刚挠印制电路板去钻污及凹蚀技术

 【PCB信息网】去钻污及凹蚀是刚-挠印制电路板数控钻孔后,化学镀铜或者直接电镀铜前的一个重要工序,要想刚挠印制电路板实现可靠电气互连,就必须结合刚挠印制电路板其特殊的材料构成,针对其主体材料聚酰亚胺和丙烯酸不耐强碱性的特性,选用合适的去钻污及凹蚀技术。刚挠印制电路板去钻污及凹蚀技术分湿法技术和干法技术两种,下面就这两种技术与各位同行进行共同探讨。 

刚挠印制电路板湿法去钻污及凹蚀技术由以下三个步骤组成: 

1、膨松(也叫溶胀处理)。利用醇醚类膨松药水软化孔壁基材,破坏高分子结构,进而增加可被氧化之表面积,以使其氧化作用容易进行,一般使用丁基卡必醇使孔壁基材溶胀。 

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2、氧化。目的是清洁孔壁并调整孔壁电荷,目前,国内传统用三种方式。 

(1)浓硫酸法:由于浓硫酸具有强的氧化性和吸水性,能将绝大部分树脂碳化并形成溶于水的烷基磺化物而去除,反应式如下:CmH2nOn+H2SO4–mC+nH2O除孔壁树脂钻污的效果与浓硫酸的浓度、处理时间和溶液的温度有关。用于除钻污的浓硫酸的浓度不得低于86%,室温下20-40秒,如果要凹蚀,应适当提高溶液温度和延长处理时间。浓硫酸只对树脂起作用,对玻璃纤维无效,采用浓硫酸凹蚀孔壁后,孔壁会有玻璃纤维头突出,需用氟化物(如氟化氢铵或者氢氟酸)处理。采用氟化物处理突出的玻璃纤维头时,也应该控制工艺条件,防止因玻璃纤维过腐蚀造成芯吸作用,一般工艺过程如下: 

H2SO4:10% 
NH4HF2:5-10g/l 

温度:30℃ 时间:3-5分钟 

按照此方法对打孔以后的刚-挠印制电路板去钻污及凹蚀,然后对孔进行金属化,通过金相分析,发现内层钻污根本没去彻底,导致铜层与孔壁附着力低下,为此在金相分析做热应力实验时(288℃,10±1秒),孔壁铜层脱落而导致内层断路。 

况且,氟化氢铵或者氢氟酸有巨毒,废水处理很困难。更主要的是聚酰亚胺在浓硫酸中呈惰性,所以此方法不适应刚-挠印制电路板的去钻污及凹蚀。 

(2)铬酸法:由于铬酸具有强烈的氧化性,其浸蚀能力强,所以它能使孔壁高分子物质长链断开,并发生氧化、磺化作用,于表面生成较多的亲水性基团,如羰基(-C=O)、羟基(-OH)、磺酸基(-SO3H)等,从而提高其亲水性,调整孔壁电荷,并达到去除孔壁钻污和凹蚀的目的。一般工艺配方如下: 

铬酐CrO3 : 400 g/l 
硫酸H2SO4 :350 g/l 

温度:50-60℃ 时间:10-15min 

按照此方法对打孔以后的刚-挠印制电路板去钻污及凹蚀,然后对孔进行金属化,对金属化孔进行了金相分析和热应力实验,结果完全符合GJB962A-32标准。   

所以,铬酸法也适应于刚-挠印制电路板的去钻污及凹蚀,针对小企业而言,该方法的确非常适合,简单易操作,更主要的是成本,但该方法唯一的遗憾是存在有毒物质铬酐。 

(3)碱性高锰酸钾法:目前,很多PCB厂家由于缺少专业的工艺,仍然沿袭刚性多层印制电路板去钻污及凹蚀技术–碱性高锰酸钾技术来处理刚-挠印制电路板,通过该方法去除树脂钻污后,同时能蚀刻树脂表面使其表面产生细小凸凹不平的小坑,以便提高孔壁镀层与基体的结合力,在高温高碱的环境下,利用高锰酸钾氧化除去溶胀的树脂钻污,该体系对于一般的刚性多层板很凑效,但对于刚-挠印制电路板不适应,因为刚-挠印制电路板的主体绝缘基材聚酰亚胺不耐碱性,在碱性溶液中要溶胀甚至少部分溶解,更何况是高温高碱的环境。如果采用此方法,即使当时刚-挠印制电路板没报废,也为以后采用该刚-挠印制电路板的设备的可靠性大打折扣。 

3、中和。经过氧化处理后的基材必须经清洗干净,防止污染后道工序的活化溶液,为此必须经过中和还原工序,根据氧化方式的不同选用不同的中和还原溶液。 

目前,国内外流行的干法是等离子体去钻污及凹蚀技术。等离子体用于刚-挠印制电路板的生产,主要是对孔壁去钻污和对孔壁表面改性。其反应可看着是高度活化状态的等离子体与孔壁高分子材料和玻璃纤维发生的气、固相化学反应,生成的气体产物和部分未发生反应的粒子被真空泵抽走的过程,是一个动态的化学反应平衡过程.根据刚挠印制电路板所用的高分子材料通常选用N2、O2、CF4气体作为原始气体.其中N2起到清洁真空和预热的作用。

O2+CF4混合气体的等离子体化学反应示意式为: 

 O2+CF4O+OF+CO+COF+F+e-+……. 

【等离子体】 

由于电场加速使其成为高活性粒子而碰撞O和F粒子而产生高活性的氧自由基和氟自由基等,与高分子材料反应如下: 

[C、H、O、N]+[O+OF+CF3+CO+F+…] CO2+HF+H2O+NO2+…… 

等离子体与玻璃纤维的反应为: 

SiO2+[O+OF+CF3+CO+F+…]SiF4+CO2+CaL 

至此,实现了刚挠印制电路板的等离子体处理。 

值得注意的是原子状态的O与C-H和C=C发生羰基化反应而使高分子键上增加了极性基团,使高分子材料表面的亲水性得到改善。 

 O2+CF4等离子体处理过的刚-挠印制电路板,再用 O2等离子体处理,不但可以使孔壁润湿性(亲水性)得到改善,同时可以去除反应。结束后的沉积物和反应不完全的中途产物。用等离子体技术去钻污及凹蚀的方法处理刚-挠印制电路板并且经过直接电镀以后,对金属化孔进行了金相分析和热应力实验,结果完全符合GJB962A-32标准。 

【结束语】综上所述,不管是干法还是湿法,如果针对体系主体材料的特性,选择合适的方法,都可以达到刚挠互连母板去钻污及凹蚀刻的目的。

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