超厚铜多层PCB制造工艺

1.1 叠层结构

本文主要研究的是一款超厚铜三层板，内层铜厚度为1.0 mm，外层铜厚度为0.3 mm，外层最小线宽线距为0.5 mm，叠层结构如图1所示。其中表面层采用的是FR4覆铜板（玻璃纤维环氧树脂覆铜板），厚度为0.3 mm，单面蚀刻处理，粘接层采用的是非流动性PP片（半固化片），厚度为0.1 mm，超厚铜板内嵌于与FR-4环氧板对应孔结构处，如图2所示。

1.2  工艺流程

超厚铜PCB加工工艺流程如图3所示，主要机加工有表层和中层铣板、厚铜板数铣，经过表面处理后，叠装于整体模具内升温压合，脱模后按照PCB常规工艺流程完成成品制作。

1.3  关键工艺加工方法

1.3.1  超厚铜内层叠合技术

超厚铜内层叠合：超厚铜若采用铜箔将难以达到此厚度，本文超厚铜内层采用1 mm电解铜板，为常规材料易于采购，经铣床直接加工成型；内层中铜板外轮廓采用同等厚度的FR4板（玻璃纤维环氧树脂板）加工成型作为整体填充，为了利于叠压并保证其与铜板周边的配合紧密，如图4结构所示两轮廓的间隙值控制在0~0.2 mm之内。在FR4板的填充作用下，解决了超厚铜板的铜厚问题，并且保证了叠合后压合紧密和内部绝缘问题，使得内层铜厚度的设计可以大于0.5 mm。

1.3.2  超厚铜黑化技术

超厚铜在层压前表面需做黑化处理，铜板黑化可增加铜面与树脂接触表面积，并增加高温流动树脂对铜的润湿性，使树脂深入氧化层空隙，在硬化后展现强劲的附着力，提高了压合效果。同时改善可层压白斑现象与和烘烤试验（287 ℃±6 ℃）后造成的板面泛白、气泡等问题。具体黑化参数如表2所示。

1.3.3  超厚铜PCB层压技术

因内层超厚铜板与周边填充用的FR-4板厚度存在制造误差，厚度不可能完全一致，如果采用常规层压方式压合，容易产生层压白斑、分层等缺陷，压合难度大。为了降低了超厚铜板层的压合难度与保证尺寸精度，经试验验证，用整体式压合模具结构，模具上、下模板采用钢模，硅胶垫作为中间缓冲层，通过设置合适的层压温度、压力、保压时间等工艺参数，达到了层压效果，也解决了超厚铜层压白斑和分层等技术问题，满足超厚铜PCB板的压合要求。

（1）超厚铜PCB层压方式。

超厚铜层压模具内产品的叠放层次如图5所示。由于非流动性PP树脂的流动性低，若使用常规覆形材料牛皮纸，无法使PP片均匀受压，导致压合后出现白斑、分层等缺陷，厚铜板PCB产品在叠压过程中需要使用硅胶垫作为关键缓冲层，其在压合中起到均匀分布压力的作用。另外为解决压合问题，将层压机中的压力参数由2.1 Mpa（22 kg/cm²）调至为2.94 Mpa（30 kg/cm²），并根据PP片的特性将温度调整为最佳融合温度170℃。

（2）超厚铜PCB层压参数如表3所示。

（3）超厚铜PCB层压效果。

依据GJB362B-2009中4.8.5.8.2章节进行试验后，按4.8.2检验PCB时应无超过3.5.1.2.3章节（表面下缺陷）允许的起泡和分层。PCB试样符合3.5.1外观和尺寸要求，并对其进行显微剖切，并按4.8.3进行检验，符合3.5.2规定的要求。切片效果如图6所示。从层压切片状况来看，线路填充饱满，无微缝气泡。

1.3.4  超厚铜PCB流胶控制技术

与一般PCB加工不同，其外形和器件连接孔在叠压前就已经完成，如果流胶严重会影响连接处的圆度和尺寸，外观和使用无法达到要求；此次工艺开发中也试验过先压合后铣外形的工艺路线，但对后期的外形铣要求控制严格，尤其是加工内层厚铜连接部位，其深度精度控制非常严，合格率极低。

选择合适的粘接材料、设计合理的器件结构，是研究的难点之一。为解决层压后普通半固化片导致的溢胶外观问题，采用流动性低的半固化片（生益：SP120N），该粘接材料具有树脂流动度低、柔韧，耐热性和电性能优异等特点，并根据溢胶特性，对特定位置的半固化片轮廓进行放量，利用切绘的方式加工特定形状轮廓。同时实现了先成型后压合的工艺过程，压合后外形即成型，无需再次数控铣外形加工。使得PCB在压合后流胶现象得到了解决，保证了超厚铜板层压后连接面无流胶且压合紧密。

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