PCB双面板的制造工艺-从基材到成型的流程解析
PCB 双面板的制造工艺虽比多层板简单,但需严格控制每一步的精度 —— 沉铜不足会导致过孔导通不良,蚀刻不均会造成线路断线,阻焊层脱落会影响绝缘性能。其核心流程包括 “基材准备→覆铜→钻孔→沉铜→图形转移→蚀刻→阻焊层制作→表面处理→成型→测试”,每个环节都有明确的工艺参数与质量标准。
一、基材准备:奠定双面板的 “基础框架”
基材是双面板的绝缘载体,需选择适配的材质与规格,核心步骤包括:
基材选型:双面板常用 FR-4 基材(环氧树脂玻璃布基板),根据应用场景选择不同参数:普通消费电子用 Tg=130℃的 FR-4(如生益 S1141),工业 / 汽车电子用 Tg=170℃的高 Tg FR-4(如 Isola 370HR),耐温要求高的场景(如 LED 驱动)用 Tg=180℃的 FR-4。基材厚度根据 PCB 需求确定,常用 1.6mm(家电控制板)、1.0mm(小型模块)、0.8mm(可穿戴设备),厚度公差 ±0.1mm,确保后续加工精度。
基材切割:根据 PCB 设计尺寸(如 10cm×15cm)切割基材,采用数控铣刀切割(精度 ±0.1mm),避免普通剪切工具导致的边缘毛刺(毛刺≤0.05mm)。切割后的基材需进行 “去毛边” 处理(用砂纸或去毛刺机),防止后续覆铜时铜箔与基材结合不良。某厂商切割基材时毛刺达 0.1mm,导致覆铜后边缘起泡率 5%;去毛边后,起泡率降至 0.1%。
清洁干燥:切割后的基材用异丙醇(IPA)擦拭表面,去除油污、灰尘,再放入烘箱(温度 80-100℃,时间 30-60 分钟)干燥,确保含水量≤0.1%,避免后续沉铜时出现气泡。
二、覆铜与钻孔:构建线路与过孔的 “基础结构”
覆铜是形成线路的前提,钻孔是实现两面导通的关键,核心工艺包括:
覆铜:在基材两侧压制铜箔,铜箔厚度常用 1oz(0.035mm),承载电流 1-2A;工业场景可用 2oz(0.07mm)铜箔,承载电流 2-3A。覆铜工艺采用 “热压法”,温度 180-200℃,压力 20-30kg/cm²,时间 30-60 分钟,确保铜箔与基材结合紧密(剥离强度≥0.7N/mm,按 IPC-TM-650 2.4.9 标准)。某厂商覆铜时温度不足 170℃,铜箔剥离强度仅 0.5N/mm;升温至 190℃后,强度达 0.8N/mm,满足要求。
钻孔:采用数控钻床在基材上钻过孔,钻孔精度 ±0.05mm,孔径根据设计要求确定(常规 0.3-0.5mm)。钻孔时需控制转速(30000-50000rpm)与进给速度(50-100mm/min),避免基材分层或孔壁粗糙(粗糙度 Ra≤1.5μm)。钻孔后需进行 “去钻污” 处理(用碱性高锰酸钾溶液,浓度 60-80g/L,温度 70-80℃,时间 5-10 分钟),去除孔壁的树脂残渣,确保后续沉铜时铜层与孔壁结合紧密。某厂商钻孔后未去钻污,沉铜后过孔导通电阻达 200mΩ;去钻污后,电阻降至 50mΩ 以下。
三、沉铜与图形转移:形成导电线路的 “核心步骤”
沉铜是实现过孔导通的关键,图形转移是定义线路形状的核心,工艺要求包括:
沉铜:在基材两面与过孔内壁沉积铜层,形成导电通路。沉铜分为 “化学沉铜” 与 “电解沉铜” 两步:
化学沉铜:在孔壁沉积薄铜层(厚度 0.5-1μm),作为导电基底,镀液温度 40-50℃,时间 15-20 分钟,确保孔壁无漏镀;
电解沉铜:增厚铜层至 20-30μm(满足导通要求),电流密度 1-2A/dm²,温度 25-30℃,时间 30-60 分钟,铜层均匀性偏差≤10%。
沉铜后需测试过孔导通电阻(<50mΩ)与绝缘电阻(≥10¹²Ω),避免导通不良或漏电。某厂商沉铜厚度仅 15μm,过孔导通电阻达 80mΩ;调整厚度至 25μm 后,电阻降至 40mΩ。
图形转移:将设计好的线路图案转移到覆铜基材上,步骤包括:
涂胶:在铜箔表面涂覆感光胶(厚度 10-20μm),均匀性偏差≤10%;
曝光:用线路胶片(含设计图案)覆盖感光胶,通过紫外线曝光(波长 365nm,能量 50-100mJ/cm²),使曝光区域感光胶固化;
显影:用显影液(如碳酸钠溶液,浓度 10-15g/L)冲洗,去除未曝光的感光胶,露出需蚀刻的铜箔;
检查:用放大镜(20 倍)检查显影效果,确保线路边缘清晰,无感光胶残留。
某厂商显影时浓度不足 10g/L,残留感光胶导致蚀刻不彻底,线路边缘毛糙;调整浓度至 12g/L 后,线路边缘粗糙度≤0.05mm。
四、蚀刻与阻焊层制作:形成线路与绝缘保护
蚀刻是去除多余铜箔的环节,阻焊层是保护线路的关键,工艺要求包括:
蚀刻:用化学溶液(如氯化铁溶液,浓度 38-42Be')去除未被感光胶覆盖的铜箔,保留线路部分。蚀刻温度 30-40℃,时间 5-10 分钟,蚀刻速率 1-2μm/min,确保线路无过蚀刻(线路宽度偏差≤0.05mm)或欠蚀刻(残留铜箔)。蚀刻后用清水冲洗,去除蚀刻液残留,避免线路腐蚀。某厂商蚀刻时间过长(12 分钟),线路宽度从 0.2mm 缩至 0.12mm,超出公差;调整时间至 8 分钟后,宽度偏差≤0.03mm。
阻焊层制作:在蚀刻后的线路表面涂覆阻焊油墨(绿色为主,也有黑色、蓝色),形成绝缘保护,步骤包括:
丝印:用丝网印刷机将阻焊油墨涂覆在 PCB 表面,厚度 15-25μm,均匀性偏差≤20%;
预烤:在 70-80℃下烘烤 30-60 分钟,使油墨初步固化;
曝光:用阻焊胶片(露出焊盘区域)覆盖,紫外线曝光(能量 80-120mJ/cm²),固化焊盘外的油墨;
显影:用显影液去除未曝光的油墨,露出焊盘;
固化:在 150-160℃下烘烤 60-90 分钟,使油墨完全固化,附着力≥5N/cm(IPC-TM-650 2.4.10)。
阻焊层需覆盖除焊盘外的所有线路,避免线路氧化或短路。某厂商阻焊层厚度仅 10μm,附着力 3N/cm,使用中出现脱落;调整厚度至 20μm,固化温度 155℃,附着力达 6N/cm,满足要求。
五、表面处理、成型与测试:完成双面板制造
表面处理提升焊盘可靠性,成型是按设计尺寸切割,测试确保性能合格,工艺包括:
表面处理:双面板常用的表面处理方式有:
喷锡(HASL):成本低,焊锡厚度 5-10μm,适合批量生产(如家电控制板),但表面平整度差(不适合 0402 以下元件);
沉金:金层厚度 1-3μm,镍层厚度 10-15μm,表面平整,耐腐蚀性好(适合工业 / 汽车电子),成本比喷锡高 30%;
OSP(有机保焊剂):成本低,厚度 0.5-1μm,适合短期焊接(3 个月内),耐腐蚀性差。
某家电厂商采用喷锡处理,焊盘上锡率 98%;某工业厂商采用沉金处理,耐盐雾测试(96 小时)无腐蚀。
成型:用数控冲床或铣刀将 PCB 按设计尺寸切割(如 10cm×15cm),边缘毛刺≤0.05mm,尺寸公差 ±0.1mm。若需分板(如拼板),采用 V-CUT 或邮票孔方式,确保分板后板边平整。
测试:包括 “导通测试”(所有线路导通,无开路 / 短路)、“绝缘测试”(线路间绝缘电阻≥10¹²Ω)、“外观检查”(无线路断线、阻焊层脱落),测试合格率≥98%。某厂商双面板导通测试合格率 95%,排查为过孔沉铜不良;优化沉铜参数后,合格率提升至 99%。
PCB 双面板的制造需严格控制每一步工艺参数,尤其是沉铜、蚀刻、阻焊层等关键环节。只有确保每个环节的质量,才能生产出导通可靠、绝缘良好、满足应用需求的双面板。
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