大載流厚銅高密度互連印制板制作研究

潘 捷 尋瑞平 高趙軍 張雪松

（江門崇達電路技術有限公司，廣東 江門 529000）

0 前言

近年來，為響應國家大力發展新能源產業的號召，車企巨頭公司紛紛投入研發新能源汽車，與此同時，科陸電子、科士達等公司也積極研發電動汽車配套設備，為電動汽車規劃提供良好支撐[1][2]。一時間以電動汽車為主要焦點的新能源設備開始迅速崛起，相關配套設施，如充電樁、充電盒等設備及技術也如火如荼地發展起來。

電流傳輸能力、散熱能力、智能化支持能力，是電動汽車等新能源設備的必要需求能力。作為電子設備的基礎元件——電路板，必須承擔最原始和領頭的創新任務。常規多層電路板不足以支撐大電流傳輸，散熱和智能化支撐能力也較差，研發制造“大載流厚銅高密度互連印制板”產品，旨在為電動汽車配套設備，及其他新能源設備提供可支持大電流或瞬時高電能傳輸與高散熱性能，配合新能源產業的發展[3][4]。本文基于研發生產實例，選取一款整體14層，集厚銅、高密度互連、金屬化槽、樹脂塞孔等設計為一體的典型大載流厚銅高密度互連印制板產品，就其制作工藝流程以及技術難點做詳細闡述，希望能夠為業界同行提供一定的參考。

1 實驗部分

1.1 產品特點

這款 “大載流厚銅高密度互連印制板”的關鍵指標參數如表1，成品外觀如圖1，壓合結構如圖2。

表1 產品關鍵指標參數

圖1 產品成品外觀

圖2 產品壓合結構圖

1.2 制作工藝流程

從這款PCB的關鍵指標參數（表1）分析，使用常規技術難度太大，無法實現制作：

（1）激光鉆孔前需要利用棕化工藝處理外層銅箔，增加粗糙度，提高銅箔對激光的吸收能力，棕化過程會使整個銅箔損失銅厚3～4 μm，無法保證面銅厚度，給后續沉銅、全板電鍍帶來品質隱患；

（2）激光盲孔孔徑為0.25 mm，是超大孔徑盲孔，無法實現電鍍填平（常規盲孔尺寸為≤0.125 mm）；

（3）樹脂塞孔和金屬化通孔、金屬化槽間距只有0.35 mm，塞孔時樹脂會進入金屬化通孔和槽內；

（4）厚徑比為8:1，通盲孔無法實現一次共鍍；

（5）孔銅要求50 μm，采用常規電鍍方法會使面銅過厚，出現線路蝕刻不凈，鉆孔、成型披鋒等嚴重問題。

經研究，本文通過先盲孔開蓋、再激光鉆孔，塞樹脂孔、金屬化通孔、金屬化槽分開制作，使用脈沖電鍍、利用兩次全板電鍍的方法實現厚銅高密度互聯印制板制作，得到孔銅和面銅的厚度要求，解決常規工藝無法實現此類結構印制板的技術難題。具體工藝流程如下：

開料→內層圖形→內層蝕刻→內層AOI→棕化→壓合→盲孔開窗圖形→盲孔開窗蝕刻→激光鉆孔→塞樹脂孔→沉銅1→整板填孔電鍍→全板電鍍1→鍍孔圖形→鍍孔→樹脂塞孔→陶瓷磨板1→掩孔圖形→微蝕減銅→陶瓷磨板2→打靶位孔2→鉆孔→銑PTH槽→沉銅2→全板電鍍2→外層圖形→圖形電鍍→銑外形→外層蝕刻→外層AOI→絲印阻焊/字符→沉鎳金→電測試→FQC（成品終檢）→FQA（成品抽檢）→包裝

（1）通過盲孔開窗圖形、盲孔開窗蝕刻、激光鉆孔，實現大孔徑盲孔制作；

（2）激光鉆盲孔后，鉆樹脂塞孔，通過整板填孔電鍍、全板電鍍使激光盲孔和樹脂塞孔鍍上銅，再塞樹脂實現盲孔和樹脂塞孔制作；

（3）做完盲孔和樹脂塞孔后，再制作金屬化通孔、金屬化槽，避免樹脂進入通孔和槽內；

（4）“一次全板電鍍+鍍孔”保證樹脂塞孔銅厚，并避免外層銅厚過厚；一次板電后面銅偏厚，利用掩孔圖形、微蝕減銅降低銅面厚度；

（5）二次板電使用脈沖電鍍，通孔、金屬槽和面銅一起鍍至要求銅厚。

2 結果與討論

2.1 整板填孔電鍍后表面銅厚

通過盲孔開窗圖形、盲孔開窗蝕刻、激光鉆孔、樹脂塞孔，實現大孔徑盲孔和樹脂塞孔制作，然后通過沉銅、電鍍使盲孔和樹脂塞孔孔壁達到要求銅厚。盲孔孔徑為0.25 mm，為超大孔徑盲孔無法實現電鍍填平；樹脂塞孔縱橫比達到8:1，縱橫比過大，無法通過通盲孔一次電鍍達到要求銅厚。因此，先利用沉銅使盲孔和塞樹脂孔孔壁鍍上一層薄銅，然后通過整板填孔電鍍加厚盲孔銅厚，此過程盲孔銅厚達到12 μm，面銅控制在30±5 μm。確保盲孔厚度達到要求的同時，面銅厚度控制是關鍵。整板填孔電鍍后表面銅厚測量結果如表2，結果顯示各批次面銅厚度都在控制范圍內，表現合格，整板填孔電鍍符合預期。

表2 整板填孔電鍍后表面銅厚測量結果（單位：μm）

2.2 一次全板電鍍后表面銅厚

整板填孔電鍍后，通過全板電鍍，使用脈沖電鍍工藝加厚樹脂塞孔孔壁銅厚，此過程使樹脂塞孔銅厚達到35 μm、面銅控制在55±5 μm；樹脂塞孔孔壁不能直接通過全板電鍍鍍夠，會使面銅增加過大，給后續磨板帶來困難。表3是一次全板電鍍后表面銅厚的測量結果，結果顯示各批次面銅厚度都在控制范圍在55±5 μm內，符合預期一次板電效果。

表3 一次全板電鍍后表面銅厚測量結果（單位：μm）

2.3 陶瓷磨板后表面銅厚

一次全板電鍍后利用選擇性鍍孔單獨使樹脂塞孔孔銅繼續加厚，達到≥50 μm要求；然后采用真空塞孔工藝，使盲孔和樹脂塞孔塞上樹脂，再利用陶瓷磨板磨掉樹脂塞孔選擇性鍍孔形成的孔環以及表面多余的樹脂，磨板后面銅厚度控制為50±5 μm。表4是陶瓷磨板后表面銅厚的測量結果，實際結果顯示各批次面銅厚度都在控制要求范圍內，符合預期效果，表明方案可行；實際制作過程還發現，鍍孔孔環厚度大，存在磨板不凈的問題，需要陶瓷磨板人工打磨，人工打磨需要控制力度，避免破壞銅厚均勻性以及孔銅崩裂。

表4 陶瓷磨板后表面銅厚測量結果（單位：μm）

2.4 “掩孔減銅+陶瓷磨板”后表面銅厚

樹脂塞孔陶瓷磨板后，表面銅厚仍有50±5 μm，銅厚較大，會導致外層鉆孔和銑PTH槽披鋒、毛刺嚴重，且極難除去，因此再利用掩孔圖形、微蝕減銅降低面銅厚度，再利用陶瓷磨板磨掉掩孔干膜保護的孔環（蝕刻減去銅厚超過10 μm，不能簡單通過磨板實現，會對整個板面帶來極大拉伸而導致孔銅分離、板面漲縮異常等，有很大品質隱患）。微蝕減銅控制面銅厚度在38±5 μm，陶瓷磨板控制表面銅厚在33±5 μm。表5是“掩孔減銅+陶瓷磨板”后表面銅厚的測量結果，實際結果顯示各批次面銅厚度都在控制要求范圍內，符合預期效果，方案可行；實際制作過程同樣發現孔邊銅厚高磨板不凈的情況，需要陶瓷磨板人工打磨，人工打磨應注意控制力度。

表5 陶瓷磨板后表面銅厚測量結果（單位：μm）

2.5 二次全板電鍍后表面銅厚

通過掩孔減銅和陶瓷磨板降低表面銅厚后，鉆外層通孔、銑PTH槽，再通過沉銅先使通孔和槽壁鍍上一層薄銅，然后通過全板電鍍采用兩次脈沖電鍍（脈沖3.8 A/dm2、45min，波形9:1），使面銅、孔銅、槽側壁銅一起電鍍加厚，達到要求銅厚，面銅≥90 μm、孔銅≥50 μm、側壁銅≥50 μm；最后圖形電鍍、銑外形、外層蝕刻實現圖形制作，圖形電鍍過程只鍍錫不鍍銅形成抗蝕層，外層蝕刻前先銑外形，利用蝕刻除去銑外形過程形成的毛刺披鋒。表6是二次全板電鍍后表面銅厚的測量結果，實際結果顯示各批次面銅厚度達到要求銅厚，符合預期效果。

表6 二次全板電鍍后表面銅厚測量結果（單位：μm）

2.6 通孔、盲孔、樹脂塞孔、PTH槽側壁銅厚

圖3是通孔、盲孔、塞樹脂孔孔銅以及PTH槽側壁切片銅厚測量結果圖，結果顯示各孔銅、側壁銅厚均滿足≥50 μm的要求，面銅滿足≥90 μm。

圖3 通孔、盲孔、塞樹脂孔、PTH槽銅厚測量結果

2.8 跟進生產情況

本款PCB經打樣試板合格后轉批量生產，目前已投產1批，入庫合格率為81.25%，尚有完善空間；對報廢及生產異常分析主要存在以下問題，具體問題描述及糾正措施見表7。

表7 過程主要異常及糾正措施

3 總結與建議

（1）從本款厚銅高密度互連印制板打樣試板結果來看，制定的工藝計劃基本合理，產品各項指標達到要求；（2）從跟進批量生產來看，入庫合格率為81.25%，尚有完善空間，須根據不良分析統計結果，確定重點品質改善項目，據此作出改善措施并嚴格跟進；（3）在國家大力發展新能源產業的政策背景下，PCB企業布局新能源設備用大載流厚銅高密度互連印制板產品前景可期。