非受鍍區(qū)域的導(dǎo)線區(qū)域，阻焊后銅面異色。故此方案不采納。

圖4 熱壓光致抗蝕干膜縫隙圖

3.3 方案三

開料→鉆孔→電鍍→干膜→蝕刻→AOI→阻焊1→選化干膜→化金→選化去膜→鍍金干膜→印制插頭鍍金→鍍金去膜→二次干膜→二次蝕刻引線→蝕刻后去膜→阻焊2→文字→成型→斜邊→測試→目檢→包裝。

方案評估：將阻焊1與阻焊2前后分開，采用二次阻焊劑印刷將凹槽填滿。潛在的風(fēng)險是一次阻焊劑與二次阻焊劑的結(jié)合力問題。原工藝在阻焊1完成后，采用低溫預(yù)烤（75 ℃、60 min）的印刷過程中可將凹槽的凹陷深度基本填平，文字印刷后外觀平整無凹陷。一次阻焊及二次阻焊結(jié)合良好，無分層起泡（見圖5所示）。故，方案三工藝流程有效可行。

圖5 二次阻焊＋文字后的外觀照片及切片圖

對于一次阻焊及二次阻焊結(jié)合問題：受過程中鍍金去膜+二次蝕刻去膜雙重強堿性攻擊，原一次阻焊油墨在熱固化后表面嚴(yán)重粗化，增加了與二次阻焊的結(jié)合力。此項發(fā)現(xiàn)是一次阻焊與二次阻焊結(jié)合良好的必要特性，見表1。故，在此后的量產(chǎn)工藝中，需將此項列入特殊管制項目。

表1 阻焊表面粗糙度數(shù)據(jù)表

4 總結(jié)

經(jīng)實驗驗證，在不增加流程及制程成本的基礎(chǔ)上，通過流程再造并結(jié)合特殊參數(shù)管制，實現(xiàn)方式避免交聯(lián)反應(yīng)將一次阻焊的阻焊劑階段性固化，再經(jīng)噴砂前處理后做二次阻焊劑印刷，阻焊油墨結(jié)合效果良好。若在阻焊1后轉(zhuǎn)鍍金處理，需要將阻焊1做155 ℃隧道式后烘烤高溫固化，否則油墨固化不足與銅面結(jié)合力較差將會導(dǎo)致耐化性不良，將無法承受鍍金的攻擊而產(chǎn)生油墨浮離問題，而高溫固化后的一次阻焊層與二次阻焊層的結(jié)合問題將受到考驗，具體可行性仍需驗證。

驗證結(jié)果：一次阻焊后正常隧道式烘烤高溫固化，鍍金耐化性良好，無滲鍍及油墨浮離問題。二次蝕刻導(dǎo)電引線形成的凹槽在二次阻焊劑105 μm銅厚二次蝕刻導(dǎo)電引線產(chǎn)生的凹槽進(jìn)行絕緣覆蓋的工藝控制，且可確保外觀品質(zhì)及信賴性穩(wěn)定。對于厚銅板兩次阻焊工藝的設(shè)計有了新的發(fā)現(xiàn)，除了在一次阻焊后進(jìn)行低溫后烤再做二次印刷實現(xiàn)兩次阻焊層有良好的結(jié)合性能外，也可以通過改變一次阻焊層表面粗糙度，達(dá)到良好的結(jié)合效果。