雙面PCB是指兩面都有導(dǎo)電圖形的印制板,它通常采用環(huán)氧玻璃布覆銅箔板制造,主要用在性能要求較高的通信電子設(shè)備、高級(jí)儀器儀表及電子計(jì)算機(jī)等設(shè)備中。
1.數(shù)控鉆孔
由于SMT(表面組裝技術(shù))的發(fā)展,印制板上的鍍覆孔不再插裝電子元器件,僅作導(dǎo)通用。而為了提高組裝密度,孔變得越來(lái)越小,故加工時(shí)常采用新一代的可以鉆微小孔徑的數(shù)控鉆床。這種數(shù)控鉆床的鉆速為110 000~150 000r/min,可鉆直徑為0.1~0.5mm 的孔。鉆頭斷了會(huì)自動(dòng)停機(jī)并報(bào)警,自動(dòng)更換鉆頭和測(cè)量鉆頭直徑,自動(dòng)控制鉆頭與蓋板間恒定的距離和鉆孔深度,因而不但可以鉆通孔,也可鉆盲孔。
2.鍍覆孔工藝
鍍覆孔(PTH),習(xí)慣上也稱(chēng)為金屬化孔。它是將整個(gè)孔壁鍍覆金屬,使雙面印制板的兩面或多層印制板的內(nèi)外層間的導(dǎo)電圖形實(shí)現(xiàn)電氣連通。金屬化孔是雙面板及多層板生產(chǎn)過(guò)程中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié),它關(guān)系到多層板內(nèi)在質(zhì)量的好壞。鍍覆孔工藝傳統(tǒng)上采用化學(xué)鍍銅使孔壁沉積一薄層銅,再電鍍銅加厚到規(guī)定的厚度?,F(xiàn)在已研究出一些新的鍍覆孔工藝,如不用化學(xué)鍍銅的直接電鍍工藝等。
3.成像
絲網(wǎng)印刷法成像也可用于制作雙面板,它成本低,適合于大批量生產(chǎn),但難于制作0.2mm以下的精細(xì)導(dǎo)線(xiàn)和細(xì)間距的雙面板。除了使用網(wǎng)印法外,在20 世紀(jì)五六十年代廣泛使用的是聚乙烯醇/重鉻酸鹽型液體光致抗蝕劑。1968 年美國(guó)杜邦公司推出干膜光致抗蝕劑(簡(jiǎn)稱(chēng)干膜)后,在七八十年代,干膜成像工藝就成為雙面板成像的主導(dǎo)工藝。近年來(lái),由于新型液態(tài)光致抗蝕劑的發(fā)展,它比干膜的分辨率高,且液態(tài)光致抗蝕劑的涂覆設(shè)備已能實(shí)現(xiàn)連續(xù)大規(guī)模生產(chǎn),成本又較干膜便宜,因此液態(tài)光致抗蝕劑又有重新大量使用的趨勢(shì)。
干膜成像的工藝流程包括:貼膜前處理→貼膜→曝光→顯影→修板→蝕刻或電鍍→去膜。
處理前用磨料尼龍輥刷板機(jī)或浮石粉刷板機(jī)進(jìn)行刷板,經(jīng)前處理的板材用貼膜機(jī)進(jìn)行雙面連續(xù)貼膜。貼膜的主要工藝參數(shù)為:溫度、壓力和速度。
經(jīng)電鍍或蝕刻后,干膜需除去。去膜一般使用4%~5%氫氧化鈉溶液,在40~60℃溫度下在噴淋式去膜機(jī)中進(jìn)行。去膜后用水徹底清洗再進(jìn)入下道工序。
4.電鍍錫鉛合金
用圖形電鍍蝕刻法生產(chǎn)雙面板時(shí),電鍍錫鉛合金有兩個(gè)作用:一是作為蝕刻時(shí)的抗蝕保護(hù)層;二是作為成品板的可焊性鍍層。作為可焊性鍍層對(duì)鍍層中錫鉛比例以及合金的組織結(jié)構(gòu)狀態(tài)都有要求。但在SMOBC 工藝中,錫鉛電鍍層僅作為蝕刻保護(hù)層。在這種情況下,對(duì)錫鉛比例的要求是不高的,所以錫含量在 58%~68%的范圍內(nèi)都可以滿(mǎn)足要求。電鍍錫鉛合金必須嚴(yán)格控制鍍液和工藝條件,錫鉛合金鍍層厚度在板面上應(yīng)在8μm 以上,孔壁不小于2.5μm。
5.蝕刻
在用錫鉛合金作抗蝕層的圖形電鍍蝕刻法制造雙面板時(shí),不能使用酸性氯化銅蝕刻液,也不能使用三氯化鐵蝕刻液,因?yàn)樗鼈円哺g錫鉛合金??梢允褂玫奈g刻液有堿性氯化銅蝕刻液、硫酸雙氧水蝕刻液、過(guò)硫酸銨蝕刻液等。其中使用最多的是堿性氯化銅蝕刻液。
在蝕刻工藝中,影響蝕刻質(zhì)量的是“側(cè)蝕”和鍍層增寬現(xiàn)象。
① 側(cè)蝕。側(cè)蝕是因蝕刻而產(chǎn)生的導(dǎo)線(xiàn)邊緣凹進(jìn)或挖空現(xiàn)象,側(cè)蝕程度和蝕刻液、設(shè)備和工藝條件有關(guān),側(cè)蝕越小越好。采用薄銅箔可減小側(cè)蝕值,有利于制造精細(xì)導(dǎo)線(xiàn)圖形。
② 鍍層增寬。鍍層增寬是由于電鍍加厚使導(dǎo)線(xiàn)一側(cè)寬度超過(guò)生產(chǎn)底版寬度的值。由于側(cè)蝕和鍍層增寬,使導(dǎo)線(xiàn)圖形產(chǎn)生鍍層突沿,如圖1-2-14 所示。鍍層突沿量是鍍層增寬和側(cè)蝕之和,它不僅影響圖形精度,而且極易斷裂和掉落,造成電路短路。鍍層突沿可以經(jīng)熱熔后消除。
蝕刻系數(shù)是蝕刻深度(導(dǎo)線(xiàn)厚度)與側(cè)蝕量的比值。在制造細(xì)導(dǎo)線(xiàn)時(shí),采用垂直噴射蝕刻方式,或添加側(cè)向保護(hù)劑可提高蝕刻系數(shù)。
6.鍍金
金鍍層有優(yōu)良的導(dǎo)電性,接觸電阻小且穩(wěn)定,耐磨性?xún)?yōu)良,是印制板插頭的最佳鍍層材料。它還有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性和可焊性,在表面組裝印制板上,也用作抗蝕、可焊和保護(hù)鍍層。由于金價(jià)格很貴,一般為節(jié)約成本,盡量鍍得較薄,特別是全板鍍金印制板,一般都采用閃鍍金或化學(xué)鍍金,俗稱(chēng)鍍“水金”,其厚度不到0.1μm,只有0.05~0.1μm 左右。但插頭部分的金鍍層需較厚,按照不同的要求,厚度規(guī)定為0.5~2.5μm。如果銅上直接鍍金,則由于金鍍層薄,鍍層有較多的針孔,在長(zhǎng)期使用或存放過(guò)程中,通過(guò)針孔銅會(huì)被銹蝕;此外銅和金之間擴(kuò)散生成金屬化合物后容易使焊點(diǎn)變脆,造成焊接不可靠。因此鍍金前均需用鍍鎳層打底。鍍鎳層厚度一般控制在 5~7μm。插頭鍍鎳鍍金的工藝過(guò)程為:貼保護(hù)膠帶→退錫鉛→水洗→微蝕或刷洗→水洗→活化→水洗→鍍鎳→水洗→活化→水洗→鍍金→水洗→干燥→去膠帶→檢驗(yàn)。
7.熱熔和熱風(fēng)整平
(1)熱熔
印制板的熱熔過(guò)程為:把鍍覆錫鉛合金的印制板,加熱到錫鉛合金的熔點(diǎn)溫度以上,使錫鉛和基體金屬銅形成金屬化合物,同時(shí)使錫鉛鍍層變得致密、光亮、無(wú)針孔,并提高了鍍層的抗腐蝕性和可焊性。熱熔常用的是甘油熱熔和紅外熱熔。
(2)熱風(fēng)整平
熱風(fēng)整平也稱(chēng)噴錫,是SMOBC 工藝的主要工序。其過(guò)程為:已涂覆阻焊劑的印制板經(jīng)過(guò)熱風(fēng)整平助熔劑后,再浸入熔融的焊料槽中,然后從兩個(gè)風(fēng)刀間通過(guò),風(fēng)刀間的熱壓縮空氣把印制板板面和孔內(nèi)的多余焊料吹掉,得到一個(gè)光亮、均勻、平滑的焊料涂覆層。熱風(fēng)整平的典型工藝流程為:
裸銅板→鍍金插頭貼保護(hù)膠帶→前處理→涂覆助熔劑→熱風(fēng)整平→清洗→去膠帶→檢驗(yàn)。
前處理包括去油、清洗、弱蝕、水洗和干燥等步驟,以得到一個(gè)無(wú)油污、無(wú)氧化層、潔凈而微粗化的表面。
(3)熱風(fēng)整平的主要工藝參數(shù)
熱風(fēng)整平的主要工藝參數(shù)有焊料溫度、浸焊時(shí)間、風(fēng)刀和印制板的夾角、風(fēng)刀的間隙、熱空氣的溫度、壓力和流速、預(yù)熱時(shí)間和溫度、印制板提升速度等。其焊料槽溫度一般控制在230~235℃,風(fēng)刀溫度控制在176℃以上,浸焊時(shí)間控制在5~8s,涂覆層厚度控制在6~10μm。
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