350 μm厚銅印制電路板阻焊生產(chǎn)工藝

郭榮青 葉陸圣 朱雪晴 廖潤秋

［勝宏科技（惠州）股份有限公司，廣東 惠州 516211］

0 引言

新能源汽車充電時間一般為6～12 h，已無法滿足車主30 min 左右可充80%～100%電量的需求，快充技術(shù)的出現(xiàn)及發(fā)展成為必然趨勢。因此，對充電樁印制電路板（printed circuit board，PCB）的主板性能也提出了更高要求。中國快充標(biāo)準(zhǔn)分為直流（direct current，DC）快充和交流（alternating current，AC）快充。其中，DC快充最高輸出電壓為750 V，最高輸出電流為400 A，充電功率為300 kW；AC 快充最大輸出電壓為500 V，最大輸出電流為250 A，充電功率為120 kW。這些充電樁主板的銅厚均需要≥350 μm，才可承受超高壓及大功率的充電輸出效率。厚銅PCB 因銅面與基材落差極大，如依照傳統(tǒng)的網(wǎng)印方式進(jìn)行阻焊，生產(chǎn)過程很難控制，容易出現(xiàn)阻焊起皺、油墨分層脫落、假性露銅及阻焊氣泡等不良現(xiàn)象，無法滿足品質(zhì)需求。本文基于油墨特性及阻焊流程分析，通過不同方法的研究，對線型掩模低壓噴涂次數(shù)+印刷、曝光資料、前處理方式、抽真空、后烤進(jìn)行探究，最終解決了厚銅PCB 阻焊問題，確定了制作方案，確保產(chǎn)品達(dá)到客戶品質(zhì)需求。

1 PCB阻焊層厚度要求

PCB 阻焊層厚度要求如圖1 所示。阻焊厚度為20 μm≤H1＜30 μm，H≥20 μm；面銅厚度為H3≥385.29 μm；底銅為350 μm。

圖1 外層銅與阻焊油墨厚度關(guān)系

2 厚銅板阻焊工藝流程

2.1 驗(yàn)證板制作工藝全流程

開料→內(nèi)層→壓合→鉆孔→成型半銑→水平除膠→板電→外層→圖電→外檢→阻焊→文字→成型。

2.2 阻焊流程方案

2.2.1 連續(xù)2次網(wǎng)印阻焊

前站來料→阻焊前處理→36 T 擋點(diǎn)連續(xù)網(wǎng)印 2 次→預(yù)烤（75 ℃，45 min）→正常曝光、顯影→文字→后烤→出板。

該流程采用2 次36 T 網(wǎng)連續(xù)印刷，印刷后目視檢驗(yàn)有明顯的線路假性露銅、阻焊氣泡，且基材上有未印下油現(xiàn)象，外觀無法滿足品質(zhì)需求，印刷完后直接退洗處理。

2.2.2 分開2次網(wǎng)印阻焊

前站來料→阻焊前處理→36 T 擋點(diǎn)網(wǎng)印第 1 次→預(yù)烤（75 ℃，45 min）→正常曝光、顯影→正常后烤→正常阻焊前處理（關(guān)閉磨刷，只開噴砂）→36 T 擋點(diǎn)網(wǎng)印第2 次→預(yù)烤（75 ℃，45 min）→正常曝光、顯影→文字→后烤→出板。

分開2 次正常阻焊36 T 網(wǎng)版印刷正常至后烤，后檢驗(yàn)線路上同樣有假性露銅、阻焊氣泡，基材上同樣有未印下油現(xiàn)象，較連續(xù)2 次網(wǎng)印雖有改善，但仍無法滿足品質(zhì)需求。

2.2.3 分開2次網(wǎng)印與不同曝光資料

前站來料→阻焊前處理→36 T 擋點(diǎn)網(wǎng)印第 1 次→預(yù)烤（75 ℃，45 min）→基材位曝光、顯影→正常后烤→正常阻焊前處理（關(guān)閉磨刷，只開噴砂）→36 T 擋點(diǎn)網(wǎng)印第2 次→預(yù)烤（75 ℃，45 min）→正常曝光、顯影→文字→后烤→出板。

第1 次阻焊曝光時，僅對板面基材上面進(jìn)行曝光，顯影后出現(xiàn)露出銅面和線路部分；第2 次正常阻焊36 T擋點(diǎn)網(wǎng)印刷，使用正常資料曝光。

分步2 次網(wǎng)印與不同曝光阻焊正常至后烤后檢驗(yàn)基材上有未印下油現(xiàn)象，同樣有假性露銅、阻焊氣泡，無法滿足品質(zhì)需求。

2.2.4 分2次線型掩模低壓噴涂+正常印刷

前站來料→阻焊前處理→第一次低壓噴涂 2 遍→預(yù)烤（75 ℃，45 min）→基材位曝光、顯影→正常后烤→阻焊前處理（不開磨刷）→第 2次低壓噴涂2遍→預(yù)烤（75 ℃，45 min）→基材位曝光、顯影→正常后烤→阻焊前處理（不開磨刷）→36 T 網(wǎng)印→預(yù)烤（75 ℃，45 min）→正常曝光、顯影→文字→后烤→出板。

第1、2 次阻焊曝光時，僅對板面基材上面部分進(jìn)行曝光，顯影后出現(xiàn)露出銅面和線路部分；第3 次正常阻焊36 T 擋點(diǎn)網(wǎng)印刷，使用正常資料曝光。

分2 次線型掩模低壓噴涂+正常印刷，正常至后烤后檢驗(yàn)阻焊基材上下油飽滿，但仍有線路假性露銅、阻焊氣泡、起皺外觀不良，無法滿足品質(zhì)需求；經(jīng)內(nèi)部阻焊三功能對4 次試板結(jié)果分析后討論，確定造成3 個外觀問題的主要原因：①基材位經(jīng)2 次低壓噴涂后，與銅面高度差仍在100 μm 左右，受高度差影響導(dǎo)致線角阻焊偏薄；②第3 次印刷油墨中細(xì)小氣泡無法在靜置中排除干凈；③第1、2 次低壓噴涂印刷基材油墨較厚，正常預(yù)烤+后烤低溫段預(yù)固化不足。

改善方案：①對第1、2次線型掩模曝光資料優(yōu)化，將銅面線角分別增加0.30 mm和0.35 mm蓋油曝光，保證面油印刷后線角油厚，改善線路假性露銅問題；②在第3次正常印刷后增加抽真空，將油墨表面殘留氣泡吸出；③在第1、2次線型掩模后烤前增加預(yù)烤65 ℃，60 min，提高基材油墨預(yù)固化效果。

2.2.5 分2 次線型掩模低壓噴涂+網(wǎng)印+不同阻焊曝光資料+抽真空

前站來料→阻焊前處理→第1 次低壓噴涂 2 遍→預(yù)烤（75 ℃，45 min）→基材面及開窗銅面邊緣0.30 mm 蓋油曝光→正常顯影→加烤（65 ℃，60 min）→阻焊前處理（不開磨刷）→第2次低壓噴涂2遍→預(yù)烤（75 ℃，45 min）→基材面及開窗銅面邊緣0.35mm蓋油曝光→正常顯影→加烤（65 ℃，60 min）→阻焊前處理（不開磨刷）→36 T 網(wǎng)印→抽真空→預(yù)烤（75 ℃，45 min）→正常曝光、顯影→文字→后烤→出板。

①第1、2 次阻焊低壓噴涂各2 遍，每遍噴涂間隔10 min，噴涂后板子插架平放。②第3 次阻焊正常塞孔+36 T擋點(diǎn)網(wǎng)印刷，注意自檢，避免印偏雙開孔入油。③第1 次低壓噴涂僅對基材區(qū)及線型掩模開窗銅面邊緣0.30 mm進(jìn)行曝光，第2次低壓噴涂僅對基材區(qū)及線型掩模開窗銅面邊緣0.35 mm 進(jìn)行曝光，其他開窗銅面和線面部分不曝光，確保顯影后露出開窗銅面。④ 第2、3次阻焊前處理優(yōu)化，不開磨刷只開噴砂，保護(hù)銅面和線面的銅厚，防止出現(xiàn)面銅偏薄異常，確保銅面、油墨表面粗化效果。⑤ 第3次印刷后抽真空參數(shù)：-75 MPa 抽真空10 min，確保油墨表面殘留的氣泡被負(fù)壓吸出。⑥ 第3 次阻焊采用36 T 擋點(diǎn)網(wǎng)正常生產(chǎn)1 次，在已有阻焊層上再印上一層阻焊層，確保銅面和線路面上的阻焊厚度在20～30 μm 公差范圍內(nèi)，如圖2所示。圖2（a）中，導(dǎo)線面L1、L3為線角阻焊厚度，L2為線面厚度。圖2（b）中L4為銅面阻焊厚度a。各阻焊厚度均在要求范圍內(nèi)。

圖2 流程優(yōu)化后阻焊厚度

分2 次進(jìn)行線型掩模低壓噴涂+網(wǎng)印+抽真空與不同資料曝光阻焊生產(chǎn)（3 次不同資料曝光，分別對基材和開窗銅面0.3 mm、0.35 mm 曝光+1次正常資料曝光），正常后烤后，進(jìn)行外觀檢驗(yàn)，無假性露銅、阻焊氣泡、起皺現(xiàn)象，可滿足客戶品質(zhì)需求。

3 優(yōu)化后厚銅板阻焊制作工藝流程

優(yōu)化后正常生產(chǎn)的對應(yīng)參數(shù)如下。①第1 次阻焊前處理：正常開啟針?biāo)?火山灰生產(chǎn)，線速3.5 m/min，磨痕管控為（10±2）mm，確認(rèn)板面粗化效果。②第1 次阻焊線型掩模低壓噴涂，油墨黏度管控為50 dPa·s，連續(xù)噴涂2 次，每次間隔 10 min，噴涂后插架平放，噴涂完成后生產(chǎn)出板，確認(rèn)基材阻焊厚度為120～140 μm，正常隧道爐預(yù)烤，預(yù)烤溫度75 ℃，45 min，確保板面烘烤初步固化。③第1 次曝光：采用激光直寫（laser direct imaging，LDI）曝光機(jī)，選用線型掩模M1資料進(jìn)行生產(chǎn)。曝光能量600～700 mJ，光梯尺11 格，曝光后靜置15 min。④ 顯影：依正常參數(shù)顯影，經(jīng)檢驗(yàn)確認(rèn)，顯影后銅面和線路邊緣有0.30 mm 阻焊覆蓋，其他銅面無阻焊層。⑤第1 次后烤：將顯影板插鐵架置在立式烤箱（65 ℃，60 min），再正常走文字隧道爐后烤；其目的為提升基材阻焊預(yù)固化效果，防止油墨起皺。⑥第2 次阻焊前處理：關(guān)閉針?biāo)H開啟噴砂生產(chǎn)，線速3.0 m/min 確認(rèn)板面粗化效果。⑦第2 次阻焊線型掩模低壓噴涂，油墨黏度管控為50 dPa·s，連續(xù)噴涂2 次，每次間隔10 min，噴涂后插架平放正常預(yù)烤，噴涂完成后，生產(chǎn)出板，確認(rèn)基材阻焊總厚度在240～280 μm，正常隧道爐預(yù)烤（75 ℃，45 min），確保板面烘烤初步固化。⑧第2 次曝光：使用LDI 曝光機(jī)選用線型掩模M2 資料生產(chǎn)，與第1 次曝光參數(shù)一致。⑨顯影：依正常參數(shù)顯影，經(jīng)檢驗(yàn)確認(rèn)顯影后銅面和線路邊緣有0.35 mm 阻焊覆蓋，在M1 曝光資料基礎(chǔ)上，銅面和線路增加0.05 mm 阻焊覆蓋，確保面油印刷后線角與線面油厚接近，其他銅面無阻焊層。⑩第2 次后烤：將顯影板插進(jìn)鐵架放置在立式烤箱內(nèi)（65 ℃，60 min），再正常走文字隧道爐后烤；目的為提升基材阻焊預(yù)固化效果，防止油墨起皺。?第3 次阻焊前處理：與第2 次阻焊前處理參數(shù)一致。?第3 次阻焊印刷：正常鋁片塞孔，塞孔油墨黏度360 dPa·s；面油使用36 T 擋點(diǎn)網(wǎng)，油墨黏度150 dPa·s，油墨在攪拌機(jī)攪拌時間10 min，攪拌完成后靜置15 min再正常印刷。?抽真空：第3 次印刷后安排抽真空，抽真空參數(shù)-75 MPa，10 min，主要作用為將油墨表面殘留的細(xì)小氣泡負(fù)壓吸出。?第3 次曝光：使用LDI 曝光機(jī)選用M3 資料生產(chǎn)，與第1、2 次曝光參數(shù)一致。?顯影：依正常顯影參數(shù)生產(chǎn)，經(jīng)檢驗(yàn)確認(rèn)，無線路假性露銅、氣泡、起皺不良現(xiàn)象。?文字后烤后切片確認(rèn)阻焊油厚及進(jìn)行可靠性測試。

4 厚銅板阻焊制作對應(yīng)切片及可靠性測試

（1）文字后烤對應(yīng)切片分析數(shù)據(jù)見表1。其中，阻焊厚度要求20～30 μm，面銅厚度要求≥358 μm。

表1 阻焊切片實(shí)測數(shù)據(jù) 單位：μm

（2）文字后烤后相關(guān)可靠性測試結(jié)果見表2。

表2 相關(guān)可靠性測試結(jié)果

5 結(jié)語

綜合對比上述生產(chǎn)方案，阻焊按2.2.5 節(jié)方案可滿足成品面銅358 μm 超厚銅板的生產(chǎn)需求，阻焊厚度可達(dá)到20～30 μm 的標(biāo)準(zhǔn)。同時，還可依據(jù)客戶要求調(diào)整第3 次印刷網(wǎng)版目數(shù)。經(jīng)外觀檢驗(yàn)，線路無假性露銅、氣泡及起皺等品質(zhì)異常，可靠性測試均滿足品質(zhì)需求。此方案的作業(yè)流程相對較長，但可以確保超厚銅板品質(zhì)滿足客戶需求。不同的工藝流程及參數(shù)生產(chǎn)厚銅板外觀良率會存在差異，需持續(xù)優(yōu)化阻焊工藝作業(yè)流程、作業(yè)參數(shù)及方法，不斷提高產(chǎn)品外觀良率，縮短生產(chǎn)周期，提升厚銅板的生產(chǎn)能力和市場競爭力，贏得更多發(fā)展機(jī)遇。