立體鍍金插頭印制電路板的研制

楊存杰

（蘇杭電子有限公司，江蘇 昆山 320583）

我公司有一個(gè)客戶生產(chǎn)用車載設(shè)備，其系統(tǒng)中有幾塊印制電路板（PCB）與系統(tǒng)的連接采用板邊插頭的方式相連接。由于設(shè)備裝載在車上、船上，長年處于野外作業(yè)環(huán)境，使用環(huán)境惡劣，受溫、濕度變化很大，不斷受到振動(dòng)、沖擊等機(jī)械外力的作用，采用常規(guī)的鍍金插頭連接方式，鍍金插頭插座中的彈簧片會(huì)產(chǎn)生疲勞變形，彈簧片與鍍金插頭的接觸壓力不夠，出現(xiàn)松動(dòng)，會(huì)偶發(fā)鍍金插頭部位連接不良、通訊信號(hào)中斷的故障。圖1為常規(guī)的板邊鍍金插頭PCB實(shí)樣。

圖1 常規(guī)板邊鍍金插頭PCB實(shí)樣例

為了解決產(chǎn)品連接可靠性問題，客戶要求我公司研制一種新型的印制電路板產(chǎn)品，解決鍍金插頭部位連接不良問題。我們與客戶一起商討，提出研制一種新型立體鍍金插頭印制電路板，與客戶的長方形立體插座進(jìn)行配套，可以解決鍍金插頭部位連接不良的問題，確保產(chǎn)品的可靠性，做到設(shè)備連接零故障。圖2為一款立體鍍金插頭印制電路板成品圖片。

圖2 立體鍍金插頭印制電路板

1 產(chǎn)品制作工藝流程

該立體鍍金插頭印制電路板的技術(shù)特點(diǎn)是立體鍍金插頭，難點(diǎn)在于插頭是鏤空的，每一個(gè)插頭的四個(gè)面及其頂端面，均包裹金屬銅并鍍上鍍金層，使鍍金插頭的尺寸與相配合的插座的尺寸呈過渡配合狀態(tài)，保證不管在什么振動(dòng)狀態(tài)下，立體鍍金插頭與插座均能很好的配合，接觸良好，故障為零，滿足國防軍用產(chǎn)品的特殊需求。圖3為立體鍍金插頭印制電路板示意圖。

圖3 立體鍍金插頭印制電路板各部分結(jié)構(gòu)示意圖

該立體鍍金插頭印制電路板產(chǎn)品，使用原來生產(chǎn)線的設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn)。工藝流程以常規(guī)多層板生產(chǎn)流程為基礎(chǔ)，根據(jù)該板子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，最終形成的工藝生產(chǎn)流程（見圖4）。

圖4 立體鍍金插頭PCB工藝流程

2 關(guān)鍵工藝技術(shù)

該立體鍍金插頭印制電路板產(chǎn)品，有幾個(gè)比較特別的工序有別于常規(guī)工藝流程，需要進(jìn)行重點(diǎn)管控，分述如下。

2.1 立體鍍金插頭的四個(gè)面及頂部絕緣層沉積上導(dǎo)電銅層

研究通過何種方法使印制電路板的立體鍍金插頭部分的四個(gè)面及頂部絕緣層沉積上導(dǎo)電銅層，使導(dǎo)電銅層與絕緣基材融為一起，連接可靠。為實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的，我們采用銑沉銅槽的方式，將一個(gè)一個(gè)鍍金插頭分割開來，暴露出鍍金插頭側(cè)面的絕緣基材，使其在后續(xù)化學(xué)沉銅時(shí)沉積上銅層，變成完全被銅層包裹的鍍金插頭。

2.2 鍍金插頭分割開來形成獨(dú)立的鍍金插頭網(wǎng)絡(luò)

通過化學(xué)沉銅后，所有的立體鍍金插頭的導(dǎo)電銅層是互相相連的，因此必須要研究用何種加工方法將一個(gè)一個(gè)鍍金插頭分割開來，形成一個(gè)一個(gè)獨(dú)立的鍍金插頭網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)電路設(shè)計(jì)要求的功能，而且在鍍金插頭上不殘留金屬毛刺。為了達(dá)到這個(gè)目的，我們采用了在圖形電鍍后，堿性蝕刻之前，增加了一道銑半孔的流程，將板側(cè)面鍍金插頭與鍍金插頭之間相連的銅層去除，達(dá)到將所有鍍金插頭分割開來的目的。

2.3 控制立體鍍金插頭尺寸的精度

研究如何控制立體鍍金插頭尺寸的精度，保證插頭與插座能夠可靠配合。通過工藝試驗(yàn)，找出影響立體鍍金插頭尺寸的因素，在銑沉銅槽時(shí)，進(jìn)行尺寸預(yù)補(bǔ)償，使最終完成的鍍金插頭尺寸控制在要求范圍內(nèi)，保證鍍金插頭與立體插座之間呈過渡配合狀態(tài)。

為了保證鍍金插頭的尺寸精度，我們做了多組工藝試驗(yàn)，對(duì)鍍金插頭的寬度進(jìn)行補(bǔ)償，按照客戶要求的鍍金插頭成品寬度尺寸要求，縮小0.06 mm，編制銑沉銅槽程序，以保證制成品的立體鍍金插頭與插座之間達(dá)到過渡配合的要求。

為了保證鍍金插頭邊緣光滑平整，不可用常規(guī)加工內(nèi)槽的加工方式編程。一般銑床加工內(nèi)槽時(shí)，采用順銑的方式加工，當(dāng)加工到下圖中鍍金插頭上側(cè)面（或左側(cè)面）時(shí)，由于鍍金插頭毛坯尺寸較小，呈懸臂狀態(tài)，強(qiáng)度不夠大，會(huì)產(chǎn)生晃動(dòng)或變形，使其側(cè)面不光滑或者尺寸偏差。因此要采用逆銑的方式編程，消除要保留的鍍金插頭在加工時(shí)呈懸臂狀態(tài)的問題，使加工出的鍍金插頭側(cè)面光滑平整。銑沉銅槽的加工路徑圖（見圖5）。

圖5 銑沉銅槽路徑圖（逆銑）

2.4 控制電鍍銅層厚度均勻性

進(jìn)行電鍍銅層厚度均勻性的研究，使每一個(gè)立體鍍金插頭的四個(gè)面和頂端的鍍層厚度一致，均勻和平整，尺寸變化完全受控。為了保證每一個(gè)鍍金插頭的鍍銅厚度均勻，必須控制鍍銅電流密度在1.3 A/dm2～1.5 A/dm2內(nèi)，夾板方式采用豎夾（我公司用的夾具為夾棍），每飛巴兩邊必須添加不小于150 mm的陪鍍板，消除電鍍邊緣效應(yīng)對(duì)板內(nèi)鍍金插頭部位鍍銅層厚度不均的影響。

2.5 立體鍍金插頭的金層加厚

使用工藝導(dǎo)線法，將立體鍍金插頭的金層加厚，并具有良好的導(dǎo)電性和耐磨性。如果客戶立體鍍金插頭的鍍金層厚度有特殊要求，比如要求金厚度0.1 μm以上，單一采用化學(xué)鍍鎳金的工藝，就會(huì)滿足不了客戶要求。在工藝設(shè)計(jì)時(shí)，就要添加鍍金工藝導(dǎo)線，在表面進(jìn)行化學(xué)鍍鎳金處理后，對(duì)立體鍍金插頭進(jìn)行電鍍金，使其鍍金層厚度滿足客戶要求。為此，在工藝流程上需要適當(dāng)變更，例如增加印可剝膠流程、掩蓋工藝導(dǎo)線等等，電鍍金完成后，再用堿性蝕刻法去除掉工藝導(dǎo)線，完成整個(gè)產(chǎn)品制作過程。

3 總結(jié)

我們研制成功的立體鍍金插頭印制電路板，產(chǎn)品已獲得客戶的認(rèn)可，成品經(jīng)客戶試樣生產(chǎn)，進(jìn)行5項(xiàng)環(huán)境試驗(yàn)，幾個(gè)月的跟車、跟船試驗(yàn)，產(chǎn)品故障率為零。這項(xiàng)技術(shù)研發(fā)的成功，大大提高了鍍金插頭印制電路板的連接可靠性，將我公司的生產(chǎn)技術(shù)水平向前推進(jìn)了一大步。

我們研制的立體鍍金插頭印制電路板，結(jié)構(gòu)新穎，工藝先進(jìn)，已申請(qǐng)了實(shí)用新型專利，并獲得批準(zhǔn)，專利號(hào)為CN 208273348 U。

該立體鍍金插頭印制電路板，經(jīng)過數(shù)輪工藝試驗(yàn)，進(jìn)行小試、中試，不斷改進(jìn)，最終形成批量生產(chǎn)能力。

本項(xiàng)目產(chǎn)品的成功開發(fā)，為提高鍍金插頭印制電路板的連接可靠性打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。客戶將可以更放心地將鍍金插頭印制電路板的設(shè)計(jì)應(yīng)用到更多的產(chǎn)品中。現(xiàn)在，我司已經(jīng)有幾家客戶將這項(xiàng)技術(shù)，運(yùn)用到10多種產(chǎn)品上，創(chuàng)產(chǎn)值數(shù)十萬元，為公司創(chuàng)造了一定的經(jīng)濟(jì)效益。