CN104093279A

CN104093279A - 一种基于激光凹槽加工工艺的印制电路板制作方法

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Publication number: CN104093279A
Application number: CN201410339246.1A
Authority: CN
Inventors: 何为; 江俊锋; 王守绪; 陈苑明
Original assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Current assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Priority date: 2014-07-16
Filing date: 2014-07-16
Publication date: 2014-10-08

Abstract

一种基于激光凹槽加工工艺的印制电路板制作方法，属于印制电路板技术领域。本发明首先对基材一面采用UV激光进行烧蚀，逐次加工出精细线路凹槽和层间互连微孔凹槽；再对层间互连微孔凹槽填塞导电油墨并固化；当基材另一面精细线路凹槽加工完，对基材两面同时进行黑孔化，完成凹槽电镀铜，再进行印制电路板后续制作过程。本发明能够避免常规精细线路制作中盲孔填铜后板面铜层偏厚的问题，采用微孔和细线凹槽的一次性加工，可以节省掉常规线路制作中曝光、显影、蚀刻等流程，避免线路加成的夹膜问题及蚀刻时的侧蚀问题，简化了生产工序，减少了工艺生产废水的产生，降低了制作成本。

Description

一种基于激光凹槽加工工艺的印制电路板制作方法

技术领域

本发明属于印制电路板制造技术领域，具体涉及一种基于激光凹槽加工工艺的印制电路板制作方法。

背景技术

随着高密度封装基板的快速发展，要求元器件中芯片面积与封装面积相应减小，提高封装效率成为必然。要满足印制电路板轻、薄、短、小、结构灵活的特点，减小基板上的线宽/线距，制作更加精细的线路成为一种选择。在常规线路制作中，侧蚀、流程长、污水处理困难等一直是无法解决的问题，过大的侧蚀不仅影响线路的美观，严重者甚至不能满足线路传输中对于高频高速信号完整性的传导要求。流程长不仅增大制作过程中故障发生的几率，也增大了制作的成本。制作工艺中产生的污水种类多，处理成本大，也污染环境，进而影响印制电路板产业的快速发展。

目前，制作精细线路的方法主要有三种：减成法、半加成法和加成法。减成法是使用最普遍的线路制作方法，它是先用光化学法或丝网漏印法或电镀法在覆铜板的铜表面转移形成电路图形，再用化学腐蚀的方法将形成电路之外多余的铜层部分蚀刻掉，留下所需要的电路图形。但减成法在精细线路制作时侧蚀现象最严重，容易发生线路短路、断路等问题，铜箔也浪费严重。半加成法采用的是通过图形电镀在较薄的铜层上加厚线路，并用化学蚀刻方法将非线路部分的薄铜蚀刻去除。此方法制作的精细线路侧蚀较小，线路横截面基本呈矩形。但当前超薄铜箔由于成本较高，应用还不普遍，若采用普通覆铜板减铜制作超薄铜箔，很难保证整板减薄的均匀一致性。图形电镀时，对于50μm以下线宽的精细线路，保证线路解像度的抗蚀薄干膜很难同时在电镀线耐酸碱，干膜溶解及渗镀现象较易发生。陈苑明等人(电镀与精蚀，2012，vol.34，NO.7:5-9)指出，半加成法制作精细线路应选择5μm以下的超薄铜箔。若采用减铜处理，5μm以下厚度较难控制，可能导致铜种子层被剥离，后续镀铜层与基材的结合力较差。加成法是采用化学镀铜沉积在感光材料上，直接形成电路图形与孔金属化层。在多层电路的制作中，镀铜厚度与孔金属化所持续的时间有差异，容易引发孔金属化问题，铜层与基材的结合力也很难得到保证。由于加成法对基材的特殊要求，制作成本也很高，暂时还未得到广泛应用。

在印制电路板的制造中，导通孔的制作成败直接影响电气连接的性能。数控钻孔与激光钻孔广泛应用于微孔制作中。数控钻孔能钻所有材料的孔，但当孔径小于250μm，钻孔成本呈指数级增长，不适宜大批量的微孔生产；CO₂激光钻孔可加工50μm以上的孔径，生产效率高，但CO₂激光仅适用于树脂介质层，对于50μm～75μm之间的微孔，较难控制，钻孔后介质材料残膜或碳化物残留物较多；UV激光可加工25μm直径的小孔，成型的孔内干净无碳化，制作25μm～125μm之间的孔成本不大，但采用UV激光制作大孔径钻孔成本呈指数级增长。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种制作流程简单、操作实施容易、制作成本可控，同时能够提高产品品质及生产效率的，基于激光凹槽加工工艺的印制电路板制作方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种基于激光凹槽加工工艺的印制电路板制作方法，包括以下步骤：

A、采用UV激光对基材的一面进行烧蚀，制作精细线路凹槽，对需要进行两面连接的精细线路在原来线路凹槽基础上进行再次的激光烧蚀制作层间互连微孔凹槽；

B、对步骤A加工的精细线路凹槽和层间互连微孔凹槽进行去钻污处理；

C、对步骤B去钻污后的层间互连微孔凹槽填塞导电油墨，然后固化；

D、对步骤C固化后的基材另一面进行精细线路凹槽加工并去钻污；

E、对步骤D去钻污后的基材两面的精细线路凹槽进行黑孔化处理，然后对黑孔化处理后的精细线路凹槽利用电镀铜工艺填充镀铜；

F、对步骤E凹槽电镀后的印制电路板印刷阻焊油墨，化学镍金以及外形切割，完成整个印制电路板的后续制作过程。

进一步的是，在步骤A中，所述基材的厚度为0.12mm～0.25mm，精细线路凹槽的宽度为25μm～75μm，精细线路凹槽的深度为25μm～40μm。

进一步的是，在步骤A中，精细线路凹槽与层间互连微孔凹槽采用叠孔的方式连接，层间互连微孔凹槽的上孔径为精细线路凹槽下孔径的75％～95％。

进一步的是，在步骤E中，所述黑孔化过程进行两次；凹槽电镀所使用的镀液为高铜低酸体系。

上述基于激光凹槽加工工艺的印制电路板制作方法，当其用于制作多层印制电路板时，还包括下述步骤：1)重复步骤A～E，完成所有内层印制电路板的制作；2)采用半固化片或热固胶作为粘合剂，将所有内层印制电路板压合成多层印制电路板；3)再次重复步骤A～E，在最外层基材上制作精细线路凹槽和层间互连微孔凹槽，并进行层间互连微孔凹槽的导电油墨填充及精细线路凹槽填充镀铜；4)印刷阻焊油墨，化学镍金以及外形切割，完成整个多层印制电路板的后续制作过程。

本发明的有益效果：

本发明提供的基于激光凹槽加工工艺的印制电路板制作方法，通过UV激光逐次形成精细线路凹槽和层间互连微孔凹槽，能够极大减小线路的线宽和线距；而且填充导电油墨后对精细线路凹槽进行共镀，能够避免常规生产中镀铜厚度与孔金属化所持续的时间差异所引发的孔金属化问题；线路形成于凹槽中，能够保证铜镀层与基材的结合力；凹槽线路的一次性加工，节省了曝光、显影、蚀刻等工序，既缩短了工艺流程，节省了生产成本，又减少了工艺废水的产生；采用全加成法工艺，电镀铜箔得到了有效利用，避免了减成法、半加成法中对于铜箔的部分浪费。

附图说明

图1是本发明进行印制电路板制作双面精细线路的基材的结构示意图；

图2是本发明对基材一面进行精细线路凹槽制作的结构示意图；

图3是本发明对基材中层间互连微孔凹槽制作的结构示意图；

图4是本发明对基材层间互连微孔凹槽填塞导电油墨后的结构示意图；

图5是本发明对基材另一面进行精细线路凹槽制作的结构示意图；

图6是本发明对基材精细线路凹槽进行电镀铜后的结构示意图；

图7是本发明对内层芯板用于最外层连接的微孔填塞导电油墨后的结构示意图；

图8是本发明进行印制电路板外层制作单面精细线路的基材的结构示意图；

图9是本发明对内层芯板和外层基材进行压合后的结构示意图；

图10是本发明对外层基材进行精细线路凹槽和层间互连微孔凹槽制作的结构示意图；

图11是本发明对外层基材用于层间互连微孔凹槽填塞导电油墨后的结构示意图；

图12是本发明对外层基材精细线路凹槽进行电镀铜后的结构示意图；

图中标记说明：绝缘介质层101、精细线路凹槽2、层间互连微孔凹槽3、导电油墨4、黑孔液5、电镀铜层6、外侧绝缘介质层102、粘合剂7。

具体实施方式

为实施上述目的本发明采用的技术方案如下：

实施方案1

参阅图1至图6所示，提供一种基于激光凹槽式微孔和细线同步加工的两层印制电路板制作方法，包括以下步骤：

A、开料基材101，如图1所示，采用UV激光切割机对基材101的一面进行切割，制作出精细线路凹槽2，如图2所示，对需要进行两面连接的精细线路在原来线路凹槽基础上进行再次烧蚀，制作出层间互连微孔凹槽3，如图3所示；

B、对步骤A加工的凹槽进行去钻污处理；

C、对步骤B去钻污后的层间互连微孔凹槽3填塞导电油墨4，然后固化，如图4所示；

D、对步骤C固化后的基材另一面加工出精细线路凹槽2并去钻污，如图5所示；

E、对步骤D去钻污后的基材先在黑孔线涂覆黑孔液5，再在垂直连续电镀线进行凹槽镀铜6，如图6所示；

F、对步骤E凹槽电镀后的印制电路板印刷阻焊油墨，化学镍金以及外形切割，完成两层印制电路板的后续制作过程。

在上述加工过程中，在进行步骤A处理时，对于精细线路的制作选取基材101的厚度为0.12mm～0.25mm，精细线路凹槽2的宽度为25μm～75μm，精细线路凹槽2的深度为25μm～40μm。

进一步的是，在步骤A中，精细线路凹槽2与层间互连微孔凹槽3采用叠孔的方式连接，层间互连微孔凹槽3的上孔径为精细线路凹槽2下孔径的75％～95％，层间互连微孔凹槽3的深度为基材厚度减去两面精细线路凹槽深度的剩余值。

进一步的是，在步骤A中，为保证精细线路凹槽2制作的精良，UV激光切割机的参数为：光斑直径0.022mm，功率6W，切割速度160mm/s，激光频率100kHZ，Z轴高度0.7mm；为保证层间互连微孔凹槽3的制作精度，UV激光切割机的参数为：光斑直径0.020mm，功率6W，切割速度170mm/s，激光频率100kHZ，Z轴高度0.6mm。

为了节约制作成本，步骤B与步骤D中的去钻污过程采用超声波水洗即可达到少量钻污的清除要求；步骤D中的精细线路凹槽2切割参数同步骤A。

为了保证层间电气连接的性能，在步骤C中，只对层间互连微孔凹槽3采用丝网印刷真空填塞导电油墨4，导电油墨选用银系导电油墨，固化温度为150℃～180℃，固化时间为45min～60min。

为了保证精细线路凹槽电镀铜的填充效果，在步骤E中，黑孔化过程进行两次，约10min；凹槽电镀所使用的镀液为高铜低酸体系，其中H₂SO₄的质量浓度为30g/L～45g/L，CuSO₄·5H₂O的质量浓度为190g/L～220g/L，Cl-的质量浓度为5ppm～15ppm；在凹槽电镀过程中，电镀时间为45min～60min，电流密度为1.2A/dm²～1.4A/dm²。

实施方案2

参阅图1至图12所示，提供一种基于激光凹槽式微孔和细线同步加工的四层印制电路板制作方法，包括以下步骤：

B、对步骤A加工的凹槽进行去钻污处理；

F、对步骤E电镀后的基材采用UV激光切割机烧蚀出最外层用于层间互连微孔凹槽，去钻污后，采用丝网印刷填塞导电油墨4，并固化，如图7所示，完成内层印制电路板(芯板)的制作；

G、预先开料外层基材102，如图8所示，将步骤F中完成内层制作的芯板与基材102采用粘合剂7进行压合，得到四层印制电路板结构，如图9所示；

H、将步骤G中压合后的印制电路板采用UV激光切割机，烧蚀出最外层的精细线路凹槽2和层间互连微孔凹槽3，如图10所示；

I、将步骤H中完成最外层凹槽制作的印制电路板去钻污，再对层间互连微孔凹槽采用丝网印刷填塞导电油墨4，再固化，如图11所示；

J、将步骤I中完成固化的印制电路板先在黑孔线涂覆黑孔液5，再在垂直连续电镀线进行凹槽镀铜6，如图12所示；

K、将步骤J中凹槽电镀后的印制电路板印刷阻焊油墨，化学镍金以及外形切割，完成四层印制电路板的后续制作过程。

在上述加工过程中，在进行步骤A和G处理时，对于精细线路的制作选取内层芯板基材101的厚度为0.12mm～0.25mm，外层基板102的厚度为0.12mm～0.2mm,精细线路凹槽2的宽度为25μm～75μm，精细线路凹槽2的深度为25μm～40μm。

进一步的是，在步骤A和H中，精细线路凹槽2与层间互连微孔凹槽3采用叠孔的方式连接，层间互连微孔凹槽3的上孔径为精细线路凹槽2下孔径的75％～95％；步骤A中层间互连微孔凹槽3的烧蚀深度为基材厚度减去两面精细线路凹槽深度的剩余值，步骤H中层间互连微孔凹槽3的烧蚀深度为最外层精细线路凹槽到内层芯板的距离。

进一步的是，在步骤A、D和H中，为保证精细线路凹槽2制作的精良，UV激光切割机的参数为：光斑直径0.022mm，功率6W，切割速度160mm/s，激光频率100kHZ，Z轴高度0.7mm；为保证层间互连微孔凹槽3制作的精良，UV激光切割机的参数为：光斑直径0.020mm，功率6W，切割速度170mm/s，激光频率100kHZ，Z轴高度0.6mm。

为了节约制作成本，步骤B、D和H中的去钻污过程采用超声波水洗即可达到少量钻污的清除要求。

为了保证层间电气连接的性能，在步骤C、F和I中，只对层间互连微孔凹槽3采用丝网印刷真空填塞导电油墨4，导电油墨选用银系导电油墨，固化温度为150℃～180℃，固化时间为45min～60min；步骤F中，微孔为后续最外层用于层间连接的孔的一部分，采用导电油墨进行全填充。

为了保证凹槽电镀填充的效果，在步骤E和J中，黑孔化过程进行两次，约10min；凹槽电镀使用的镀液为高铜低酸体系，其中H₂SO₄的质量浓度为30g/L～45g/L，CuSO₄·5H₂O的质量浓度为190g/L～220g/L，Cl-的质量浓度为5ppm～15ppm；在凹槽电镀过程中，电镀时间为45min～60min，电流密度为1.2A/dm²～1.4A/dm²。

Claims

1.一种基于激光凹槽加工工艺的印制电路板制作方法，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于激光凹槽加工工艺的印制电路板制作方法，其特征在于，步骤A中所述基材的厚度为0.12mm～0.25mm，所述精细线路凹槽的宽度为25μm～75μm，所述精细线路凹槽的深度为25μm～40μm。

3.根据权利要求2所述的基于激光凹槽加工工艺的印制电路板制作方法，其特征在于，步骤A中精细线路凹槽与层间互连微孔凹槽采用叠孔的方式连接，层间互连微孔凹槽的上孔径为精细线路凹槽下孔径的75％～95％。

4.根据权利要求1、2或3所述的基于激光凹槽加工工艺的印制电路板制作方法，其特征在于，步骤E中所述黑孔化过程进行两次；凹槽电镀铜所使用的镀液为高铜低酸体系。

5.根据权利要求1、2或3所述的基于激光凹槽加工工艺的印制电路板制作方法，其特征在于，当所述基于激光凹槽加工工艺的印制电路板制作方法用于制作多层印制电路板时，还包括下述步骤：1)重复步骤A～E，完成所有内层印制电路板的制作；2)采用半固化片或热固胶作为粘合剂，将所有内层印制电路板压合成多层印制电路板；3)再次重复步骤A～E，在最外层基材上制作精细线路凹槽和层间互连微孔凹槽，并进行层间互连微孔凹槽的导电油墨填充及精细线路凹槽填充镀铜；4)印刷阻焊油墨，化学镍金以及外形切割，完成整个多层印制电路板的后续制作过程。