一种高频高速电路板盲孔制作工艺的制作方法

本发明涉及高频高速印制电路板制造,具体涉及到一种高频高速电路板盲孔制作工艺。

背景技术：

1、随着现代电子信息技术的飞速发展，高频高速电路板已成为通信、计算机、航空航天等领域不可或缺的关键组件。高频高速电路板需要支持更高的信号频率和数据传输速率，同时要求具有更高的集成度、更小的尺寸以及更好的可靠性。为了满足这些要求，高频高速电路板的设计和制造技术正向着更高密度、更精细化的方向发展。

2、交叉盲孔是指在电路板内层相邻的两个盲孔，它们的位置交错排列，形成相互交叉的导电通路。与普通的盲孔相比，交叉盲孔可以实现更灵活、更高密度的布线设计，大幅提高了电路板的集成度和布线效率。在高频高速电路板中，合理运用交叉盲孔结构，可以有效缩短关键信号的传输路径，降低传输损耗和时延，从而改善系统的高频性能和信号完整性。

3、此外，交叉盲孔还是高密度元器件装配的重要载体。通过在交叉盲孔内形成焊盘，可以实现ic 芯片、无源器件等的直接装配，从而简化布线设计，降低互连复杂度。尤其是对于bga、csp 等高密度封装形式，采用交叉盲孔可以显著提高装配密度和可靠性。与常规的通孔装配相比，交叉盲孔装配可以缩小焊盘尺寸，减少对电路板布线资源的占用，同时还能改善元器件的散热性能和机械强度。

4、然而，交叉盲孔的加工制造也面临诸多技术难点。由于交叉盲孔结构复杂，涉及多层板材料的叠层组合，传统的机械钻孔工艺难以实现精确的深度控制和位置对准。此外，交叉盲孔内往往存在尖角、台阶等不规则结构，对后续的金属化处理也提出了更高要求。如何在确保尺寸精度和互连可靠性的同时，提高交叉盲孔的加工效率和成品率，是高频高速电路板制造领域亟待解决的关键问题。

5、在常规的电路板交叉盲孔制作工艺中，通常采用一次性钻孔的方式来形成深交叉盲孔。即利用数控机械钻孔或激光钻孔设备，根据设计要求，在电路板内层一次性钻出交叉盲孔结构。虽然这种方法操作相对简便，但在实际生产中往往存在诸多问题，导致加工质量和效率难以保证。

6、多层电路板材料的层间结合强度和热膨胀系数存在差异，在钻孔过程中容易引起层间分离、撕裂等缺陷。当一次性钻孔深度较大时，这种问题尤为突出。钻头在切削过程中产生的振动、热量等，会使脆弱的层间界面承受较大应力，导致分层失效。同时，层间分离还会导致孔壁粗糙度增大，铜箔撕裂，为后续金属化处理埋下隐患。

7、深交叉盲孔的钻进过程复杂，容易引起孔位偏移和尺寸误差。在较深盲孔加工时，钻头易发生偏斜、弯曲等状况，使孔的实际轴线与设计位置产生偏差。尤其是在交叉盲孔结构中，相邻盲孔的位置交错排列，钻孔过程中的偏移会导致盲孔连通或者错位，严重影响电气性能。此外，深盲孔钻进时因切削力和排屑困难，孔径尺寸易发生变化，孔底和侧壁也容易产生毛刺、纤维突出等缺陷。

8、一次性钻孔形成的深交叉盲孔，其孔深与孔径之比较大，给刀具的选择和切削参数的优化带来困难。常规的麻花钻已难以满足深宽比较大的盲孔加工要求，而微小径钻头又存在刚性不足、易折断等问题。切削参数如主轴转速、进给量等也需要精细调控，否则易引起孔壁损伤、崩边等质量缺陷。总之，深交叉盲孔的一次性钻孔难度大、质量风险高，限制了生产效率和成品率的提升。

9、深交叉盲孔沉铜和电镀质量难以保证，在形成深交叉盲孔后，需要采用化学铜沉积和电镀工艺，在孔壁上形成导电金属层，以实现可靠的电气互连。然而，对于一次性钻孔形成的深交叉盲孔，其复杂的孔结构和深宽比特征，给沉铜和电镀工艺带来诸多挑战，导致互连质量难以保证。

10、深交叉盲孔内部存在尖角、盲端、阶梯等不规则结构，阻碍了化学药液和电镀液的充分交换与扩散。在孔的深部和狭窄区域，药液更新不畅，易发生气泡滞留，导致化学反应不完全，沉积层致密性和均匀性较差。沉铜不良不仅影响导电性能，还会在后续电镀过程中产生针孔、麻点等缺陷。此外，盲孔内壁粗糙、纤维外露等表面缺陷也会降低铜层的附着力和连续性。

11、深交叉盲孔内腔较深，使得沉铜和电镀过程的时间大大延长。而延长的化学浸泡时间，反而会加剧基材与铜层间的界面反应，引起针孔、起泡等不良影响。过长的电镀时间还会导致铜层应力增大、结晶粒度粗化等问题，进而引发孔壁开裂、导电性能劣化。因此，如何针对深交叉盲孔结构实现优质高效的沉铜电镀，是保证互连可靠性的关键所在。

12、交叉盲孔的深度和位置精度，是影响高频高速电路板性能的重要因素。然而，常规工艺下加工的交叉盲孔，其深度和位置往往难以精确控制，进而引发一系列电气性能和可靠性问题。

13、比如交叉盲孔深度偏差会引起阻抗不连续和信号反射。在高频信号传输中，盲孔结构的尺寸和形态直接影响传输线路的特性阻抗。当相邻盲孔深度不一致时，会在信号传输路径上形成阻抗不连续点，引起部分信号反射，导致信号完整性下降。反射能量还会引起串扰、振铃等问题，严重影响高频电路的性能和稳定性。

14、可以看出，常规交叉盲孔制作工艺存在诸多不足之处，难以满足高频高速电路板日益提高的性能要求。一次性钻孔易引起孔径尺寸误差、孔位偏移等质量缺陷；复杂的孔结构又给沉铜电镀工艺带来困难，影响互连可靠性；盲孔深度和位置误差还会引发阻抗失配、信号串扰、应力集中等性能和可靠性问题。因此，亟需开发全新的交叉盲孔制作工艺，克服常规工艺的种种局限，以精确可控的方式实现高质量、高可靠的交叉盲孔加工。

技术实现思路

1、针对常规电路板交叉盲孔制作工艺存在的局限性，本发明提出了一种创新的高频高速电路板交叉盲孔制作方法。该方法巧妙地利用分步钻孔、分批压合、化学沉铜与电镀等多项技术，实现了高精度、高质量、高效率的交叉盲孔加工，有效克服了传统工艺的不足。

2、一种高频高速电路板交叉盲孔制作工艺的总体流程如下：

3、准备基材，包括若干双面铜箔层压板和半固化片，并进行必要的表面处理；

4、将部分双面铜箔层压板与半固化片按设计要求进行层叠，并采用真空热压方式进行压合，形成中间多层芯板；

5、在中间多层芯板上进行首次机械钻孔，形成贯穿型导电通孔；

6、对中间多层芯板进行沉铜处理，并采用电镀方式在通孔内壁沉积一层致密均匀的金属铜层；

7、在中间多层芯板的表面施加干膜，并通过曝光显影的方式形成通孔保护膜；

8、将中间多层芯板与其余双面铜箔层压板和半固化片按设计要求进行第二次层叠，并再次采用真空热压方式进行压合，形成完整的多层电路板基材；

9、采用x射线定位和数控机床进行二次钻孔，在已有通孔两侧钻出新的导电通孔，且钻孔深度小于基材厚度，形成阶梯状的交叉盲孔结构；

10、依次进行沉铜处理、孔壁绝缘和电镀金属铜，形成交叉盲孔导电层；

11、最后进行图形转移、蚀刻、表面处理、字符标识等工艺，完成高频高速电路板的加工制作。

12、具体来说，

13、该工艺适用的高频高速电路覆铜板基材，需具备优异的介电性能和热机械性能。基材的介电常数（dk）应尽量低，选用dk在3.0~4.5之间的材料，如rogers ro4000系列、taconic rf-35a、panasonic megtron 6等。基材的介质损耗角正切（df）也应足够小，一般要求df＜0.005。

14、基材的热膨胀系数（cte）应与铜箔相近，以降低热应力和翘曲变形。fr-4系列基材的cte较大，在高频高速领域已不太适用。上述rogers、taconic等高频基材的cte控制在10-20ppm/℃。

15、基材的耐热性（td）和耐湿性也十分关键。td需高于制程最高温度，应在260℃以上。而吸湿率应低于0.1%，以免在高温高湿下产生分层、起泡等缺陷。

16、基材铜箔的选择对于沉铜电镀至关重要。新工艺中选用低轮廓（l/l）、超低轮廓（v/l）或极低轮廓（x/l）电解铜箔，其表面粗糙度ra控制在0.5μm以下，有利于形成致密、均匀、粘附力高的孔铜沉积层。铜箔厚度以18μm和35μm两种规格为主，特殊要求下可选用9μm或70μm厚铜箔。

17、为了提高铜箔与基材的粘结强度，并改善基材表面与孔壁的润湿性，在层压前需对基材表面进行处理。常用的表面处理方法有微蚀和等离子刻蚀两种。

18、微蚀处理采用过硫酸钠（80-100g/l）和硫酸（50-80g/l）的混合液，在30-40℃下浸泡基材60-120s，使表面产生一定粗化。处理后基材粘结强度可提高20-50%。

19、等离子刻蚀处理将基材置于等离子体中，利用氧气或四氟化碳等活性气体轰击基材表面，去除表面污染层的同时产生一定粗化。工艺参数为功率300-1000w，压强50-200pa，时间60-180s。

20、微蚀法成本较低，但化学药品消耗量大，废液处理负担重，且易引入深层基材损伤；等离子法清洁环保，可实现纳米尺度粗化，但成本较高。具体选择需综合考虑产品性能要求和成本预算等因素。

21、首先，将表面经过处理的若干双面铜箔层压板与半固化片（pp）按照产品设计的层叠顺序准确组装。半固化片作为芯板内层间的粘结剂，需选择与层压板基材相容的树脂体系，如环氧型、聚酰亚胺型等。

22、采用真空热压机对芯板各层施加热压，使半固化片充分熔融并渗入层压板，形成致密可靠的层间结合。真空热压的常用工艺参数为：温度180-210℃，压力0.5-2.0mpa，保压时间60-120min。恒温时间和升温速率也需根据pp的熔融特性和厚度进行优化。热压结束后对芯板进行自然冷却，冷却速率控制在2-5℃/min。

23、对层压完成的多层芯板进行首次机械钻孔，在内外层板相应位置钻出连通的导电通孔。出于加工精度和成本的平衡考虑，采用数控机械钻孔为主，并以激光钻孔为补充。

24、钻头选用含微粒硬质合金材料，直径范围为0.1-0.3mm，尖角角度控制在130-140°，螺旋槽数2-4条。具体尺寸需匹配芯板总厚度和孔径要求。激光选用355nm紫外nd：yag激光器，光斑直径20-50μm，峰值功率10-20w。

25、为保证钻孔质量和效率，钻进参数的设定至关重要。主轴转速控制在80000-120000rpm，进给速度200-800mm/min。退刀速度为800-1，500mm/min，并采用多步退刀策略。钻进与退刀速度需根据基材和孔径实际情况调整，一般孔径越小、基材越厚，转速越高。全程采用优质水基切削液冷却润滑，并及时排屑。

26、机械钻孔完成的芯板需进行化学沉铜和电镀铜处理，在通孔内壁形成精细导电互连层。沉铜采用热液法，以次磷酸钠为还原剂，在60-70℃下浸泡处理20-30min。为提高沉积层厚度均匀性，可分多次浸泡，每次10-15min。

27、沉铜结束后采用硫酸铜电镀液在孔壁镀覆致密均匀的铜层。电镀液中除硫酸铜（220-250g/l）和硫酸（60-80g/l）外，还需加入少量添加剂，如光亮剂、整平剂等，以控制晶粒细化和沉积均匀性。电镀在常温下进行，阴极电流密度控制在2-3a/dm²，搅拌条件下电镀30-60min，使孔铜厚度达到25-35μm。

28、芯板在电镀前需进行前处理，包括化学除油、微蚀、酸洗活化等，以提高铜层与基材的结合力。电镀后则需对芯板进行后处理，包括水洗、烘干等，并测试孔铜厚度均匀性和导通性。

29、采用与之前类似的真空热压工艺，将中间多层芯板与表面经处理的其它层压板和半固化片进行全板叠层压合，形成完整的多层电路板基材。由于加入了新的压合层，热压参数需适当调整。常用参数为：温度190-220℃，压力0.5-2.5mpa，保压时间90-180min。冷却速率控制在1-3℃/min，以减小热应力。

30、在压合后的多层基材上，采用数控机床进行第二次机械钻孔，钻出贯穿叠层结构的导通孔。导通孔直径为0.3-0.8mm，具体视电路设计要求和布线密度而定。

31、钻进参数与前述参数类似，但由于基材总厚增加，需适当降低进给速度至100-400mm/min，并相应降低主轴转速。钻头直径也需适当加大，并匹配调整尖角角度。

32、为提高钻孔定位精度，采用x射线无损检测和ccd对位系统，实现钻孔与内层线路、盲埋孔的精确对准，位置偏差控制在±20μm以内。同时还需严格控制钻头磨损状态，通过在线检测系统监测钻头性能，及时更换钻头。

33、导通孔钻制完成后，采用真空辅助穿孔树脂涂覆技术，在孔壁涂覆一层绝缘材料。该材料选用环氧树脂或聚酰亚胺树脂等，并添加固化剂、颜料等辅助材料。涂覆工艺在真空条件下进行，使树脂能充分浸润孔壁并填充孔隙。涂覆后的基材在烘箱中进行固化处理，固化温度130-170℃，时间30-60min。

34、基于在孔壁涂覆的树脂绝缘层，再次进行沉铜和电镀铜处理，使导通孔内壁形成新的导电互连层，并与已有线路实现互连。沉铜及电镀工艺参数与前述参数基本一致，但需根据孔径、孔深和基材特性进行适当调整。

35、在导电导通孔的基础上，通过两步控深钻孔工艺，在相邻导通孔间形成阶梯状的交叉盲孔结构。首先采用cnc设备和精密刀具，在导通孔边缘钻制第一个盲孔，其深度略小于基材总厚。刀具直径比导通孔小20-50μm，以避免切穿基材。

36、完成第一个盲孔后，将刀具在xy平面内偏移一定距离（20-100μm），并调整z向进给深度，在相邻导通孔边缘钻制第二个盲孔。两个盲孔的深度差控制在20-50μm，形成阶梯状过渡区，以抑制阻抗不连续性。

37、两步钻孔均采用较低的进给速度（50-200mm/min）和主轴转速（50000-80000rpm），减小切削力和热影响。同时钻头均采用特殊涂层（如金刚石涂层），提高耐磨性和加工精度。钻孔循环中还引入在线测量和伺服反馈系统，实时监控孔深并动态调整钻进参数，深度控制精度在±5μm以内。

38、对钻制完成的交叉盲孔结构进行沉铜和电镀处理，在盲孔内壁形成可靠的导电互连。由于此时盲孔深度较小（＜0.1mm），且孔径也很小（0.1-0.2mm），因此沉积难度大幅降低。

39、为进一步提高盲孔内的铜沉积质量和均匀性，可在常规沉铜液配方基础上，提高铜盐浓度和ph值，降低edta和还原剂用量，并采用适当搅拌。电镀时优化添加剂配比，并采用脉冲电镀、周期反转电流等特种工艺，使盲孔内铜晶粒更加细小致密、沉积更加均匀平整。

40、同时，在沉铜后可先对盲孔内壁进行微蚀处理，去除一层极薄的铜以暴露新鲜铜面，有助于改善后续电镀铜与化学铜的结合力。电镀过程中还需加强阴极板搅拌，促进电解液在盲孔内的交换与更新。

41、经过优化的沉铜电镀工艺，所得到的盲孔内铜沉积层致密均匀，厚度偏差控制在10%以内，与孔壁粘结力大于10n/cm。这不仅保证了盲孔互连的导电性和可靠性，也为后续表面精细加工创造了有利条件。

42、在多层板正反两面形成导电图形的过程主要包括：涂覆光致抗蚀剂、曝光显影、图形转移、快速蚀刻等步骤。光致抗蚀剂需选择分辨力高、附着力强的感光干膜，涂覆时注意厚度均匀、无气泡。

43、曝光采用高精度曝光机，光源以准直性好的冷光源为宜，曝光能量密度控制在100-200mj/cm²。将覆有干膜的基材与图形菲林紧密贴合，确保无偏移和气泡，曝光后采用喷淋式显影，显影时间40-60s。

44、蚀刻采用氨基磺酸铜蚀刻液，在45-55℃下快速蚀刻，蚀刻时间控制在60-90s。蚀刻后及时水洗，并用含有表面活性剂的温水进行去膜，同时检查图形完整性和线宽尺寸。

45、为提高电路板的防氧化性能、可焊性及外观质量，需在表面导电图形上进行精细化处理。常用的表面处理方式有喷锡、沉金、化学镍金等。

46、喷锡处理在基材表面形成一层致密均匀的纯锡层，其厚度控制在0.8-1.2μm。喷锡采用无铅喷锡工艺，锡液温度240-260℃，喷涂速度1.5-2.5m/min，气压0.05-0.06mpa。喷涂后及时采用去离子水除渣，并进行修整。

47、沉金工艺可获得耐腐蚀性更优异的镀金表面。沉金前需对基材依次进行酸洗、水洗、微蚀、镀镍、浸金等处理。化学镍浴采用次磷酸钠型，在85-90℃下沉积4-6min，获得致密合金化的镍层。浸金则在中性硫脲金盐溶液中进行，在85-95℃下浸泡3-5min，金层厚度达到0.05-0.1μm。

48、化学镍金工艺更适用于对可焊性和耐蚀性要求更高的场合。其流程包括除油、微蚀、预浸润、化学镀镍、化学沉金、防氧化等步骤。镀镍和沉金分别在90-95℃和85-90℃下进行，时间均为20-30min，镍金层总厚度控制在4-6μm。

49、电路板表面的字符丝印对于产品标识和装配引导至关重要。采用感光聚合物凸版印刷或喷墨印刷方式，可获得清晰耐久的标识图案。

50、感光聚合物凸版制作采用厚膜光刻工艺，经过涂布、曝光、显影、晒后固化等步骤，在版基表面形成浮雕状的字符图形。然后采用移印或滚印方式将油墨转移至产品表面。为提高转印率，需优化油墨粘度和凸版材质。同时加强油墨固化，采用uv光固化或热风干燥相结合的方式。

51、喷墨打印采用数字化喷墨打印设备，直接将待打印图案喷印至产品表面。喷墨油墨需具有优异的色彩饱和度和附着力。打印精度要求喷嘴直径30-50μm，驱动频率30-50khz，定位精度±10μm。打印速度视图案大小和复杂程度而定，一般为0.2-1.0m/s。打印后的字符经紫外光固化20-30s即可达到持久牢固的效果。

52、通过上述一系列精细化加工步骤，高频高速电路板的加工制作得以完成。多层板在表面形成了精细导电图形，完成了元器件装联所需的smt焊盘；板面覆有可靠保护涂层，兼具优异的防氧化性能和可焊性；规范的产品标识清晰印制，为后续制程衔接奠定基础。