CN104284527A - 印刷电路板及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于印刷电路板的加工领域，提供了一种印刷电路板的制作方法，旨在解决现有技术中印刷电路板上有机导电膜与高分子材料结合力差的问题。该印刷电路板的制作方法包括在所提供的基材表面加工导通孔、表面调整、量子表面调整、有机导电膜处理以及镀铜步骤。本发明还提供了一种由上述印刷电路板的制作方法所得到的印刷电路板。本发明提供的印刷电路板的制作方法采用量子表面调整对孔壁进行表面改性处理，经表面改性处理的有机导电膜与印刷电路板基材的结合强度比传统的沉铜工艺相同甚至更高，而且本发明提供的印刷电路板的制作方法相对于传统的沉铜工艺，减少了废水排放，有利于环保。
Description
技术领域
本发明属于印刷电路板的加工领域，尤其涉及一种印刷电路板及其制作方法。
背景技术
随着印刷电路板（Printed Circuit Board，PCB）行业的发展，急需技术上的突破，生产商只有在技术上的提高才会真正提高其在行业中的地位，电路板向高精化发展，则产品的品质是首要的。
PCB是在一片非导体的复合基材（环氧树脂-玻璃纤维布基材、酚醛纸基板、聚脂玻纤板等）上通过蚀刻（在覆铜箔的基材上）或化学镀电镀（在覆铜箔的基材上或无铜箔的基材上）的方法生产加工而成的，是组装电子元件用的基板。由于PCB上的导通孔是不导电的，传统的方法是采用化学沉铜工艺在导通孔内形成导电铜层而实现导电的目的。请参照图1所示的化学沉铜工艺的流程，该流程包括利用调整剂清洁、三级逆流水洗、利用微蚀剂进行微蚀、二级逆流水洗、预浸剂进行浸泡处理、活化剂、二级逆流水洗、加速剂、化学沉铜剂以及二级逆流水洗，化学沉铜工艺是生产PCB的重要工序之一，是将钻孔后形成的不导电导通孔通过表面前处理、活化催化反应使得导通孔之孔壁沉积上一层很薄的铜，从而达到板件钻孔电气联通的目的，为后续电镀加厚做准备。可见，化学沉铜的工艺流程较为复杂且污染程度较高，很难满足日益严格的环保要求。
业界已经提出将导电高分子聚合物也俗称有机导电膜（下面称有机导电膜）应用到PCB上实现导通孔的金属化制作，以简化工艺流程并减少污染物的排放。导电高分子聚合物材料的导电机理的理论研究工作通常包括导电通路的形成以及形成导电通路后的导电机理两方面，导电通路的形成是通过将导电功能体加入聚合物基体中，使导电功能体在给定的加工工艺条件下如何达到电接触而在整体上自发地形成导电通路这一宏观自组织过程。然而，利用有机导电膜实现PCB上导通孔导电的方法还未能解决有机导电膜与高分子材料的结合力差的问题。
目前，为增加有机导电膜与高分子材料结合力，提高有机导电膜产品的耐热冲击性，主要采用如下处理方式：等离子体法和高锰酸钾法。其中，等离子体法是利用真空装置(真空度为10-2-10-3mbar)通入被选用气体，再用射频电源（13.6MHz）向真空室内的正负电极间施加高频高压电场，促使气体在电场作用下的两极之间电离，形成电子、离子、自由基、游离基团和紫外线辐射粒子等组成的高能量和高活性等离子体，对板面或孔壁高分子材料进行咬蚀，从而获得较好的粗糙度，然而，该方法的缺点是设备昂贵、制造成本高；高锰酸钾法是在碱性条件下，将钻污或玻璃束溶胀，再通过高锰酸钾将树脂键切断，该方法的缺点是污水难以处理，不利于环保。而且，上述两种方法经高分子材料表面处理后产生的有机导电膜与高分子材料结合力均不理想，耐热冲击性能不佳。
发明内容
本发明的目的在于提供一种印刷电路板的制作方法，旨在解决现有技术中印刷电路板上有机导电膜与高分子材料结合力差的问题。
本发明实施例是这样实现的，一种印刷电路板的制作方法，包括在所提供的基材表面加工导通孔步骤，还包括以下步骤：
表面调整，利用调整剂对所述导通孔的孔壁进行调整；
量子表面调整，对经表面调整步骤处理后的所述导通孔的孔壁进行表面改性处理；
有机导电膜处理，在所述导通孔的孔壁上形成有机导电膜；以及
镀铜，在所述有机导电膜表面镀一铜层。
进一步地，在所述表面调整步骤之前，还设置磨批锋步骤，所述磨批锋的步骤包括：
提供具有磨刷的磨批锋处理机，所述磨刷的电流范围为2.0-2.5安培；
使所述基材匀速通过所述磨批锋处理机；以及
所述磨批锋处理机对所述导通孔之孔口进行磨刷处理、高压水洗处理和烘干处理。
进一步地，所述表面调整步骤中所述调整剂的温度范围为35-45℃、浓度范围为250-300毫升/升以及调整时间范围为8-10分钟。
进一步地，所述量子表面调整的步骤包括：
提供设有处理缝的高压离子处理机，在所述处理缝处形成高压电场；使所述处理缝在所述高压电场的作用下产生离子态气相物质；以及
所述离子态气相物质吸附于所述基材的孔壁上并对所述孔壁进行表面改性处理。
进一步地，所述有机导电膜处理的步骤包括：
整孔，对经表面改性处理后的所述导通孔之孔壁进行整理；
氧化，提供高锰酸钾，使所述高锰酸钾分解产生的二氧化锰被吸附在所述孔壁上；
催化，使用催化剂提高所述高锰酸钾分解反应速度；以及
聚合，使用硼酸溶液使所述基材中吸附有所述二氧化锰的的高分子材料发生聚合反应形成所述有机导电膜。
进一步地，所述整孔步骤采用整孔剂，所述整孔剂的浓度为40-60毫升/升、所述整孔处理的温度为60-65℃，时间为40-60秒。
进一步地，所述高锰酸钾的浓度为100-120毫升/升、所述硼酸的浓度为8-15克/升，所述氧化处理的温度为85-90℃，处理时间为55-70秒。
进一步地，所述催化剂的浓度为18-25毫升/升，所述催化处理的温度为16-22℃，时间为90-120秒。
进一步地，所述镀铜步骤包括：
提供用于提供铜离子的硫酸铜溶液以及用于提高所述硫酸铜溶液导电性的硫酸溶液，所述硫酸铜的浓度范围为65-75毫升/升，所述硫酸的浓度范围为180-200毫升/升；以及
提供用于电解所述硫酸铜溶液的电流，所述电流密度范围为1.8-2.0安培每平方分米。
本发明实施例的另一目的在于提供一种由上述印刷电路板的制作方法所得到的印刷电路板。
本发明实施例提供的印刷电路板的制作方法利用表面调整处理去除孔壁的钻污，并利用量子表面调整处理对孔壁进行表面改性处理，以增强与铜层的粘结力，而且利用有机导电膜处理生成有机导电膜，利用电镀铜的方式在有机导电膜表面形成铜层，所述有机导电膜与铜层之间具有良好的结合力。
附图说明
图1是现有技术提供的化学沉铜的工艺流程示意图。
图2是本发明实施例提供的印刷电路板的制造方法的流程图。
图3是本发明实施例提供的印刷电路板的结构示意图。
图4是本发明实施例提供的印刷电路板做孔切片分析试验的结果示意图。
图5是未经表面改性处理后的印刷电路板做孔切片分析试验的结果示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参照图2和图3，本发明具体实施方式中提供的印刷电路板的制作方法包括在所提供的基材10表面加工导通孔20的步骤，还包括以下步骤：
表面调整，利用调整剂对所述导通孔20的孔壁进行调整；
量子表面调整，对经表面调整步骤处理后的所述导通孔20的孔壁进行表面改性处理；
有机导电膜30处理，在所述导通孔20的孔壁形成有机导电膜30；以及
镀铜，在所述有机导电膜30表面镀一铜层40。
本发明提供的印刷电路板的制作方法利用表面调整处理步骤去除孔壁因加工产生的污渍，使孔壁洁净以提升孔壁的结合力；通过量子表面调整处理步骤对孔壁进行表面改性处理，形成一个清洁、具有活性且亲水性好的表面；对经量子表面调整处理后的孔壁进行有机导电膜30处理并形成有机导电膜30，以及在该有机导电膜30上电镀一铜层40以提高铜层40与有机导电膜30之间的结合力，利用该量子表面调整处理以提高有机导电膜30与基材10之间的结合强度。优选地，所述导通孔20可以是贯通所述基材10的通孔、也可以在所述基材10表面加工的槽或者盲孔。
本发明提供的印刷电路板的制作方法采用量子表面调整对孔壁进行表面改性处理，与传统的沉铜工艺和传统的有机导电膜相比，传统的有机导电膜与印刷电路板的基材的结合强度最差，本发明采用的经表面改性处理的有机导电膜30与印刷电路板基材10的结合强度比传统的沉铜工艺相同甚至更高，而且本发明提供的印刷电路板的制作方法相对于传统的沉铜工艺，减少了废水排放，有利于环保。同表面处理后导电材料与印刷电路板基材10之间结合强度的对照，请参照表1。
表1 不同表面处理后剥离强度对照表
进一步地，所述基材10的材料为高分子材料，例如，环氧树脂-玻璃纤维布（FR-3、FR-4、FR-5）、酚醛树脂(XPc、XxxPC、FR-1、FR-2等)、聚酯树脂、双马来酰亚胺改性三嗪树脂(BT)、聚酰亚胺树脂(PI)、二亚苯基醚树脂(PPO)、马来酸酐亚胺——苯乙烯树脂(MS)、聚氰酸酯树脂、聚烯烃树脂等。优选地，在所述基材10上加工的所述导通孔20的直径范围为3.0-3.6毫米。
在本发明提供的具体实施方式中，基材10采用FR-4材料，在所述表面调整步骤之前，还设置磨批锋步骤，所述磨批锋的步骤包括：
提供具有磨刷的磨批锋处理机，所述磨刷的电流范围为2.0-2.5安培；
使所述基材10匀速通过所述磨批锋处理机；以及
所述磨批锋处理机对所述导通孔20之孔口进行磨刷处理、高压水洗处理和烘干处理。
磨批锋处理主要是清洁孔壁、去除钻污，利用磨批锋处理机对所述基材10进行磨批锋处理以去除钻导通孔20过程中形成的铜皮翘起，并利用高压水洗处理以进一步去除钻孔时翘起的铜箔。优选地，磨刷采用320#的磨刷，并控制磨刷深度，使磨刷能有效去除孔口孔的批锋且保证印刷电路板精细线路制作的要求；高压水洗处理过程中提供的水的压力为15千克/平方厘米以上。
进一步地，磨批锋处理还包括酸洗、水洗、磨刷、水洗、高压水洗、水洗、市水洗、吸干和烘干等步骤，以去除钻导通孔20过程中翘起的铜箔，保证孔壁的洁净。
在本发明提供的具体实施方式中，所述表面调整步骤中所述调整剂的温度范围为35-45℃、浓度范围为250-300毫升/升以及调整时间范围为8-10分钟。优选地，所述调整剂是一种强极性非质子化溶剂，对基材10具有良好的溶解能力，例如，二甲基乙酰胺。利用该表面调整步骤使孔壁的钻污、树脂溶解和膨胀，以提高孔壁与铜层40的吸附能力。制作过程中，需有效控制调整剂的浓度，若浓度过低，调整剂对基材10的溶解程度过低，不能完全去除孔壁残留的钻污而影响铜层40与孔壁的结合力；若浓度过高，调整剂对基材10的溶解程度过度，将破坏导通孔20与导通孔20和/或者印刷电路板的层与层之间的绝缘。
在本发明提供的具体实施方式中，所述量子表面调整的步骤包括：
提供设有处理缝的高压离子处理机，在所述处理缝处形成高压电场，使所述处理缝在所述高压电场的作用下产生离子态气相物质；
所述基材10经过所述处理缝；以及
所述离子态气相物质吸附于所述基材10的孔壁上并对所述孔壁进行表面改性处理。
所述高压离子处理机设有处理缝并于该处理缝处形成高压电场，在所述高压电场的作用下，空气中气体结构产生变化，电荷平衡状态被打破，电子不再围绕原子核运转，而是游离出去形成独立的个体，这样，使得原来处于电中性的原子变成以带负电的离子和带正电的离子共同存在的状态，即离子态。所形成的离子态气相物质被吸附在基材10表面，并与基材10表面的分子反应生成产物分子，产物分子氧化解析形成气相，最后反应残余物脱离基材10表面以使基材10表面改性。经表面改性处理的孔壁形成一个清洁、具有活性以及亲水性好的表面。经表面改性处理后在孔壁形成的有机导电膜30与铜层40之间具有良好的结合力，而且该表面改性处理过程无需排放废水，例如，络合物和甲醛，有利于环保。
优选地，所述处理缝的控制电流范围为5-8安培，传输速度为0.8-2.0米/分钟。
在本发明提供的具体实施方式中，有机导电膜30处理的步骤包括：
整孔，对经表面改性处理后的所述导通孔20之孔壁进行整理
氧化，提供高锰酸钾，使所述高锰酸钾分解产生的二氧化锰被吸附在所述孔壁上；
催化，使用催化剂提高所述高锰酸钾分解反应速度；以及
聚合，使用硼酸溶液使所述基材上吸附有所述二氧化锰的高分子材料发生聚合反应形成所述有机导电膜30。
在催化剂的催化作用下，加快高锰酸钾分解的分解速度。高锰酸钾分解产生不溶性的二氧化锰，所述二氧化锰均匀地吸附在基材10的孔壁形成二氧化锰吸附层，二氧化锰与基材10中的导电聚合物单体发生反应被还原为二价锰离子，而所述单体被氧化且聚合在一起形成单键和双键交替存在的聚合物。由于单双键交替存在，可以通过共振作用使电子在聚合物中自由移动而具有导电性。优选地，所述有机导电膜30的厚度范围为135-145纳米。
在本发明提供的具体实施方式中，所述整孔步骤采用整孔剂，所述整孔剂的浓度为40-60毫升/升、所述整孔处理的温度为60-65℃以及时间为40-60秒。利用所述整孔剂有效地除去基材10之铜箔上的油污、手指印、氧化膜和微尘，且起到整孔作用,增强铜层40的附着力。优选地，所述整孔剂的主要成分是氢氧化钠（NaOH）。
在本发明提供的具体实施方式中，所述高锰酸钾的溶度为100-120毫升/升、所述硼酸的浓度为8-15克/升，所述氧化处理的温度为85-90℃，处理时间为55-70秒。利用硼酸在基材10上形成有机导电膜30的过程中起着助溶剂和有助于有机导电膜30形成的作用，提高了有机导电膜30的抗几下冲击和热冲击能力。
在本发明提供的具体实施方式中，所述催化剂的浓度为18-25毫升/升，所述催化处理的温度为16-22℃，时间为90-120秒。
在本发明提供的具体实施方式中，所述镀铜步骤包括：
提供用于提供铜离子的硫酸铜溶液以及用于提高所述硫酸铜溶液导电性的硫酸溶液，所述硫酸铜的浓度为65-75毫升/升，所述硫酸的浓度为180-200毫升/升；以及
提供用于电解所述硫酸铜溶液的电流，所述电流密度范围为1.8-2.0安培每平方分米。
所述硫酸铜在电解过程中生成铜，所述铜附着在有机导电膜30表面形成铜层40。在硫酸铜中加入硫酸以提高硫酸铜电镀液的导电性并繁殖硫酸铜水解使镀层结晶细致，并防止电镀时间根据所要形成的铜层40的厚度而定，优选地，所述铜层40的厚度范围为800-1000微米，电镀的时间范围为55-65分钟。
本发明提供的具体实施方式还提供了一种由上述印刷电路板的制作方法所得到的印刷电路板。
以下结合具体实验说明本发明经表面改性处理形成的有机导电膜与铜层的结合力。
孔切片分析试验
实验步骤：
提供基材10，在基材10（FR-4为例）表面钻3.0-6.0mm的导通孔20；
将所述基材10以2.0米/分钟的速度过磨批锋处理机进行磨批锋处理，磨刷电流为2.0-2.5安培，磨批锋步骤包括以下流程：酸洗、水洗、磨刷、水洗、高压水洗、水洗、市水洗、吸干、烘干；
将烘干后的所述基材10浸入调整剂中处理10分钟以进行表面调整，所述调整剂的浓度为250-300ml/L以及温度为40℃；
经表面调整后，清洗烘干所述基材10，将所述基材10放入高压离子处理机进行量子表面处理以对所基材10进行表面改性处理，以1.0米/分钟的速度，所述高压离子处理机通过的电流为5-8安培；
将所述基材10过有机导电膜生产线，传输速度为1.0米/分钟，有机导电膜处理流程包括整孔、氧化和催化，整孔过程中提供的整孔剂的浓度为50毫升/升、所述整孔处理的温度范围为60-65℃以及时间范围为40-60秒，氧化过程提供的所述高锰酸钾的溶度为110毫升/升、所述硼酸的浓度为10克/升，所述氧化处理的温度范围为85-90℃以及处理时间范围为55-70秒，催化过程提供的催化剂的浓度为20毫升/升，所述催化处理的温度范围为16-22℃以及时间范围为90-120秒；以及
对形成有有机导电膜的基材10进行电镀铜处理，采用电流密度为2.0安培每平方分米的电流电镀铜30分钟，铜层厚度为18-20微米。
实验结果：
1、浸锡试验：将上述方法得到的印刷电路板放入温度为288℃的有铅锡炉中，以10秒3次做浸锡试验，具体地，对所述印刷电路板预热后，将镀好铜的基材10（以FR-4为例）涂上助焊剂后，浸入温度为288℃的有铅锡炉中10秒，后取出冷却至室温，冷却后再按上述方式浸锡2次，最后检验。结果是：无孔壁铜剥离现象；
2、孔切片分析试验：将上述方法得到的印刷电路板放入温度为288℃、10秒3次做浸锡冲击后的孔切片分析试验，具体地，将浸锡试验后的FR-4基材10在导通孔20位置取样，将样品两边磨平，一边磨至导通孔20边缘即可，后灌水晶胶，水晶胶固化后用研磨机打磨至导通孔20中心处，再细磨抛光，最后通过金相显微镜检查。结果：无孔壁铜与面铜裂开现象，如图4所示。图5为未经表面改性处理后的印刷电路板做孔切片分析试验的结果示意图。
拉力测试实验
实验步骤：
1、利用本发明提供的方法制作铜线
提供基材10，在基材10（FR-4为例）表面上蚀刻出宽1.5mm、2.0mm、3.0mm、4.0mm、5.0mm、6.0mm，长10cm的无铜区；
表面调整，将上述基材10浸入剂中处理10分钟以进行表面调整，所述调整剂的浓度为250-300ml/L以及温度为40℃；
量子表面处理，清洗烘干所述基材10，将所述基材10放入高压离子处理机进行量子表面处理以对所基材10进行表面改性处理，以1.0米/分钟的速度，所述高压离子处理机通过的电流为5-8安培；
有机导电膜处理，将所述基材10过有机导电膜生产线，传输速度为1.0米/分钟，有机导电膜处理流程包括整孔、氧化和催化，整孔过程中提供的整孔剂的浓度为50毫升/升、所述整孔处理的温度范围为60-65℃以及时间范围为40-60秒，氧化过程提供的所述高锰酸钾的溶度为110毫升/升、所述硼酸的浓度为10克/升，所述氧化处理的温度范围为85-90℃以及处理时间范围为55-70秒，催化过程提供的催化剂的浓度为20毫升/升，所述催化处理的温度范围为16-22℃以及时间范围为90-120秒；以及
电镀铜，对形成有有机导电膜的基材10进行电镀铜处理，采用电流密度为2.0安培每平方分米的电流电镀铜30分钟，铜层厚度为18-20微米。
2、利用化学沉铜的方式制作铜线
提供基材10，在基材10（FR-4为例）表面上蚀刻出宽1.5mm、2.0mm、3.0mm、4.0mm、5.0mm、6.0mm，长10cm的无铜区；
再按上述方法过化学沉铜，得到一样的铜线。
拉力测试：将1.0mm、1.5mm、2.5mm、3.5mm、4.5mm、5.5mm的条状铜线做拉力测试，将铜线一端拉，夹在拉力测试仪的移动夹具上，以4.5m/min的速度往上拉，同时记录拉力测试仪上显示数据。
实验结果：将1.0mm、1.5mm、2.5mm、3.5mm、4.5mm、5.5mm的条状铜线做拉力测试，将有机导电膜与化学沉铜对比：有机导电膜拉力大于化学沉铜，具体如表2所示。
表2本发明提供的有机导电膜与化学沉铜的铜线进行拉力测试的结果
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种印刷电路板的制作方法，包括在所提供的基材表面加工导通孔步骤，其特征在于，还包括以下步骤：
表面调整，利用调整剂对所述导通孔的孔壁进行调整；
量子表面调整，对经表面调整步骤处理后的所述导通孔的孔壁进行表面改性处理；
有机导电膜处理，在所述导通孔的孔壁上形成有机导电膜；以及
镀铜，在所述有机导电膜表面镀一铜层。
2.如权利要求1所述的印刷电路板的制作方法，其特征在于，在所述表面调整步骤之前，还设置磨批锋步骤，所述磨批锋的步骤包括：
提供具有磨刷的磨批锋处理机，所述磨刷的电流范围为2.0-2.5安培；
使所述基材匀速通过所述磨批锋处理机；以及
所述磨批锋处理机对所述导通孔之孔口进行磨刷处理、高压水洗处理和烘干处理。
3.如权利要求1所述的印刷电路板的制作方法，其特征在于，所述表面调整步骤中所述调整剂的温度范围为35-45℃、浓度范围为250-300毫升/升以及调整时间范围为8-10分钟。
4.如权利要求1所述的印刷电路板的制作方法，其特征在于，所述量子表面调整的步骤包括：
提供设有处理缝的高压离子处理机，在所述处理缝处形成高压电场；使所述处理缝在所述高压电场的作用下产生离子态气相物质；以及
所述离子态气相物质吸附于所述基材的孔壁上并对所述孔壁进行表面改性处理。
5.如权利要求1所述的印刷电路板的制作方法，其特征在于，所述有机导电膜处理的步骤包括：
整孔，对经表面改性处理后的所述导通孔之孔壁进行整理；
氧化，提供高锰酸钾，使所述高锰酸钾分解产生的二氧化锰被吸附在所述孔壁上；
催化，使用催化剂提高所述高锰酸钾分解反应速度；以及
聚合，使用硼酸溶液使所述基材中吸附有所述二氧化锰的的高分子材料发生聚合反应形成所述有机导电膜。
6.如权利要求5所述的印刷电路板的制作方法，其特征在于，所述整孔步骤采用整孔剂，所述整孔剂的浓度为40-60毫升/升、所述整孔处理的温度为60-65℃，时间为40-60秒。
7.如权利要求5所述的印刷电路板的制作方法，其特征在于，所述高锰酸钾的浓度为100-120毫升/升、所述硼酸的浓度为8-15克/升，所述氧化处理的温度为85-90℃，处理时间为55-70秒。
8.如权利要求5所述的印刷电路板的制作方法，其特征在于，所述催化剂的浓度为18-25毫升/升，所述催化处理的温度为16-22℃，时间为90-120秒。
9.如权利要求1所述的印刷电路板的制作方法，其特征在于，所述镀铜步骤包括：
提供用于提供铜离子的硫酸铜溶液以及用于提高所述硫酸铜溶液导电性的硫酸溶液，所述硫酸铜的浓度范围为65-75毫升/升，所述硫酸的浓度范围为180-200毫升/升；以及
提供用于电解所述硫酸铜溶液的电流，所述电流密度范围为1.8-2.0安培每平方分米。
10.一种由权利要求1至9任意一项所述印刷电路板的制作方法所得到的印刷电路板。
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