岑劲聪

摘 要：4G及5G移动通信信号传输频率与传输速率不断提高，对印制电路板中负责信号传输的线路精细程度、线路长度及线路密度之要求也日益严苛。为满足移动通信对高性能印制电路板的要求，文章开发出了一种新的半加成法技术，用以制作精细线路。结果表明，这种新的半加成法能够避免磁控溅射、化学镀铜以及减薄铜等传统半加成制作方式的缺陷，获得适用于移动通信的精细线路。

关键词：移动通信；精细线路；半加成法；印制电路板

中图分类号：TN6 文献标识码：A 文章编号：2095-2945（2018）36-0100-02

Abstract： With the increasing frequency and transmission rate of 4G and 5G mobile communication signals， the requirements of line fineness， line length and line density for signal transmission in printed circuit board （PCB） are becoming more and more stringent. In order to meet the requirements of mobile communication for high performance printed circuit board （PCB）， a new semi-addition technique is developed to fabricate fine circuit. The results show that the new semi-addition method can avoid the defects of traditional half-addition methods such as magnetron sputtering， electroless copper plating and thinning copper， and obtain fine circuits suitable for mobile communication.

Keywords： mobile communication； fine circuit； semi-addition； printed circuit board

1 概述

隨着科学技术的飞速发展，人们已经进入了4G通信时代，并且在此基础上进一步提出了5G通信的概念[1]。正因如此，移动通信对信号的传输频率与信号的传输速率也提出了更高的要求。与此同时，信号的传输频率与传输速率又与印制电路板（Printed Circuit Board，PCB）中承载信号传输线路的精细程度息息相关[2]。一般而言，线路的精细程度越高，高频信号因趋肤效应在线路表面传输时，信号发生散射而造成损耗的几率也就越小[3]。随着移动通信设备便携式、轻量化与集成化的发展趋势日渐明朗，其IC芯片的I/O接口也随之大幅增多，这就要求增加PCB精细线路的长度及密度，以便满足目前移动通信设备的应用与发展需求[4]。

到目前为止，制作高密度精细线路较有前景的工艺技术当属半加成法。这种方法的原理是通过化学镀铜、磁控溅射以及减薄铜等工艺在PCB基材上制备出一层1-3um铜薄膜，然后对需要制作精细线路的区域进行遮光处理，待曝光显影露出铜面后再行电镀制备出需要的线路，最后将剩下的干膜褪去后快速蚀刻掉非线路区域的铜薄膜[5]。然而，化学铜方法结合力不足，磁控溅射成本高、效率低，而减薄铜难以获得厚度均匀的铜薄膜[6]。针对上述三种方法的缺陷，本文另辟蹊径，将化学镀铜改为化学镀镍在PCB表面利用半加成法制备精细线路，不仅克服了上述三种成膜方法的不足，而且还获得了镀层结合力好、精细程度高的线路图形。

2 实验

2.1 实验原料及仪器设备

所用原材料：环氧树脂基材、镍蚀刻液、铜电镀液、感光抗蚀干膜、显影液、活化液、化学镀镍试剂等。

所用仪器设备：金相显微镜、哈林槽、曝光机、小型锣机；回流焊机、DES线、等离子体处理机等。

2.2 实验过程

化学镀镍：首先将环氧树脂表面进行等离子处理后，再利用高锰酸钾去除等离子处理过程中在环氧树脂表面的有机残留物，接着去除环氧树脂表面残留的高锰酸钾及其还原产物，并对基材表面进行除油处理，用于调整基材表面电荷分布以便于后工序活性钯的吸附。然后利用活化液改性对基材进行敏化活化处理，使其表面沉积上一层具有催化作用的钯原子。最后将经过活化敏化处理的环氧树脂基材浸入镀液中进行镍沉积。需要说明的是，上述步骤中等离子处理的目的是为了提升镍层与环氧基材之间的结合力。

曝光显影[7]：在环氧基材镍层表面贴上抗镀干膜，并将光绘线路图形的菲林粘贴于抗镀干膜表面进行曝光处理。在这一步骤中，需要制作精细线路部分的干膜表面要求遮光，在曝光过程中不发生光化学反应，在后续显影过程中能够被去除。而不需要制作精细线路部分的干膜表面因无遮光处理，可以与光发生光化学反应，在后续显影过程中干膜被保留住，从而对镍层起到保护作用。

图形电镀：将经显影过后的环氧基材浸入哈林槽中，同时以环氧基板和磷铜板分别作为电镀的阴阳两极进行电镀。经曝光显影后，需要制作线路的部分因干膜被去除而被电镀沉积上铜原子，剩下的区域因有干膜保护而无法被电镀。电镀所设置的电流密度为0.78A/dm2，电镀时间设置为125分钟。

退膜与蚀刻[8]：利用NaOH溶液将镍层表面的干膜去除后，再利用镍蚀刻液快速蚀刻掉不需要的镍层，最终完成精细线路的制作。

观察与测量：将经镍蚀刻后的基板沿横截面方向取样并制作成切片，然后利用金相显微镜进行观察和分析，确定出最佳的镍蚀刻速度，并测量在此蚀刻速度下，最终获得的精细线路的宽度。

3 结果与讨论

因化学镀镍是此新型半加成法的关键步骤，因此其厚度对后续的镍蚀刻速度显得尤为重要。在基板经曝光显影过后的电镀过程中，基板作为阴极，其未被干膜覆盖的区域被电镀上了铜原子形成线路图形。此时的电镀铜原子是沉积在镍层表面，随着电镀时间的延长，线路部分与镍层之间的高度差越来越大，如图1所示。待线路铜厚达到指定厚度时随即停止电镀，然后进行镍蚀刻。本文的镀镍层厚度为2μm，分别蚀刻1分钟、2分钟、3分钟，对应的蚀刻效果分别如图1（a）、1（b）及1（c）所示。经观察后可以得知，对于2μm厚的镍层，当蚀刻时间为1分钟时，镍残留较多，此时表现为蚀刻不尽；当蚀刻时间为3分钟时，线路图形下方的镍层开始被咬蚀，此时表现为蚀刻过度，已经严重影响到镍层与环氧基材之间的结合力；当蚀刻时间为2分钟时，线路图形下方的镍层基本完好，非线路区域的镍层也被蚀刻干净，此时效果最为理想。

当确定好镍蚀刻所需要的时间之后，利用光绘技术绘制出线路图形菲林，并利用图形转移技术将其转移到环氧基材所在的PCB上，通过电镀工艺将线路电镀至指定的厚度。因为移动通信设备对线路的宽度要求较小，一般为30-50μm，甚至更低。因此，本文主要研究镍层上电镀铜线宽的工艺制作能力。图2（a）与图2（b）分別是利用新型半加成法所制备出的50μm及30μm线宽的精细线路。从图中可以看出，这种新型半加成法所制备的线路不仅线宽较为细小，而且线路平整度也较好，能够较好地满足移动通信设备对PCB线路的要求。同时，在该方法的基础上，通过相关工艺参数的优化设计和化学试剂的合理选择，对于30μm以下精细线路的制作也是可行的，能够进一步满足移动通信设备对PCB更为严苛的精细线路要求。

4 结论

通过在环氧树脂基材表面采用化学镀的方式沉积2μm厚的镍薄膜层，并以此为基础开发出一种新的半加成法用以制备移动通信设备所需的精细线路是一种行之有效的创新。不仅能制备出30-50μm宽度的精细线路，而且还能保证线路的平整度。可以预见的是，未来随着光绘技术的进一步发展，结合该新型半加成法，制备30μm以下更为精密的精细线路以满足移动通信设备对PCB更为严苛的精细线路要求，也不失为一种可行之举。

参考文献：

[1]李艳峰.5G移动通信技术发展与应用趋势探讨[J].信息通信，2018（08）：217-218.

[2]王莉.第5代移动通信网络的新业务应用及其关键技术[J].信息通信，2018（08）：243-245.

[3]熊于菽.4G移动通信技术在消防现场应急通信中的应用及发展[J].集成电路应用，2018（10）：89-90+92.

[4]梁文静.5G移动通信发展趋势与若干关键技术要点[J].电子世界，2018（15）：177-178.

[5]何慧蓉.HDI高铜厚精细线

路制备关键技术研究[D].重庆大学，2017.

[6]刘鑫华，刘芳远，段绍华，等.玻璃底片在25μm精细线路中实际应用研究[J].印制电路信息，2016，24（11）：24-27.

[7]冯立.激光在刚挠结合板窗口及精细线路应用中的研究[D].电子科技大学，2014.

[8]李亮.基于Genesis软件的精细线路HDI印制板蚀刻均匀性的研究[D].电子科技大学，2013.