如何制作特殊的超厚铜多层PCB板？

05
11月

超厚铜 多层PCB 制造工艺

1.叠层结构

本文主要研究的是一块超厚铜三层板，内层铜厚1.0mm，外层铜厚0.3mm，外层最小线宽线距0.5mm。叠层结构如图1所示，表层为FR4覆铜板（玻璃纤维环氧覆铜板），厚度0.3mm，单面蚀刻处理，粘合层为不流动PP片（半固化片），厚度0.1mm，超厚铜板嵌入FR-4环氧板对应的孔结构中。

超厚铜PCB加工工艺流程如图3所示，主要加工包括表中层铣、厚铜板号铣。经过表面处理后，叠在整体模具中加热加压，脱模后，按照常规的PCB工艺流程完成成品的生产。

2、关键技术处理方法

2.1 超厚铜内层压技术

超厚铜内层：如果用铜箔做超厚铜，就很难达到这个厚度。本文超厚铜内层采用1mm电解铜板，常规材料易购，铣床直接加工；内层铜板外轮廓采用与整体填充相同厚度的FR4板（玻璃纤维环氧板）加工成型。为便于贴合，并保证与铜板外围紧密贴合，图4结构所示的两条轮廓之间的间隙值控制在0~0.2mm以内。在FR4板的填充作用下，解决了超厚铜板的铜厚问题，保证了贴合后的紧压和内绝缘问题，使内铜厚的设计可以大于0.5mm .

2.2 超厚铜发黑技术

超厚铜的表面在层压前需要进行黑化处理。铜板发黑可增加铜面与树脂的接触表面积，增加高温流动树脂对铜的润湿性，使树脂渗入氧化层间隙，表现出较强的性能硬化后。附着力提高了压制效果。同时可改善贴合白点现象和烘烤试验（287℃±6℃）引起的白化和气泡。具体黑化参数见表2。

2.3 超厚铜PCB层压技术

由于内层超厚铜板和周边填充用的FR-4板的厚度制造误差，导致厚度不能完全一致。如果采用常规的贴合方法进行贴合，容易产生贴合白点、分层等缺陷，贴合难度较大。 . 为降低超厚铜层压制难度，保证尺寸精度，经测试验证采用一体式压模结构。模具上下模板采用钢模制作，硅胶垫作为中间缓冲层。温度、压力、保压时间等工艺参数达到贴合效果的同时，也解决了超厚铜贴合的白点、分层等技术问题，满足超厚铜PCB板的贴合要求。

(1) 超厚铜PCB层压法。

产品在超厚铜层压板模具中的堆叠水平如图5所示。由于不流动的PP树脂流动性低，如果使用常规覆层材料牛皮纸，PP片材无法均匀压制，造成贴合后出现白点、分层等缺陷。厚铜PCB产品在层压过程中需要使用硅胶垫作为关键的缓冲层，在压制过程中起到均匀分布压力的作用。另外，为了解决压合问题，将层压机内的压力参数从2.1 Mpa（22 kg/cm²）调整到2.94 Mpa（30 kg/cm²），并根据温度调整到最佳熔合温度PP片材的特性 170°C。

(2) 超厚铜PCB的层压参数如表3所示。

(3)超厚铜PCB层压的效果。

按照GJB4.8.5.8.2B-362第2009条测试后，按3.5.1.2.3条测试PCB时，不允许出现超过4.8.2条（表面下缺陷）的起泡和分层。 PCB样品满足3.5.1的外观尺寸要求，按照4.8.3进行显微切片检验，满足3.5.2的要求。切片效果如图6所示。从层压切片的情况来看，线条完全填满，没有微裂缝气泡。

2.4 超厚铜PCB流胶控制技术

与一般PCB加工不同，它的形状和器件连接孔在层压前已经完成。如果胶流严重，会影响连接的圆度和尺寸，外观和使用都达不到要求；该工艺也在工艺开发中进行了测试。压制后的形状铣削工艺路线，但后期的形状铣削要求严格控制，特别是对于内部厚铜连接件的加工，深度精度控制非常严格，合格率极低。

选择合适的键合材料和设计合理的器件结构是研究的难点之一。为了解决普通预浸料层压后出现溢胶的问题，使用流动性低的预浸料（优点：SP120N）。该胶粘材料具有树脂流动性低、柔韧性好、耐热性和电性能优良等特点，并根据溢胶特性，增加预浸料特定位置的轮廓，加工出特定形状的轮廓。通过切割和绘图。同时，实现了先成型后压制的工艺流程，压制成型后成型，无需再进行CNC铣削。这样就解决了PCB贴合后胶水流动的问题，保证超厚铜板贴合后连接面无胶水，压紧。

3、超厚铜PCB成品效果

3.1 超厚铜PCB产品规格

超厚铜PCB产品规格参数表4及成品效果如图7所示。

3.2 耐压测试

对超厚铜 PCB 样品中的极点进行了耐压测试。测试电压为AC1000V，1分钟内无雷击或闪络。

3.3 大电流温升测试

设计对应的连接铜板，将超厚铜PCB样品的每一极串联，连接到大电流发生器，根据对应的测试电流分别进行测试。测试结果如表5所示：

从表5的温升来看，超厚铜PCB的整体温升较低，可以满足实际使用要求（一般温升要求在30K以下）。超厚铜PCB的大电流温升与其结构有关，不同厚铜结构的温升会有一定的差异。

3.4 热应力测试

热应力测试要求：根据GJB362B-2009《刚性印制板通用规范》对样品进行热应力测试后，目测无分层、起泡、焊盘翘曲、白点等缺陷。

PCB样品的外观和尺寸符合要求后，应进行显微切片。由于该样品的铜内层太厚，无法进行金相切片，样品在287℃±6℃下进行热应力试验，仅对其外观进行目测。

测试结果为：无分层、起泡、焊盘翘曲、白点等缺陷。