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制造厚铜PCB时,如何解决压合气泡与蚀刻侧蚀的核心难题?

作者:深圳普林电路发布时间:2025年10月21日

在 PCB 制造领域,厚铜 PCB(通常定义为铜厚≥2oz,即每平方英尺铜箔重量不低于 2 盎司,对应铜箔厚度约 67.3μm)因具备优异的载流能力、散热性能和机械强度,被广泛应用于新能源汽车电控、工业电源、大功率服务器等高端领域。然而,其制造过程中,压合气泡蚀刻侧蚀两大核心难题长期制约着产品良率与性能稳定性,需从材料特性、工艺原理及设备管控多维度制定系统性解决方案。

一、压合气泡:从根源管控到工艺优化的全流程破解

厚铜 PCB 压合阶段的气泡缺陷,本质是铜箔与基材(如 FR-4 环氧玻璃布基板)界面存在气体或挥发性物质,在高温高压压合过程中无法及时排出,最终形成局部空洞。其核心诱因主要包括材料含湿量超标压合真空度不足,深圳普林电路通过 “环境管控 + 工艺创新” 双路径实现气泡率≤0.1% 的行业领先水平。

(一)材料预处理:从源头降低含湿量风险

厚铜箔与基材在存储和预处理阶段易吸收空气中的水分,若未充分干燥,压合时水分受热汽化,会在界面形成气泡。对此,深圳普林电路建立了全流程材料管控体系:
  1. 存储环境精准调控:采用 10 万级无尘车间(按 GB/T 14295-2019 标准,每立方米空气中≥0.5μm 的微粒数≤105 个),将环境温度稳定在 23±2℃,相对湿度控制在 45±5%,避免材料吸潮;
  1. 预处理干燥工艺:基材在压合前需经过 80±5℃、4 小时的热风干燥,厚铜箔则通过 120±10℃、2 小时的真空干燥(真空度≤50Pa),确保材料含湿量≤0.05%(按 IPC-TM-650 2.3.1 标准测试),从根源消除水汽汽化导致的气泡隐患。

(二)压合工艺:高真空与精准参数的协同控制

即使材料预处理到位,若压合过程中真空度不足或温度、压力参数匹配不当,仍可能因空气残留或树脂流动不均产生气泡。深圳普林电路采用定制化压合设备与工艺参数,实现界面无气泡贴合:
  1. 高真空环境构建:选用具备三级真空系统的压合机,压合前先通过初级真空泵将腔体内真空度降至≤100Pa,再启动二级真空泵将真空度提升至≤10Pa,持续抽真空 30 分钟,确保铜箔与基材之间的空气完全排出;
  1. 温度与压力梯度控制:采用 “阶梯升温 + 分段加压” 工艺,升温阶段从室温以 5℃/min 的速率升至 120℃(树脂软化温度),保温 10 分钟使树脂初步流动;再以 3℃/min 的速率升至 180℃(树脂固化温度),同时将压力从 0.5MPa 逐步提升至 3.0MPa,确保树脂充分填充铜箔表面的微观凹陷,实现紧密贴合;固化阶段保持 180℃、3.0MPa 压力 60 分钟,确保树脂完全固化,避免冷却后因收缩产生气泡。

二、蚀刻侧蚀:双维度控制实现线路精度突破

蚀刻是厚铜 PCB 制造中定义线路的关键环节,其原理是利用化学溶液(蚀刻液)腐蚀未被干膜保护的铜箔,形成所需线路。但厚铜箔因厚度大,蚀刻时蚀刻液易从铜箔侧面渗透,导致线路边缘被过度腐蚀,即 “侧蚀”,最终造成线路宽度偏差超标(行业要求侧蚀量≤铜厚的 30%)。深圳普林电路通过蚀刻液参数优化工艺技术创新,实现侧蚀量减少 30%,线路宽度偏差控制在 ±0.05mm 以内。

(一)蚀刻液与工艺参数:精准调控提升蚀刻方向性

侧蚀的严重程度与蚀刻液浓度、温度及喷淋压力直接相关。深圳普林电路通过大量实验验证,确定最优参数组合:
  1. 蚀刻液浓度控制:选用酸性氯化铜蚀刻液(主要成分为 CuCl₂、HCl 和 H₂O₂),将浓度精准控制在 38-42Be'(波美度,反映溶液密度与铜离子浓度,38Be' 对应铜离子浓度约 120g/L,42Be' 对应约 150g/L)。浓度过低会导致蚀刻速率慢,侧蚀时间延长;浓度过高则会增加蚀刻液粘度,降低蚀刻方向性,38-42Be' 的浓度区间可在保证蚀刻速率(8-10μm/min)的同时,最小化侧蚀;
  1. 温度与喷淋压力协同:将蚀刻液温度稳定在 45-50℃,此温度下蚀刻液活性最佳,可快速腐蚀铜箔,减少蚀刻液在侧面的渗透时间;同时将喷淋压力提升至 2.5-3.0bar(行业常规压力为 1.5-2.0bar),通过高压喷淋形成 “定向冲刷” 效果,及时清除蚀刻过程中产生的 CuCl₂沉淀(蚀刻产物),避免产物附着在线路侧面阻碍蚀刻液流动,进一步降低侧蚀风险。

(二)真空蚀刻技术:保障上下线路一致性

厚铜 PCB 在传统喷淋蚀刻中,因重力作用,下表面蚀刻液停留时间更长,易导致上下表面侧蚀量差异(通常相差 10-15%),影响线路整体精度。普林电路创新采用真空蚀刻工艺,解决这一难题:
  1. 真空蚀刻腔设计:将蚀刻槽置于真空腔体内,蚀刻时保持腔内真空度≤50Pa,使 PCB 上下表面的蚀刻液均匀分布,避免因重力导致的蚀刻液堆积;
  1. 双向喷淋系统:配备上下对称的喷淋头,喷淋压力同步控制在 2.5-3.0bar,确保 PCB 上下表面的蚀刻速率一致(偏差≤5%),从根本上消除上下表面侧蚀量差异,使整体侧蚀量控制在≤20μm(对于 2oz 厚铜箔,侧蚀量占比≤30%),完全符合 IPC-6012B 中对厚铜 PCB 线路精度的要求。

三、总结:系统化管控是解决核心难题的关键

厚铜 PCB 的压合气泡与蚀刻侧蚀难题,并非单一环节问题,而是材料特性、环境管控、工艺参数与设备性能协同作用的结果。深圳普林电路通过建立 “材料预处理 - 环境管控 - 工艺优化 - 设备定制” 的全流程系统化管控体系,在压合阶段以 10 万级无尘环境与≤10Pa 高真空工艺消除气泡隐患,在蚀刻阶段以 38-42Be' 蚀刻液、45-50℃温度、2.5-3.0bar 喷淋压力及真空蚀刻技术控制侧蚀,最终实现厚铜 PCB 良率≥98%、线路精度完全符合高端应用需求的目标,为厚铜 PCB 在大功率、高可靠性领域的应用提供了技术保障。


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