立体镀金插头印制电路板的研制

杨存杰

（苏杭电子有限公司，江苏 昆山 320583）

我公司有一个客户生产用车载设备，其系统中有几块印制电路板（PCB）与系统的连接采用板边插头的方式相连接。由于设备装载在车上、船上，长年处于野外作业环境，使用环境恶劣，受温、湿度变化很大，不断受到振动、冲击等机械外力的作用，采用常规的镀金插头连接方式，镀金插头插座中的弹簧片会产生疲劳变形，弹簧片与镀金插头的接触压力不够，出现松动，会偶发镀金插头部位连接不良、通讯信号中断的故障。图1为常规的板边镀金插头PCB实样。

图1 常规板边镀金插头PCB实样例

为了解决产品连接可靠性问题，客户要求我公司研制一种新型的印制电路板产品，解决镀金插头部位连接不良问题。我们与客户一起商讨，提出研制一种新型立体镀金插头印制电路板，与客户的长方形立体插座进行配套，可以解决镀金插头部位连接不良的问题，确保产品的可靠性，做到设备连接零故障。图2为一款立体镀金插头印制电路板成品图片。

图2 立体镀金插头印制电路板

1 产品制作工艺流程

该立体镀金插头印制电路板的技术特点是立体镀金插头，难点在于插头是镂空的，每一个插头的四个面及其顶端面，均包裹金属铜并镀上镀金层，使镀金插头的尺寸与相配合的插座的尺寸呈过渡配合状态，保证不管在什么振动状态下，立体镀金插头与插座均能很好的配合，接触良好，故障为零，满足国防军用产品的特殊需求。图3为立体镀金插头印制电路板示意图。

图3 立体镀金插头印制电路板各部分结构示意图

该立体镀金插头印制电路板产品，使用原来生产线的设备进行生产。工艺流程以常规多层板生产流程为基础，根据该板子的结构特点，最终形成的工艺生产流程（见图4）。

图4 立体镀金插头PCB工艺流程

2 关键工艺技术

该立体镀金插头印制电路板产品，有几个比较特别的工序有别于常规工艺流程，需要进行重点管控，分述如下。

2.1 立体镀金插头的四个面及顶部绝缘层沉积上导电铜层

研究通过何种方法使印制电路板的立体镀金插头部分的四个面及顶部绝缘层沉积上导电铜层，使导电铜层与绝缘基材融为一起，连接可靠。为实现这个目的，我们采用铣沉铜槽的方式，将一个一个镀金插头分割开来，暴露出镀金插头侧面的绝缘基材，使其在后续化学沉铜时沉积上铜层，变成完全被铜层包裹的镀金插头。

2.2 镀金插头分割开来形成独立的镀金插头网络

通过化学沉铜后，所有的立体镀金插头的导电铜层是互相相连的，因此必须要研究用何种加工方法将一个一个镀金插头分割开来，形成一个一个独立的镀金插头网络，实现电路设计要求的功能，而且在镀金插头上不残留金属毛刺。为了达到这个目的，我们采用了在图形电镀后，碱性蚀刻之前，增加了一道铣半孔的流程，将板侧面镀金插头与镀金插头之间相连的铜层去除，达到将所有镀金插头分割开来的目的。

2.3 控制立体镀金插头尺寸的精度

研究如何控制立体镀金插头尺寸的精度，保证插头与插座能够可靠配合。通过工艺试验，找出影响立体镀金插头尺寸的因素，在铣沉铜槽时，进行尺寸预补偿，使最终完成的镀金插头尺寸控制在要求范围内，保证镀金插头与立体插座之间呈过渡配合状态。

为了保证镀金插头的尺寸精度，我们做了多组工艺试验，对镀金插头的宽度进行补偿，按照客户要求的镀金插头成品宽度尺寸要求，缩小0.06 mm，编制铣沉铜槽程序，以保证制成品的立体镀金插头与插座之间达到过渡配合的要求。

为了保证镀金插头边缘光滑平整，不可用常规加工内槽的加工方式编程。一般铣床加工内槽时，采用顺铣的方式加工，当加工到下图中镀金插头上侧面（或左侧面）时，由于镀金插头毛坯尺寸较小，呈悬臂状态，强度不够大，会产生晃动或变形，使其侧面不光滑或者尺寸偏差。因此要采用逆铣的方式编程，消除要保留的镀金插头在加工时呈悬臂状态的问题，使加工出的镀金插头侧面光滑平整。铣沉铜槽的加工路径图（见图5）。

图5 铣沉铜槽路径图（逆铣）

2.4 控制电镀铜层厚度均匀性

进行电镀铜层厚度均匀性的研究，使每一个立体镀金插头的四个面和顶端的镀层厚度一致，均匀和平整，尺寸变化完全受控。为了保证每一个镀金插头的镀铜厚度均匀，必须控制镀铜电流密度在1.3 A/dm2～1.5 A/dm2内，夹板方式采用竖夹（我公司用的夹具为夹棍），每飞巴两边必须添加不小于150 mm的陪镀板，消除电镀边缘效应对板内镀金插头部位镀铜层厚度不均的影响。

2.5 立体镀金插头的金层加厚

使用工艺导线法，将立体镀金插头的金层加厚，并具有良好的导电性和耐磨性。如果客户立体镀金插头的镀金层厚度有特殊要求，比如要求金厚度0.1 μm以上，单一采用化学镀镍金的工艺，就会满足不了客户要求。在工艺设计时，就要添加镀金工艺导线，在表面进行化学镀镍金处理后，对立体镀金插头进行电镀金，使其镀金层厚度满足客户要求。为此，在工艺流程上需要适当变更，例如增加印可剥胶流程、掩盖工艺导线等等，电镀金完成后，再用碱性蚀刻法去除掉工艺导线，完成整个产品制作过程。

3 总结

我们研制成功的立体镀金插头印制电路板，产品已获得客户的认可，成品经客户试样生产，进行5项环境试验，几个月的跟车、跟船试验，产品故障率为零。这项技术研发的成功，大大提高了镀金插头印制电路板的连接可靠性，将我公司的生产技术水平向前推进了一大步。

我们研制的立体镀金插头印制电路板，结构新颖，工艺先进，已申请了实用新型专利，并获得批准，专利号为CN 208273348 U。

该立体镀金插头印制电路板，经过数轮工艺试验，进行小试、中试，不断改进，最终形成批量生产能力。

本项目产品的成功开发，为提高镀金插头印制电路板的连接可靠性打下了坚实的基础。客户将可以更放心地将镀金插头印制电路板的设计应用到更多的产品中。现在，我司已经有几家客户将这项技术，运用到10多种产品上，创产值数十万元，为公司创造了一定的经济效益。