精细线路多层刚挠结合印制电路板的关键技术研究及应用

分类号O69密级UDC1注学位论文精细线路多层刚挠结合印制电路板的关键技术研究及应用周国云指导教师姓名何为教授电子科技大学成都申请专业学位级别硕士专业名称应用化学论文提交日期2010.4论文答辩日期2010.5学位授予单位和日期电子科技大学答辩委员会主席评阅人2010年月日注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。签名：日期：年月日关于论文使用授权的说明本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）签名：导师签名：日期：年月日摘要I摘要电子产品的发展趋势要求印制电路板（PCB）沿着“轻、薄、短、小”及多功能化方向发展。多层刚挠结合印制电路板（Rigid-flexPCB）以其尺寸小、重量轻、可避免连线错误，增加组装灵活性，实现三维立体组装等优点将成为印制电路板发展的一个重要方向。刚挠结合区通孔的制作是多层Rigid-flexPCB主要的关键工艺之一。本文将从钻刀切削刚挠结合区通孔和等离子清洗通孔内钻污着手。使用正交试验设计方法寻找两种常见的多层Rigid-flexPCB钻刀切削刚挠结合区的通孔的最佳切削参数范围。通过确定钻刀磨损与钻孔数之间的关系，找到不同结构多层Rigid-flexPCB钻刀的切削寿命。本文还设计试验寻找铜层及聚酰亚胺大钉头的出现原因和规律，为制作高可靠性的多层Rigid-flexPCB结构提供实践性的依据。在等离子清洗试验中，为能给后面的定量研究提供稳定的试验环境。文章还设计了两个试验来研究等离子腔体内极板二维空间的等离子蚀刻均匀性及等离子时间的均匀性。在稳定的试验环境下，本文研究了多层Rigid-flexPCB上聚酰亚胺、环氧树脂及丙烯酸胶等三种重要材料在不同等离子环境的蚀刻速率，并使用均匀优化设计方法，使用minitab软件拟合出三种有机材料与等离子蚀刻参数之间的定量关系。文章还应用化学动力学知识，假设等离子体与多层Rigid-flexPCB上有机材料的反应机理，通过平衡近似法，成功地从理论上推导出有机材料与等离子蚀刻参数之间的关系，从理论上证实了CF4与O2等离子体蚀刻多层Rigid-flexPCB上的有机材料的化学反应机理。为制作高厚径比，高平整度的多层Rigid-flex通孔，文章还进行了等离子的渗透能力，大气体比例对孔壁平整度影响等实验的研究。实验结果证明，在对高多层的Rigid-flexPCB刚挠结合区的通孔清洗时，等离子清洗应分两个阶段，一阶段应用“等离子对不同材料蚀刻均匀性研究”的实验结果，二阶段使用大气体比例的等离子气体进行微蚀。文章还对Rigid-flexPCB未来发展精细线路的趋势着手，分别使用流体力学的理论分析喷淋压力对线路制作的影响。理论的结果表明，喷淋压力增大，一方面可以使精细线路同一沟槽内铜箔的蚀刻速率趋于一致，增加蚀刻因子。另一方面，压力增加沟槽内侧面铜离子扩散速率大，侧蚀增大。因此，要综合考虑，在摘要II精细线路制作过程中，要控制好um，即选择合适的喷淋压力，制作精细线路。现有的氯化铜蚀刻液将很难满足未来减成法制作多层Rigid-flex精细线路的发展，因此本文还发明了一种新型硝酸蚀刻液。论文分别就蚀刻液中各成分的作用，硝酸蚀刻液能提高蚀刻因子的原因，废液废气的回收系统进行了研究。通过与酸性氯化铜蚀刻液的对比，突出显示了硝酸蚀刻液的未来发展的前景。在论文最后，为检测关键技术实验结果在多层Rigid-flexPCB中的应用效果，特别设计了一个含有100μm的六层刚挠结合板作用实验产品。最终产品显示，金属切削刚挠结合区通孔，等离子清洗通孔等实验的结果大大地提高金属化孔的可靠性。关键字：刚挠结合板、切削钻孔、等离子去钻污、精细线路、硝酸蚀刻液ABSTRACTIIIABSTRACTThedevelopmenttrendsofelectronicproductsrequirePCB(printedcircuitboard)alongthedevelopmentdirectionoflight,thin,shortandsmallandmultifunction.Multi-layerRigid-flexPCBwithitssmallsize,lightweight,avoidingconnectionerrors,theincreasingofassemblyflexibilityandthree-dimensionalassembling,willbeanimportantdevelopmentdirectionofPCB.Thefabricatingofthrough-holeinRigid-flexzoneofmulti-layerRigid-flexPCBisoneofthecrucialprocesses.Inthispaper,thedrillingandplasmadesmearprocesswereresearchedbyintegratingthepracticeandtheory.Intheresearchofdrillingprocess,theoptimalcuttingparametersofthrough-holeinRigid-flexzoneoftwocommonmulti-layerRigid-flexPCBwereobtainedbyorthogonalexperimentaldesignmethod;Bydeterminingtherelationbetweenholedrillingnumberandcuttingwear,thecuttinglifeof0.25mmdiameterhitfordifferentmulti-layerRigid-flexPCBwasdefined;theemergedcauseandemergedlawoflongnailheadforcopperandpolyimidewerealsoresearchedtoprovidetheproductionguidanceofreliablehighmulti-layerRigid-flexPCB.Inplasmadesmearexperiments,plasmaetchinguniformityindifferentplateareasofplasmamachinebodyanddifferentworkingtimesweredesignedtoprovideastableexperimentalenvironmentforthelaterquantitativeresearch.Basedonastableexperimentalenvironment,thenonlinearregressionequationsbetweenetchedrateofpolyimide,epoxyresinandacrylicplasticinmulti-layerRigid-flexPCBandplasmaetchingparameterswerefittedbyminitabsoftwarethroughUniformdesignmethod.Inthelatterofthepaper,byassumingthatthereactionmechanismbetweenplasmaandorganicmaterialsinmulti-layerRigid-flexPCBandemployingtheknowledgeofchemicalkinetics,theplasmaetchingraterelationwithdifferentorganicmaterialinRigid-flexPCBwassuccessfullydeduced,therebythemechanismofCF4andO2plasmaetchingwithorganicmaterialsinmulti-layerRigid-flexPCBwastheoreticallyconfirmed.Forfabricatinghighratioofdepthtodiameter,flatnessholesinmulti-layerABSTRACTIVRigid-flex,thepenetrationofplasmainthroughhole,andtheinfluenceofhighratioofCF4amounttoO2amounttotheroughnessofthrough-holewallwerealsostudied.ExperimentalresultsshowthatinthehighlayersofRigid-flexPCB,plasmacleaningshouldbedividedintotwostages,thefirstdesmeariscarriedwiththeexperimentalresultsofuniformitystudyofPlasmaetchingtodifferentmaterials,theseconddesmeariscarriedwiththeplasmagasoflargeCF4toO2proportion.ThepaperalsostudiedbasedontheRigid-flexPCB’sdevelopmenttrendstofinelines.Theimpactofsprayingpressuretofinecopperconductivelineswasanalyzedtheoretically.Theoreticalresultsshowthatwhenthesprayingpressureisincreased,ontheonehand,itcanenhanceetchinguniformityandincreasetheetchingfactor,Ontheotherhand,itwillcausemoreseriouswallsidecoppereroded.Therefore,inthefine-lineproductionprocess,thesprayingpressuremustbecontrolledinanappropriaterange.Thecommonlyusedcupricchlorideetchingsolutionisdifficulttomeetfuturedeveplomentoffinelinesinmulti-layerRigid-flex.Inthispaper,anovelnitricacidetchingsolutionwasprepared.Therolesofeachcomponentinsolution,thereasonsthatthenitricacidetchingsolutioncanimprovetheetchingfactorandwastegasandsolutionrecoverysysteminexhaustedsolutionweredescribed.Comparedwiththeacidcupricchlorideetchingsolution,thenitricacidetchingsolutionhighlightsitsapplicationprospectsinthefuture.F