厚铜印制板镀金工艺导线蚀刻后的凹槽填充研究

陈市伟 徐天亚 黄 学

（竞陆电子(昆山)有限公司，江苏 昆山 215000）

1 背景描述

电子元件为便于维修更换，模块化集成化越来越高，通常采用插拔式子主板设计。此类印制电路板（PCB）通常采用板边印制插头镀硬金工艺。对于镀硬金工艺，需要匹配印制插头导电的引线（工艺导线）设计，不同客户对印制插头的引线要求不同。常规的设计则采用引线外置，拉至成型边将引线斜切，同时也接受印制插头引线的部分长度的残留。也有部分PCB产品（如电池板）将引线内置埋入内层，侧边铣切截面积更小，外观无引线残留，功能性稳定且外观更美观。对于双面PCB镀金连接盘设计，则需要将引线设计采用外置后二次蚀刻工艺，再将引线去除。对于大功率类的PCB导体铜层较厚，如105 μm（3 oz）铜厚叠加阻焊的高度，衍生出二次文字印刷绝缘覆盖下墨不足或悬空的问题。为满足客户的特殊要求并确保产品的可靠稳定，需改善解决此问题。

2 产品信息及现况

（1）双面板工艺流程：开料→钻孔→孔金属化电镀→干膜→蚀刻→AOI（自动光学检查）→阻焊1→阻焊2→选化干膜→化金→选化去膜→镀金干膜→镀金手指→镀金去膜→二次干膜→二次蚀刻引线→蚀刻后去膜→文字→成型→斜边→测试→目检→包装。

重点工序说明如下。

①阻焊：105 μm厚铜采用2次阻焊工艺,第一次阻焊印刷是填充导电图形与基材落差,第二次阻焊是覆盖表面及阻焊层开窗。本工艺流程中阻焊2将导电引线位置开窗制作，将需要二次蚀刻掉的导电引线露出。

②二次蚀刻引线：此工艺干膜覆盖全部区域，仅露出需要蚀刻导线的位置，采用酸性蚀刻将镀金导电引线蚀刻去除。

③文字：文字印刷将需要在二次绝缘覆盖的位置印刷填充文字油墨（如图1所示）。

图1 印制插头+工艺导线图

（2）产品为双面铜厚＞105 μm的厚铜板，成品铜厚+阻焊膜厚总厚度为：0.146 mm （即：文字绝缘覆盖二次蚀刻后凹槽的深度，见图2、图3所示）。

图2 凹槽位置（文字绝缘覆盖位置框选区）

图3 凹槽位置切片(铜厚叠加阻焊油墨与基材落差0.146 mm

（3）二次蚀刻导电引线阻焊开窗尺寸为：0.5 mm×1 mm。

（4）产品特殊要求：不允许导电引线残留，二次蚀刻开窗位置需做油墨印刷绝缘覆盖。

（5）现况问题：二次文字印刷绝缘覆盖位置因阻焊及导体导电图形与基材落差较大，导致凹槽位置文字油墨悬空无法下墨。

3 可行性方案拟定与验证

3.1 方案一

开料→钻孔→电镀→干膜→蚀刻→AOI→阻焊1→阻焊2→选化干膜→化金→选化去膜→镀金干膜→印制插头镀金→镀金去膜→二次干膜→二次蚀刻引线→蚀刻后去膜→文字+喷墨→成型→斜边→测试→目检→包装。

方案评估：对二次蚀刻去除镀金导电引线形成的凹槽采用喷墨3次填充+热固化油墨丝印覆盖1次，喷墨开窗比凹槽小0.025 mm＋喷墨开窗比凹槽等大+喷墨开窗比凹槽大0.025 mm＋热固化油墨丝印覆盖1次（避免喷墨附着力不足而脱落）。

验证结果: 喷墨采用高精度模式仍然下墨量不足（单次喷墨厚度仅0.01 mm），部分凹槽无法填平，且有喷墨对位偏移问题,喷墨+丝印共4次，生产成本增加较多，且影响产出效率.故此方案不采纳。

3.2 方案二

开料→钻孔→电镀→干膜→蚀刻→选化干膜→化金→选化去膜→镀金干膜→印制插头镀金→镀金去膜→二次干膜→二次蚀刻引线→蚀刻后去膜→AOI→阻焊1→阻焊2→文字→成型→斜边→测试→目检→包装。

方案评估：此方案阻焊流程可实现反蚀刻导电区域的全覆盖，优点在于阻焊可以直接做绝缘印刷，避免二次引线开窗形成的板面凹槽问题。

验证结果：蚀刻后做镀金干膜压膜，因105 μm铜过厚，压膜后线路侧边有缝隙残留（如图4所示），镀金渗镍金，镀金导电线粘镍金，蚀刻无法去除。且污染非受镀区域的导线区域，阻焊后铜面异色。故此方案不采纳。

图4 热压光致抗蚀干膜缝隙图

3.3 方案三

开料→钻孔→电镀→干膜→蚀刻→AOI→阻焊1→选化干膜→化金→选化去膜→镀金干膜→印制插头镀金→镀金去膜→二次干膜→二次蚀刻引线→蚀刻后去膜→阻焊2→文字→成型→斜边→测试→目检→包装。

方案评估：将阻焊1与阻焊2前后分开，采用二次阻焊剂印刷将凹槽填满。潜在的风险是一次阻焊剂与二次阻焊剂的结合力问题。原工艺在阻焊1完成后，采用低温预烤（75 ℃、60 min）的印刷过程中可将凹槽的凹陷深度基本填平，文字印刷后外观平整无凹陷。一次阻焊及二次阻焊结合良好，无分层起泡（见图5所示）。故，方案三工艺流程有效可行。

图5 二次阻焊＋文字后的外观照片及切片图

对于一次阻焊及二次阻焊结合问题：受过程中镀金去膜+二次蚀刻去膜双重强碱性攻击，原一次阻焊油墨在热固化后表面严重粗化，增加了与二次阻焊的结合力。此项发现是一次阻焊与二次阻焊结合良好的必要特性，见表1。故，在此后的量产工艺中，需将此项列入特殊管制项目。

表1 阻焊表面粗糙度数据表

4 总结

经实验验证，在不增加流程及制程成本的基础上，通过流程再造并结合特殊参数管制，实现方式避免交联反应将一次阻焊的阻焊剂阶段性固化，再经喷砂前处理后做二次阻焊剂印刷，阻焊油墨结合效果良好。若在阻焊1后转镀金处理，需要将阻焊1做155 ℃隧道式后烘烤高温固化，否则油墨固化不足与铜面结合力较差将会导致耐化性不良，将无法承受镀金的攻击而产生油墨浮离问题，而高温固化后的一次阻焊层与二次阻焊层的结合问题将受到考验，具体可行性仍需验证。

验证结果：一次阻焊后正常隧道式烘烤高温固化，镀金耐化性良好，无渗镀及油墨浮离问题。二次蚀刻导电引线形成的凹槽在二次阻焊剂105 μm铜厚二次蚀刻导电引线产生的凹槽进行绝缘覆盖的工艺控制，且可确保外观品质及信赖性稳定。对于厚铜板两次阻焊工艺的设计有了新的发现，除了在一次阻焊后进行低温后烤再做二次印刷实现两次阻焊层有良好的结合性能外，也可以通过改变一次阻焊层表面粗糙度，达到良好的结合效果。