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电路板制造流程的研磨的基础及其最新动向

时间:2018年01月13日信息来源:印制电路信息点击: 【字体:
【独家连载】电路板制造流程的研磨的基础及其最新动向(连载1)——推陈出新的“研磨”世界一、前言 “打磨”技术从远古的绳文时代就用于打磨石器,时至今日几乎所有产品都要进行打磨加工。打磨的用途也是各式各样,例如

【独家连载】电路板制造流程的研磨的基础及其最新动向(连载1)——推陈出新的“研磨”世界

一、前言

 

打磨”技术从远古的绳文时代就用于打磨石器,时至今日几乎所有产品都要进行打磨加工。打磨的用途也是各式各样,例如,通过打磨使装饰品产生光泽,借助刀具的抛光提高锋利度,还有,要求镜面以及尺寸、形状稳定的透镜,硅片等等都采用打磨技术(见表1)。

表1.研磨的目的与用途

目的

评价标准

用途、适用领域

研磨方法

装饰性的提高

光泽度

不锈钢产品

毡磨、电解研磨

镜面

表面粗糙度

反射镜、建筑物内外的装饰材料

抛光

转移、剥离性的提高

Ra

模具

手工打磨

底层面处理

清洁性

电镀、涂漆等的打底

毡磨、电解研磨

表面粗糙度的微细化、高品质镜面

Ra、Rz

半导体晶片

玻璃面罩

超高精密抛光

无干扰面

排除缺陷

半导体晶片

化学机械研磨

打磨方法依据研磨对象(产品)和要求品质而种类繁多,从手工打磨至研磨、抛光、砂轮打磨、毡磨、电解研磨等多种方法。对于品质有光泽度、表面粗糙度、清洁性、去除表面膜等的要求。

 

普遍认为研磨有许多专有技术。选择与研磨对象(产品)的材质般配的研磨资材(磨料、加工液、研磨工具等),以及选择适宜研磨对象(产品)的形状、选择符合要求加工精度的研磨设备和操作需要深奥知识和经验。过去,光学零件厂家把研磨的技能和技师当成宝贝,有专有技术不出家门的规定。即使现在,研磨产品的品质好与坏全凭技师的技能与经验。

 

那么,在电路板制造流程研磨究竟起什么作用?电路板是经过多个工段才制成的,几乎所有工段的前后都要进行研磨,而且,每个工段的研磨对象(以下简称板件)的形状、材质以及品质要求不尽相同,所以,采用不同的研磨方法是必然的。

 

研磨虽然不是用来进行钻孔、电镀、图形转移等的主要加工,但是,对电路板的品质影响甚大,有时甚至是诱发致命缺点的重要工段。电路板制造流程的研磨与表1所列举的半导体晶片的研磨方法差别很大,其难度是独特的。主要的特点比较如下:

A、研磨对象是很薄树脂材料,容易变形(薄板的厚度50μm,与新纸币的厚度差不多)。

B、研磨对象的表面材质不是一种,而是金属与树脂的混合。

C、研磨对象的表面有凹凸(轮廓),必须沿着轮廓研磨。

D、研磨对象有“波纹”,必须沿着波纹研磨。

近年来随着电路板的导电图形的微细化、高密度化、以及厚薄图形并存,研磨的难度增大。尽管研磨设备以及磨毡厂家公开了某个流程适合什么样的研磨设备,什么样的研磨夹具的专有技术。但是,哪种研磨方法、夹具适合深谙原理的制造工程师要求说明的却寥寥无几。

本讲义是为一般读者而编写的,我把“为什么”放在心上同时说明电路板制造流程的研磨的基础知识,以及研磨的课题、开发动向。

 

二、研磨的概要

在进入电路板制造流程的研磨之前先说明“一般的研磨”。

 

1.术语的“切削”、“磨削”、“研磨”的差别

 

板件的机械加工过程使用切削、磨削、研磨等相似的术语,不过,加工内容各异。

1、切削:指使用钻头、车刀等的刀具切削板件的加工。使用的装置有机床、铣床、钻床。

2、磨削:指使用砂轮等进行磨削,让板件达到规定尺寸的加工。即使用砂带或者砂轮进行“磨削”加工,板件的粗糙表面以及毛刺达到规定的尺寸。使用的装置是表面磨床。

3、研磨:使用毡等进行“打磨”,让板件的表面形成规定轮廓的加工。板件的形状几乎没有变化。使用的装置是毡研磨机、刷磨机等。

电路板制造流程的钻孔、外形的加工是“切削”,而电镀、图形转移前后的表面处理是“研磨”。但是,各个工段的研磨需要加入适度“磨削”的工艺。所以,电路板制造流程的磨削与研磨没有境界是连续的,一般地都称为“研磨”。

 

2.研磨的目的与用途

表1归纳了主要的研磨目的与用途。众所周知,研磨的用途广泛,也有各种各样的研磨方法和评价标准。可是,表中没有关于电路板的记载。比较接近的是“底层面处理”,其评价标准是“清洁性”。当然,在电路板制造流程的清洁性也是重要的品质项目。除此以外,还有许多电路板不可或缺的特有的项目。表⒈记载的研磨全部是“同质材料的平面研磨”,而电路板的研磨则是金属与树脂混合的异质材料,即上述A~D所列举例子。

表1.研磨的目的与用途

目的

评价标准

用途、适用领域

研磨方法

装饰性的提高

光泽度

不锈钢产品

毡磨、电解研磨

镜面

表面粗糙度

反射镜、建筑物内外的装饰材料

抛光

转移、剥离性的提高

Ra

模具

手工打磨

底层面处理

清洁性

电镀、涂漆等的打底

毡磨、电解研磨

表面粗糙度的微细化、高品质镜面

Ra、Rz

半导体晶片

玻璃面罩

超高精密抛光

无干扰面

排除缺陷

半导体晶片

化学机械研磨

 

3.研磨术语

表2是研磨有关的主要术语及其简单的说明。“打磨”的术语相当通常的“抛光”,但是,在电路板制造流程不是研磨镜面,而是加工最适宜的表面粗糙度,根据此意思使用“表面处理”的术语。表面粗糙度是指周期比较短的凹凸,用数值Ra、Rz来表示,而周期比较长的表面起伏则称为表面波纹。

表2.研磨的术语

1、表面粗糙度Ra、Rz: 表示板件表面粗糙度的参数。Ra是以算术平均粗糙度来计算粗糙度曲线的平均值。Rz是粗糙度的峰值10个部位的平均值(现行的JIS用RzJIS表示)。

2、毡(buff):将参入研磨材料的非织布加工成圆筒形状的研磨夹具。

3、电解研磨:在板件与对极之间接通直流电流的研磨,对板件的凹凸面进行平滑的加工。

4、抛光(polishing):用磨料与软质垫进行的镜面加工。

5、CMP化学机械抛光(Chemical mechanical polishing):利用研磨材料自身的化学作用或者研磨液中的化学成分增大机械性研磨的效果,获得极其平滑研磨面的技术,用于半导体晶片的研磨。

6、磨料(abrasive)、火山灰(pumice):削削、磨削所使用的硬性粒状的粉末。火山灰是轻石,捣碎后成为磨料,一般都称为磨料。

7、去毛刺(deburring):毛刺(burr)是钻孔、凿槽(开槽、绞孔)等机械加工后,在孔的外周或者外形边缘突出的绝缘基板或者铜箔的细微凸起,去除这个凸起的研磨就叫做去毛刺。

8、表面处理(surface   cleaning and conditioning):在电路板制造流程的贴干膜前、电镀前、蚀刻前等利用机械或者化学方法清洗板件表面,为后续的良好处理提供适度的粗糙表面的加工。表面处理有机械方法与化学方法。

9、毡轮研磨:是机械表面处理方法之一,旋转毡磨轮同时的湿式进行研磨。

10、修整:把变形或者变质的毡轮放在铺有金刚石磨料的板上进行研磨修复。

11、摆动机构:在毡轮研磨的过程让辊轮左右摆动,提高研磨面的加工效果的机构。

12、磨刷:是机械表面处理的方法之一,散布磨料的同时由刷子进行研磨。

13、喷砂磨刷:是机械表面处理的方法之一,喷射含有磨料的水流的同时进行研磨。

14、化学表面处理、化学清洗(chemical cleaning):利用硫酸或者双氧水甚至硫酸(蚀刻液的一种)进行表面处理的方法。

来源:第549期《印制电路信息》(10月26日出版)

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