专利名称：印刷线路板的制造方法
技术领域：
本发明涉及生产印刷线路板的工艺方法。更具体地讲，本发明涉及先在绝缘底板表面上，按照所设计的线路板图样，在需要有导电金属的位置，用无电化学镀沉积上导电金属薄膜，然后再用电镀的方法在所说的导电薄膜上沉积金属层，以生产印刷线路板的方法。
迄今，电子工业中的大部分印刷线路板都是热压复合金属层的绝缘板，经图形转移，再经腐蚀处理，按图样去掉部分金属的方法制做。本发明人认为，该方法的主要缺点有，金属的利用率低;腐蚀掉部分金属层后底板易变形;需大量腐蚀溶液，因此环境影响较为严重;印刷线路板上的金属导体一般只能是一种金属，难于再复合另一种金属;升温时线路板上的金属复着强度不足，焊接时容易热脱离，特别是经几次焊接，非常容易脱落;另外，对金属化孔的双面板，生产工艺很复杂，成本很高，而且由于孔化金属与复铜箔处于垂直位置，因此联结困难，容易造成通孔电阻大的质量问题。
在某些非金属材料，即绝缘材料上，例如可镀塑料上，直接采用无电化学镀的方法沉积金属层，已经是公开技术，而且早已广泛应用。
但是，直到现在，工业上并没有采用直接沉积金属法生产印刷线路板。本发明人认为，这主要是由于还有下述问题长期以来一直未得到解决。首先，化学镀沉积金属的工艺成本较高，如果完全采用化学镀的方法生产印刷线路板，经济上并不合算。其次，就化学镀本身而论，要想只用化学镀就沉积出较厚的、边界整齐的、导电性能好、适合作为线路板的导电细条使用的金属层，是有困难的。这是因为在传统的用于制造线路板的各种绝缘材料上，没有能用化学镀选择沉积金属图形的现有技术，因此还需要解决这项技术问题。最后，还有一项很重要的问题，工业上实际需要的线路的图样很复杂，往往一块印刷线路板上就需要有几十条，甚至几百条彼此不相连的导电金属层条，用无电化学镀的方法怎样才能在按设计需要沉积的位置准确地沉积金属，也是需要解决的技术问题;为缩小体积，有时线路板上需要很细的金属层条，有时导电金属条之间的距离很近，用化学镀的方法沉积能否满足电气性能方面的要求，也是需要解决的问题;在上述这些问题都解决之后，还需要解决怎样才能用电镀的方法在图形非常复杂、导电金属层条又彼此不相连通的印刷线路板上，继续沉积金属的问题。
经过长期研究，本发明人发现，采用特定的工艺步骤就能够完全解决上述所有问题。从而能够用在绝缘底板上直接沉积导电金属的方法，制做印刷线路板。用这种工艺生产的印刷线路板，成本低;节约金属材料;线路板不会在加工过程中变形;金属导电条边界整齐;金属导电层与底板结合牢固，不会在焊接时脱离;电镀沉积的金属铜，或银，表面可焊性好，而且可以很容易地在插接元件的孔内壁沉积金属，提高了元件与印刷线路之间的焊接可靠性;特别是对生产现在广泛采用的金属化孔双面线路，大大缩短了工艺流程降低了成本;由于采用了电镀法沉积金属，因此可在导电金属外表面沉积任何金属，这对于高频线路和本身就带有接插点的印刷线路板有很大好处;另外，这种方法的排放废液量小，减少了对环境的影响。
因此，本发明的第一目的是提供采用常规化学镀所用溶液，在绝缘底板上先化学沉积，然后再电镀沉积导电金属，生产印刷线路板的工艺方法。这一工艺方法，可分为二部分，其各自的步骤如下。第一部分，选用适用的绝缘底板;打好按设计需要在内壁沉积金属的透孔;用化学镀中常规适用的敏化液，也就是还原性溶液浸泡;洗净干燥后，进行图形转移，在底板上不需要沉积金属的位置上涂复保护涂层;用化学镀中常规的活化溶液，也就是含起催化作用金属离子的溶液，浸泡;最后将它置于化学镀溶液中，直到沉积了所需厚度的金属，涂复保护涂层的步骤也可在活化步骤之后，化学镀之前进行。
第二部分将第一部的步骤处理过的底板与一导电面叠合，虽然底板每一面上化学沉积的金属条之间互不连通，但是通过透孔内壁沉积的金属层，每一面上的任一根金属层条与另一面的孔口周围沉积的金属连通，因此当一面与导电面叠合后，另一面上的任何一块沉积金属也就都与导电面连通了;再将叠合的导电面和底板置于电镀槽中，作为阴极，通电后就可在未与导电面接触的那一面的金属上继续沉积金属。
本发明的第二个目的是提供在已经按线路板的设计图样涂复或沉积了导电物质的绝缘底板上，用电镀的方法继续在导电物质上沉积金属，以生产印刷线路板的方法。
本发明的第三个目的是提供通孔导电的印刷线路板，电镀沉积金属的方法。
在本说明书和所附权利要求书中，所用的术语的意义如下文所述。
“印刷线路板”是指绝缘材料为底板，其表面上复合了很多条彼此不连通的导电金属条的导电器件。它广泛地用于计算机，电子仪表，电视机，固体集成电路，以及各种电子线路产品中。
“涂复”一词的意思是指用任何方法，将某种能附到底板的物质施布到底板上，例如用丝网印刷或胶板印刷将某种涂料按设计图样印到底板上，在底板上喷印涂料，或者在底板表面先涂满光敏涂料再光刻成所需图样等方法。
“粗化”指使绝缘材料表面变粗糙，也就是去掉表面光亮膜的处理。“机械粗化”指用摩擦或冲击的方法使表面粗化，如磨料研磨，用表面粗糙的物体压轧等。“化学粗化”指用化学试剂粗化表面。
“透孔”指底板上插装元件焊脚穿透印刷线路板的孔或导电孔。
“敏化处理”指任何使底板表面具有还原性处理，如用还原性溶液浸泡。“活性处理”指用有催化作用的物质处理底板表面，例如用含银离子的溶液处理敏化后的表面。
“导电面”指任何材料的导电面，如细金属丝编织成的网面，薄膜导电面等。
“保护层”指一般常用的能盖住所涂复的位置，使其不与液体接触。例如，腐蚀法中使用的涂层，油墨，感光胶，感光干膜等。
下文详细叙述本发明。
工业上，要求印刷线路板阻燃，导电层的可焊性好，特别在需插入元件焊接的孔内壁，希望也沉积有易焊金属，这样能大大降低假焊率。另外要求导电金属与底板结合牢固，焊接时不会热脱离。用本发明的方法，能够生产出完全满足上述要求的印刷线路板。在具体实施中应优先选用阻燃，绝缘性能好的底板，如环氧树脂板，酚醛树脂板，聚酰亚胺板等，应当指出，本发明的方法几乎能在任何已知的绝缘板材上实施，绝不限于上述几种材料。
选定底板后，首先打孔，凡是孔内壁需要沉积金属的孔都要事先打好。而且要沉积的每条金属导电层至少要包围一个穿透底板，内壁要沉积金属的孔。孔的位置应很准确，因此最好使用模具或数控钻打孔。
有些绝缘底板需要表面粗化除掉表面的光亮薄膜层。双面线路板两面都要粗化，单面线路板也是两面粗化较好。当然也可只全部粗化一面，但是在另一面的孔口周围，要进行粗化处理。另外，也可以先粗化后打孔。一般来说，孔内壁不需要粗化。当然，也有某些绝缘材料，并不需粗化。
粗化的方法很多，应首先选用溶剂粗化和化学粗化法。对于难于用这两种方法粗化的材料，可只用机械粗化法。希望粗化后，表面凹凸变化要大，凹凸之间的距离要小，也就是粗化要细，要密。因此，磨腐粗化时，应选用细磨料。粗化后，要将底板表面清洗干净。
化学粗化是非常理想的粗化方法，粗化液的种类很多，可根据绝缘底板的材料，选用适当的粗化液。先在底板上涂复特定的树脂，然后再粗化，也是很常用的粗化方法。
只要能使底板表面有还原性，任何已知的敏化处理方法，都可在本发明的方法中使用。从经济上考虑，用二价锡敏化较好。为使表面凹凸处都充分敏化，可在二价锡溶液中添加敏化助剂，其中主要起作用的成分是表面活性剂。应根据底板材料选用最容易被吸附的表面活性剂。
将敏化后的底板吹干后，即可涂复保护层。涂复的方法很多，如可印刷，可喷印，也可全部涂复光敏组合物再光刻。只要按印刷线路板的设计，将底板上不需要沉积金属的位置保护住即可。涂复上的材料应当对以后活化处理和化学镀所用的溶液没有影响。常用的材料是油墨，光刻胶和干膜，可简单地用丝网印刷技术将油墨印到底板上。印刷的清晰度决定了线路板的清晰度，也就是导电金属在底板上的间距和导电金属条的宽窄。在制作单面印刷线路板时，应当注意在底板另一面在每个内壁要沉积金属的孔口周围留下一个小园，不要涂复保护层，以后在这些小园处要沉积上金属，作为电镀时的导电接点。当然接点可是任何形状，只要与孔内壁上的金属连通即可。用光刻法保护，可以制作铜线条和铜线间距为0.2毫米或更清晰的印刷线路板。
活化处理与传统化学镀中的相同。但是由于化学镀时，不需沉积太厚的金属，换句话说，化学镀的目的只在于提供电镀时所必需的导电金属薄膜。因此，只要化学镀成连续金属薄膜即可。为了经济，就没有必要使太浓的贵金属离子活化液。银离子是比较理想的活化有效成分。有时也可以省掉活化处理步骤，或者活化处理与化学镀同时完成。
活化处理后，再进行图形转移，将不需沉积金属的部位保护起来，也能达到本发明的目的。
活化处理后，即可进行浸泡化学镀。在非金属材料表面进行无电化学沉积，已经广泛应用，在此处无需详细叙述。任何常规的化学镀液都可用在本发明的方法中，但是为了经济，首选的是化学镀铜液。与常规的化学镀略有区别，本发明的这一步骤，不需要沉积太厚的金属层，但希望沉积的金属细致均匀，形成连续导电薄膜，因此，可以选用浓度较低的化学镀液。
另外，在活化处理之前，底板已根据设计图样涂复了保护层，因此，活化处理和化学镀都只在没有涂复的位置起作用。所以，化学镀后的底板就已经是带有所需图样的导电金属的线路板。只是导电金属层的厚度不够，不适合实际需要。还要注意到，此时，在前文所述的孔内壁也沉积了金属，而且孔内壁上的金属与底板两面的金属一一相连通。
底板的周围边界断面上，印刷涂复保护层比较困难。在涂复步骤也可不在断面上涂复。在印刷线路板上，有时也需要有内壁上无金属的透孔。因此，可在电镀之前或者浸入化学镀液之前，采用模具冲切的方法切掉底板的边并冲出内壁不需要沉积金属的透孔。当然这一步骤也可在最后进行，但这样会略增加成本。
将一平面导电体平贴在已经化学镀过的底板上，底板上已经沉积的金属与平面导体直接接触，这样，通过预先打好的孔内壁上的金属，就将底板另一面上任意一条化学沉积的金属与平面导体连通。当将这样组合的底板和平面导体放入电镀槽中，作为阴极时，在底板另一面的任何一条化学沉积金属膜上都会继续电沉积金属，直到所需的厚度。最后得到，孔内壁也电沉积了金属的线路板。将平面导体贴在另一面，再次电镀，就可得到双面线路板。
在实施发明时，平面导电体与底板叠合，使化学镀上的金属与导电面相结触的方法很多，例如可用导电薄膜为导电面，将它贴在底板的一面，电镀另一面。比较好的方法是采用工装夹具。有两类工装夹具非常适用。一种为夹紧型工装夹具，另一种为拉紧型工装夹具。
对于较厚底板，如绝缘底板的厚度在1毫米以上，底板有一定的刚性，用夹紧夹具较好。夹紧工装夹具基本结构是矩形框架，类似于家庭中的镜框，材料可选用不锈钢，工程塑料等任何能耐电镀液腐蚀的材料。按底板的尺寸作矩形框架，使框架刚好压住底板的四周，暴露出底板上要电镀加厚的部分。底板另一面与导电面接触，导电面可是柔软的金属网或其他柔软的导电材料，导电面背衬弹性材料，弹性材料背衬一刚性平面。当刚性平面与框架之间紧固后，弹性材料和导电金属网被夹在所说的刚性平面和底板之间，利用弹性材料的弹性，使底板上已经沉积的任何一片金属薄膜与导电金属网接触，而且所说的任何一片金属薄膜都通过已经于内壁沉积了金属的透孔与要电镀加厚的一面上的化学沉积的金属联通。这样就造成了底板上互不相连的每一条要电镀加厚的金属膜都通过透孔与导电金属网联通，能够用电镀的方法加厚。
所说的刚性平面与底板之间所夹的弹性材料可用弹性较好的橡胶板，也可以是薄柔性壁的充气袋。控制气袋中气体的压力，能使金属导电网与底板上的金属膜良好接触;而且用气体压力作为框架与刚性面之间紧固的动力，还能简化整个工装夹具的结构。也可以用另一块底板作为所说的刚性面，这时工装夹具的基本结构是两个可固定到一起的矩形框架。具体作法是，要电镀加厚的底板像镜子装入镜框一样装入框架，要电镀的一面朝外，另一面各置一层金属导电网，中间是弹性材料或气袋，再将这两个框架紧固到一起成为一个组件。组件可同时电镀加厚二块底板。
当底板面积较大、或者底板的刚性不足时，只压住底板四周、依靠弹性难于保证每一块金属薄膜都能与导电金属网可靠接触。这时可使用梯形框架。梯形框架工装夹具的原理与上述矩形框架相同。只是在矩形框架中间加一或多条筋，如果说原来框架是“口字形”，梯形框架就成为“日字形”或者“目字形”。由于加了筋，实际上等于减小单块要压紧的底板面积，这样就增加了底板与刚性面之间的弹性材料的弹力，能够保证底板上任一块金属薄膜与导电金属网可靠接触。这样做带来的问题是无法一次电镀将要加厚的一面全部电镀加厚，因为所加的“筋”盖住了部分底板，电镀时，被盖住的部分不会沉积上金属。可用再次电镀加厚一次的方法补救，再次电镀的夹具的框架刚好露出第一次电镀加厚时盖住的部分，而且要盖住第一次已经电镀加厚的部分。在两次电镀沉积金属的交界处，可能出现沉积金属的凸棱，这可在后处理时用机械方法磨掉。
原则上讲，只要在夹具框架上加足够数量的筋，用上述二次电镀加厚的方法可以电镀加厚任意大小的底板，而且绝不会存在金属导电网与底板之间接触不良的问题。
底板较薄，底板的刚性较差，或者底板的长度很大时，采用拉紧型工装夹具有利。拉紧型夹具的背衬刚性面为曲率半径较大的曲面，最好是园弧曲面，园弧曲面的弧线长度与要电镀加底板的长度相配合。在曲面的凸面上先置一层弹性材料，再置导电金属网，要电镀加厚的底板置于导电金属网上，在底板两端同时施加拉力，拉力方向基本上与曲面切线方向相同，使底板的一面将导电金属网和弹性材料压到园弧曲面上，此时底板、导电金属网和弹性材料都变形成园弧曲面，且由于底板张力的作用，导电金属网和弹性材料都夹在底板和刚性曲面之间。只要施加在底板两端的拉力足够大，就能将弹性材料压紧，弹性材料的弹力使金属网与底板凹面上的任一块金属薄膜接触，这和夹紧型夹具的作用一样，达到能够使底板凸面上互不相连的每一条要电镀加厚的金属都与导电金属网接通的目的。
如果用气袋作弹性材料，将底板两端先固定到刚性曲面上，然后给气袋充气，增加气袋压力，就增加了底板张力，张力足够大，就能保证导电金属网与底板凹面上的每块金属膜可靠接触。由于使用拉紧型夹具时，底板要改变形状，所以应尽量使用园弧曲率半径大的刚性曲面，以减少底板的弯曲变形量。
当然，用电镀步骤可以镀复任何金属。例如，可先镀铜，然后表面再镀银，可得适合高频使用的线路板。在需要将线路板插接到整机上的情况，也可在线路板上设计出插接部位，在电镀工序，在插接部位电镀上耐磨的插接金属。
由于化学沉积的金属与绝缘材料表面是机械复合，因此只要绝缘材料表面的凹凸程度合适，而且，沉积金属与底板复合的强度足以满足作为线路板使用的要求，都能作为按本发明的方法生产印刷线路板的底板。与层压复铜板相比，明显的好处是，沉积金属层与底板间的内应力小，在焊接温度仍保持较高的结合强度。
本发明的工艺步骤中，图形转移保护层的步骤一定要在敏化处理之后进行。这是因为，如果在敏化处理之前进行，则在不需要沉积金属的保护层上，也可能会沉积上金属，结果，在需要沉积金属的位置沉积的金属条边界不清晰，甚至造成短路。当然，图形转移保护层步骤也可以在活化处理后进行。
鉴于电镀沉积金属的费用远远低于化学镀，因此，应当尽量将化学镀沉积金属的量控制到最小。只要化学沉积上足以导电的薄膜，就应停止化学镀，而用电镀法加厚沉积金属层，这样最为经济。另外，电镀沉积的金属边界整齐，表面光亮，可焊性好，因此在所沉积的金属中，用电镀沉积的比例越大，越容易得到宽窄尺寸准确的沉积金属条，经济上越合算。
从前面的叙述可以看出，在本发明的生产印刷线路板的工艺过程中通过沉积在通孔内壁上的金属使底板两面上沉积的金属一一导通，然后再用一导电面与底板的一面叠合使另一面上所有彼此各不相通的沉积金属条都与导电面导通，再进行电镀，这是本发明的重要技术特征之一。因此，任何先采用其他技术使绝缘底板的一面上具有所需的导电图样，并通过透孔与另一面导通，再电镀沉积金属以生产线路板的方法都在本发明的范围之内。
提供下述实例旨在一步具体说明本发明的方法，决没有本发明只限于此的意思。
例130厘米×10厘米×0.2厘米环氧树脂层压板，即通用的印刷线路板底板，用零号沙纸交叉打掉表面光亮膜后，用常规的酪酐和浓硫酸腐蚀液腐蚀。用1.8毫米钻头，2.5毫米的钻头在板上以3厘米的间距打很多透孔。将板清洗干净后晾干。
配制每升含2克烷基磺酸钠，30毫升36%的盐酸和25克SnCl2·2H2O的敏化液。然后将晾干后的底板在此室温敏化液中浸泡1分钟，取出后用去离子水漂洗。
晾干后将底板置于室温的活化液中浸泡1分钟。每升活化液中含有2克AgNO2，150毫升95%的乙醇和足以使溶液最后充分透明的氨水。从活化液中取出底板后，可以看到颜色变深。
在活化后的底板上，用画图笔蘸上彩印塑料薄膜的油墨涂画。在板两面都涂画，一面模拟印刷线路板留下0.5毫米，1毫米，2毫米和5毫米左右宽的窄条不涂，孔口周围留下约4毫米直径的园环不涂，作为焊盘。每条留下的窄条都至少与一个孔周围不涂的园环相连。窄条之间要涂满油墨。另一面上，只是孔口周围留下园环不涂。
化学镀液中含有30克Na2EDTA，10克CuSO4·7H2O，0.2克十二烷基磺酸钠，10克氢氧化钠和使用前才加入的15毫升38%的甲醛。室温下浸泡5分钟，取出后可见，在所有未涂油墨的位置都沉积了一层铜膜，包括透孔的内壁也沉积了铜膜。用三用表10欧姆电阻档测量，每条通过透孔内壁上的铜与另一面的园环相连的沉积铜层窄条与小园环之间的电阻为零。
使用市售最细的罗面筛网作为导电面，将10厘米×30厘米的筛网与只是孔口周围不涂的一面重叠，网上覆盖一层3毫米厚的软橡胶板，橡胶板上再盖一块3毫米厚的塑料板，将塑料板和底板夹紧，从筛网上接线，接到蓄电池的负级。电池正级与一紫铜板相连，将紫铜板和化学镀后夹上导电面的底板一起放入一容器内，容器内有硫酸铜电镀液和镀铜光亮剂。通电15分钟后，可见在所有先用化学镀沉积的铜膜窄条上面都沉积了一层较厚的光亮铜，而且孔壁上也沉积上光亮铜。
例2按国家标准GB4588·1-4588·2-84中的图样，在环氧树脂层压板上，采用实施例1的基本步骤，制作了一块双面标准测试板，只是改用光刻法转移图形。经印刷线路板检测中心检测，结果如下。
导电铜条间绝缘电阻 5×1011欧姆于265℃锡锅浸焊10秒镀层与基材之间无起泡、分层现象表面可焊性试验温度235℃时间3秒，可焊孔电阻最低200微欧姆抗剥强度0.62N/mm弯曲试验弯折5次才能折断。
权利要求
1.在绝缘材料底板上，先无电化学镀，再电镀沉积导电金属，生产印刷线路板的工艺，其特征在于包括下述步骤(1)用化学试剂和/或机械手段粗化底板表面；(2)根据线路板的设计，在底板上打孔壁需要沉积金属的透孔；(3)将打好孔的底板置于常规化学镀使用的敏化液中，进行敏化处理；(4)根据线路板的设计，在敏化处理过的底板表面上进行图形转移，在不需要沉积金属的位置涂复保护层；(5)将已经涂复保护层的底板依次置于常规化学镀使用的活化液和化学镀液中进行活化处理和化学沉积，在没有涂复保护层的位置沉积金属；(6)将已化学沉积上金属的底板的一面与一导电面叠合，作为阴板置于电镀槽中，通电，在底板另一面的任何一条化学沉积的金属层条上继续电镀沉积金属。
2.根据权利要求1所述的工艺，其中所用的底板表面是可直接化学沉积的材料，并且省掉粗化步骤。
3.根据权利要求1所述的工艺，其中所说的涂复保护层的步骤在活化处理后化学沉积金属之前进行。
4.根据权利要求1所述的工艺，其中的电镀沉积步骤(6)中，采用下述两种工装夹具中的一种，使已化学沉积上金属的底板的一面与一导电面叠合夹紧型夹具，它包括矩形框架、导电金属网或箔、弹性材料或气袋、刚性平面型衬板以及能将矩形框架与刚性衬板紧固到一起的另件;拉紧型夹具，它包括园弧曲面形刚性衬板、弹性材料或气袋、导电金属网以及对底板两端施加拉力的装置，使底板和园弧曲面衬板之间的弹性材料或气袋被夹紧。
5.根据权利要求4所述的工艺，其中所说的夹紧型夹具的框架内加装了一条或多条筋。
6.根据权利要求4所述的工艺，其中所说的夹紧型夹具和拉紧型夹具都用气袋为弹性材料，且是用先将夹具和底板固定好，再向气袋内充气，使夹具夹紧或拉紧。
7.采用前述任何一项权利要求所限定的工艺所生产的透孔内壁沉积了金属的印刷线路板。
全文摘要
本发明提供了，在通用绝缘板材上先化学沉积导电金属，再电镀沉积导电金属，生产印刷线路板的工艺。用此工艺生产的印刷线路板，成本低，加工过程中底板不易变形，节约金属材料，能做成导电条表面是任何种金属的印刷线路板，而且排放废液量少，减少环境影响。产品印刷线路板上的金属与底板结合得牢，不会在焊接时脱离，可焊性好，在插装元件焊脚的孔内壁上有易焊金属，可降低假焊率。
文档编号H05K3/10GK1034841SQ8910043
公开日1989年8月16日 申请日期1989年2月4日 优先权日1989年2月4日
发明者梁植林, 郑世忠, 罗英杰 申请人:梁植林