雙面PCB是指兩面都有導電圖形的印制板,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備、高級儀器儀表及電子計算機等設備中。
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,僅作導通用。而為了提高組裝密度,孔變得越來越小,故加工時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。鉆頭斷了會自動停機并報警,自動更換鉆頭和測量鉆頭直徑,自動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),習慣上也稱為金屬化孔。它是將整個孔壁鍍覆金屬,使雙面印制板的兩面或多層印制板的內(nèi)外層間的導電圖形實現(xiàn)電氣連通。金屬化孔是雙面板及多層板生產(chǎn)過程中最關鍵的環(huán)節(jié),它關系到多層板內(nèi)在質(zhì)量的好壞。鍍覆孔工藝傳統(tǒng)上采用化學鍍銅使孔壁沉積一薄層銅,再電鍍銅加厚到規(guī)定的厚度。現(xiàn)在已研究出一些新的鍍覆孔工藝,如不用化學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以下的精細導線和細間距的雙面板。除了使用網(wǎng)印法外,在20 世紀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 年美國杜邦公司推出干膜光致抗蝕劑(簡稱干膜)后,在七八十年代,干膜成像工藝就成為雙面板成像的主導工藝。近年來,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備已能實現(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。
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或浮石粉刷板機進行刷板,經(jīng)前處理的板材用貼膜機進行雙面連續(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中進行。去膜后用水徹底清洗再進入下道工序。
4.電鍍錫鉛合金
用圖形電鍍蝕刻法生產(chǎn)雙面板時,電鍍錫鉛合金有兩個作用:一是作為蝕刻時的抗蝕保護層;二是作為成品板的可焊性鍍層。作為可焊性鍍層對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層。在這種情況下,對錫鉛比例的要求是不高的,所以錫含量在 58%~68%的范圍內(nèi)都可以滿足要求。電鍍錫鉛合金必須嚴格控制鍍液和工藝條件,錫鉛合金鍍層厚度在板面上應在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,不能使用酸性氯化銅蝕刻液,也不能使用三氯化鐵蝕刻液,因為它們也腐蝕錫鉛合金??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)生的導線邊緣凹進或挖空現(xiàn)象,側(cè)蝕程度和蝕刻液、設備和工藝條件有關,側(cè)蝕越小越好。采用薄銅箔可減小側(cè)蝕值,有利于制造精細導線圖形。
② 鍍層增寬。鍍層增寬是由于電鍍加厚使導線一側(cè)寬度超過生產(chǎn)底版寬度的值。由于側(cè)蝕和鍍層增寬,使導線圖形產(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(導線厚度)與側(cè)蝕量的比值。在制造細導線時,采用垂直噴射蝕刻方式,或添加側(cè)向保護劑可提高蝕刻系數(shù)。
6.鍍金
金鍍層有優(yōu)良的導電性,接觸電阻小且穩(wěn)定,耐磨性優(yōu)良,是印制板插頭的最佳鍍層材料。它還有優(yōu)良的化學穩(wěn)定性和可焊性,在表面組裝印制板上,也用作抗蝕、可焊和保護鍍層。由于金價格很貴,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鍍金,俗稱鍍“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,在長期使用或存放過程中,通過針孔銅會被銹蝕;此外銅和金之間擴散生成金屬化合物后容易使焊點變脆,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程為:貼保護膠帶→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。
7.熱熔和熱風整平
(1)熱熔
印制板的熱熔過程為:把鍍覆錫鉛合金的印制板,加熱到錫鉛合金的熔點溫度以上,使錫鉛和基體金屬銅形成金屬化合物,同時使錫鉛鍍層變得致密、光亮、無針孔,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)熱風整平
熱風整平也稱噴錫,是SMOBC 工藝的主要工序。其過程為:已涂覆阻焊劑的印制板經(jīng)過熱風整平助熔劑后,再浸入熔融的焊料槽中,然后從兩個風刀間通過,風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,得到一個光亮、均勻、平滑的焊料涂覆層。熱風整平的典型工藝流程為:
裸銅板→鍍金插頭貼保護膠帶→前處理→涂覆助熔劑→熱風整平→清洗→去膠帶→檢驗。
前處理包括去油、清洗、弱蝕、水洗和干燥等步驟,以得到一個無油污、無氧化層、潔凈而微粗化的表面。
(3)熱風整平的主要工藝參數(shù)
熱風整平的主要工藝參數(shù)有焊料溫度、浸焊時間、風刀和印制板的夾角、風刀的間隙、熱空氣的溫度、壓力和流速、預熱時間和溫度、印制板提升速度等。其焊料槽溫度一般控制在230~235℃,風刀溫度控制在176℃以上,浸焊時間控制在5~8s,涂覆層厚度控制在6~10μm。
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