一种台阶板加工方法研究

焦云峰（ 深南电路股份有限公司，广东 深圳 518053）

一种台阶板加工方法研究

Paper Code: S-094

焦云峰
（ 深南电路股份有限公司，广东 深圳 518053）

近年来，随着PCB的迅猛发展，PCB的设计也日新月异。对于台阶板的制作，目前业内主要是采用先内层开槽，压合前填充缓冲材料，压合后控深开盖取出缓冲材料的工艺生产。文章介绍了一种台阶板加工的新方法，该方法可以弥补常规方法无法实现的效果，满足有特殊要求的板件制作。

激光成型；台阶板；流胶

1 前言

随着电子产品技术发展和多功能化的要求，为了提高产品性能、产品组装密度、减小体积和重量，PCB的设计也日新月异。为了加大散热面积和加强表面元器件的安全性，为了满足通讯产品高速、高信息量的需求，需要设计凹陷区域固定及焊接元器件，通常情况下台阶槽底部要求为刚好是某一层次图形，采用机械控深铣的方法无法满足深度要求。

2 激光成型介绍

激光成型是应用最广泛的一种激光加工技术，其原理是经过激光经过聚合照射到材料上，使材料温度急剧升高至融化或汽化，随着激光与被切割材料的相对运动，在切割材料上形成切缝从而达到切割的目的。其运用的是激光消融的原理，而激光消融在本质上是光的热效应或光的化学效应。

2.1 激光成型与传统机械铣加工的优势

（1）没有切削应力。由于激光成型采用非接触式材料的加工方法，因此没有切削应力。

（2）对于薄板和软板来说，可以避免板件变形带来的形状偏差及精度偏差。

（3）加工精度更高。由于没有切削应力的存在，因此可以获得更高的加工精度，理论加工精度可达±1 mil。

（4）切口更窄。激光光斑直径比铣刀直径要小得多，因此切口更窄，适合加工微型板件。

（5）深度控制。由于激光采用非接触式材料的加工方法，切削深度可以通过切割速度、脉冲频率、切割次数等参数控制，因此调整这些参数可以实现深度的精确控制。

2.2 两种激光成型方式对比

目前业内激光成型共有两种方式，分别为CO2激光成型和UV激光成型。两者不同点主要有以下三点：

（1）消融原理不同。CO2激光成型利用的是光的热效应消融，UV激光成型利用的是光的化学效应消融。

各种材料对UV及CO2激光的吸收能力不同。UV光可被树脂及各种金属材料吸收，但CO2光除树脂外对其它金属材料吸收不明显，见图1。

（2）焦深比不同。见图2所示。

（3）UV及CO2激光加工效果对比。

（4）UV及CO2激光对比汇总。

图1 各种材料对UV及CO2激光的吸收能力对比

图2 UV及CO2激光焦深比对比

3 常规台阶板加工工艺及局限性

常规台阶板加工工艺一般采用内层芯板及PP开槽，压合前槽内塞垫片的工艺制作，具体流程如下：

图3 常规台阶板工艺流程

表1 UV激光与CO2激光对比

根据以上工艺流程特点，可以看出，此工艺具有一定程度的局限性：

（1）对于小台阶板件，由于垫片过小，采用手工放置的方法无法实现。

（2）对于台阶槽下方有金属化孔的板件，外层电镀时电镀药水会将台阶槽底部图形污染。

（3）对于金属化孔距台阶槽较近的板件，很容易因钻孔破盘导致电镀药水流入台阶槽空腔区域。

（4）需要使用不流胶或低流胶PP，采用高流胶PP时仍有流胶风险。

（5）垫片容易在运输及压合过程中跑位造成板件报废。

（6）工艺流程复杂，需要手工操作。

4 激光成型在台阶板加工中的应用

针对以上台阶板采用塞垫片工艺的局限性，笔者研究了使用激光加工露出线路层的方法制作台阶槽，通过近两年来的不断研究及改进，目前此方法已颇具雏形，具体工艺流程如下：

内层各层次正常加工——层压——钻孔——电镀——制作线路图形——控深铣槽开盖——激光控深加工——等离子去钻污及活化——喷砂（酸洗）——表面涂覆——

由于CO2激光具有能量大，热影响范围广，切割效率高且不易伤铜面的优点，因此本文主要介绍采用CO2激光成型制作台阶的方法。

本加工方案制作难点及控制要点：

（1）控深铣槽开盖：此处需控制残留基材厚度≤0.10 mm。残留基材过厚会导致后续激光加工效率低下，且残留胶渣过厚去钻污无法去除；残留基材过薄容易切伤槽底线路层造成报废。针对此加工难点，业内目前有两种铣床可满足此要求，一是导电式控深铣床，另一类是探点式控深铣床，原理分别如下：

此类铣床通过铣刀与板面的铜层形成的一个闭合回路来测量和控制主轴的下降高度，从而实现深度控制铣板。板面铜层可以是表层也可以是特定层（比如台阶槽底线路层），当表层与阶梯层相连时，可以采用预铣开窗的方式将表层铜与阶梯层断开。此种导电式控制深度铣板精度可以控制在±0.05 mm。

此类铣床在加工前，首先会对铣床台面（纸垫板）在将来加工区域探点测量Z向高度，然后将数据自动保存至电脑，后续控深加工时将对应位置数据调出，通过与板厚数据换算，即可得出每点的控深数据，最终确保余厚相对均匀。

（2）激光控深加工：此处激光能量的选用非常重要，能量过大或切割次数过多会导致切伤槽底图形及基材；能量不足或切割次数过少会导致槽底余胶未被燃烧干净。

实际加工时，对于台阶槽底部图形为铜皮的板件，操作及控制较为简单，整个槽面全部加工即可。但对于台阶槽底部有线路的板件，若整面加工，则会对无铜区域产生过切；但若只烧线路区域，无铜区与线路落差过高又会导致客户无法焊接。对于此类板件，可采用方法：①先采用激光控深烧面，控制激光能量以即将露出线条铜面为准；②对线条区域单独采用激光烧加工，控制激光能量以即将露出黑色的线条铜面为准。

（3）等离子去钻污：等离子是一种电中性、物理与化学活性气体的混合物，包括离子、原子团及反应的产物。这些活性气体能够进行多种表面处理，包括表面活化、钻污的去除等。等离子体工艺的类型由PCB材料种类和后续工艺要求决定，且受等离子体的条件控制。典型的等离子设备由四个主要组成部分：真空室、电极、真空泵和射频（RF）电源。PCB应用时，PCB板置于真空室内，被悬挂在两电极之间。真空泵系统，如旋转叶轮泵，双转子真空泵，被用来保持等离子体处理时的压力。气源以特定的流量比率，通过多个流量控制器引入。一旦达到期望的处理压力，RF电源用来向电极供电，从而激发等离子体加工。等离子体活性气体是由物理和化学两种工艺，通过离子轰击和各自的化学反应形成的原子团/副产物。试样表面能发生的不同反应，取决于气体或混合气体性质和组成。此工艺常被用来去除钻孔钻污、去除激光残留碳及对基材表面活化等。

本文重点介绍去除激光残留碳的过程，其可分3个部分：

①加热。为了使PCB板得到充分的化学反应，板子必须加热到80 ℃ ～ 100 ℃，用流量为（2～3）L/min的O2和N2混合物，以一种高射频电源快速加热板子。

②去除树脂。CF4和O2混合产生化学等离子体，去除凸出部分的树脂。处理时间一般为15～25 min。

③去除碳渣。Ar同少量百分比的O2能去除掉碳和任何留下的树脂。处理时间一般为10～20 min。

等离子体工艺的加工效果与电源、气体流量、压力、处理时间和板表面积有关。

④可靠性测试

5 总结

随着PCB设计类型日益增多，各种要求也越来越高，而激光成型作为一种新兴的加工方式，具有比传统机械加工无可比拟的优越性。本文介绍的采用控深铣槽开盖——激光控深加工——去除胶渣及氧化的三步走的方法适用面非常广， 在不考虑生产效率的前提下，理论上可以解决所有侧壁非金属化台阶板的加工问题，尤其是对于小台阶及无法使用低流胶PP的板件特别适用。当然，采用UV激光及KMnO4去钻污的方式也能达到类似的效果，本文不再赘述。

[1]罗龙. 一种特殊阶梯板制作工艺技术的开发[C]. 2011秋季国际PCB技术/信息论坛.

[2]焦云峰. 激光成型技术在台阶板加工中的应用研究[C]. 2012春季国际PCB技术/信息论坛.

[3]冶忠领. 激光分板应用介绍. 乐普科光电有限公司.

A research on the process technology of step boards

JIAO Yun-feng

In recent years, the PCB design is also changing accordingly with the rapid development of PCB. For the step boards, the production technology in the PCB industry is cutting the slot and filling the buffer material before the lamination after lamination using the control depth routing to remove the buffer material. This thesis introduces a new method which was applied in the manufacturing of the depth boards. This method can be served as remedy for the normal manufacturing process and also satisfy the manufacturing of the special boards.

Laser Shape; Step Boards; Resin Flow

TN41

A

：1009-0096（2015）03-0077-04