大氣等離子體處理-一種清潔PCB電路板的新型表面處理技術

低壓等離子體已經使用多年,在下一步轉換操作之前對基材進行表面清潔和功能化,等離子體處理的好處也被得到了充分的認識:表面形態退化減少,處理(達因)水平提高,背面處理消除,并延長治療時間。然而,這些包含的真空等離子體系統的復雜性,低速度和高成本使得它們對于除了最神秘的應用之外的所有應用都是不切實際的?,F在已經開發出一種系統,其允許等離子體在大氣壓下維持,其方式允許在類似于電暈處理系統的連續卷材處理系統上對PCB基板進行表面清潔。大氣等離子體工藝允許使用各種反應氣體進行處理,并已成功地在各種金屬,薄膜,紙張,泡沫和粉末上進行測試。此外,根據清潔要求和材料類型,可以實現超過當前PCB真空處理速度的卷對卷處理速度。本文描述并由大氣等離子體系統提供的對電路板制造工業具有重要意義的特定解決方案是從敏感表面去除污染物殘留物而不損壞它們以增加產量。將介紹大氣等離子體技術在PCB制造中的應用及其關鍵參數,因為它可能提高板材和卷對卷方向的加工速度。

不斷推動更高性能和更小型化,再加上在電子產品中加入更多功能的需求,給電子設計師和制造商帶來了持續的壓力,要求他們增加電子組件的封裝和互連密度。這導致半導體元件具有更多數量的互連和更小的封裝外形。為了適應這些封裝和更高密度的互連,PCB上的所有特征(例如軌道寬度和孔直徑)也必須變得更小。作為證據,正在生產具有從一層到50多層的層數的PCB。電路板的尺寸范圍從小于指甲的尺寸到餐桌的大小。銅箔厚度可達1000埃。某些應用中的電路特征只能通過金屬跡線小于10微米的顯微鏡才能辨別。因此,對PCB層壓板的性能要求也顯著提高,并且正在采用能夠應對這些挑戰的新型層壓材料。

由于這種趨勢,用于預處理這些分層板的新一代部件和去除殘余物的傳統制造方法不再具有成本效益。 更具體地,采用低壓(真空)等離子體室的工藝流程在其用途中傳統上是勞動密集型的,以提供歷史構造的PCB的表面處理和清潔。當考慮真空中的等離子體處理時,真空涂覆室中的低壓水平允許產生均勻的等離子體,可用于許多表面的有效處理。 因此,該技術還廣泛用于網狀涂層應用和用于處理諸如汽車保險杠之類的3D物體。雖然等離子體的均勻性允許高處理水平,但是這些應用需要循環時間,這可能無法滿足全球競爭力的新模式。

PCB材料技術的創新,例如提供更高熱阻的技術,以及如上所述的更小幾何形狀的使用,導致對更高速度和制造周期中的多個步驟的等離子體處理的需求增加。具有高密度互連的多層PCB需要具有更細間距的設計,并且使用具有高產量潛力的新材料技術。包括基于氰酸酯,烯丙基化聚苯醚和所謂的BT-環氧和四官能環氧體系的層壓板可以解決熱膨脹系數和速度問題,但是在使用的板制造過程中會產生新的生產效率。傳統的流程是有限的。作為另一個例子,已知高pH值高錳酸鹽溶液的化學處理受到限制,因為流體不能完全滲透多層PCB中的小通孔。還已知涉及酸蝕刻的濕化學方法難以蝕刻聚酰亞胺介電材料。

當然,具有不斷增加的層和電路密度的復雜PCB結構受益于用于除渣,去污,去除碳基有機物,PTFE活化和表面制備的等離子體處理。 具有高縱橫比孔的各種板類型的等離子體處理和使用真空等離子體技術的各種通孔配置在歷史上已足夠。 然而,盡管真空等離子體系統的消耗成本適中,但考慮到增加處理能力的需求,初始資本成本可能很大。

大氣等離子體處理工藝

等離子體是一種電離氣體,一種氣體,其中提供足夠的能量以從原子或分子中釋放電子并允許物質,離子和電子共存。 典型的真空等離子系統由四個主要部件組成:真空室,電極,真空泵和RF電源。 在PCB應用中,PCB面板懸掛在位于真空室內的一對電極之間。 真空泵系統用于將等離子體處理壓力保持在低毫托范圍內。 源氣體通過質量流量控制器以指定的流速引入。 一旦達到所需的過程壓力,就向電極施加射頻功率以啟動等離子體過程。

真空中均勻等離子體放電的高功能性促使人們努力在大氣壓下建立均勻的輝光放電,使得該技術適用于大氣壓下的工藝,因此避免了昂貴的真空設備。世界各地的團體已經做出了努力。 使用惰性氣體開發出不含絲狀拖纜的穩定輝光放電,其高亞穩相允許穩定的輝光放電。 為了將這些氣體的消耗降至最低,將氣體直接注入放電間隙(PCB組件和放電電極之間)。 這樣做也可以注入其他處理氣體,這些氣體在放電中高度電離,并且可以滿足特定PCB應用所需的特定化學成分。這取決于氣體或氣體組合,樣品表面可能發生不同的反應。

大氣等離子處理

圖1 ?- 大氣等離子體系統的兩個電極之間的均勻放電,與處理材料連接。

在使用電離氣體處理過程中,聚合物薄膜表面會產生四種主要影響:

?電子轟擊:在等離子體電場中產生的電子以很大的能量和速度分布在地面上。這將導致處理材料的上層中的鏈斷裂,但也可以產生交聯,因此在材料的增強中。

?離子轟擊:在等離子體電場中產生的離子以不同的能量和速度分布到聚合物表面。這導致蝕刻和濺射,因此清潔表面基板??梢杂行コ头肿恿拷Y構。

?氣體激發:氣體的電離也意味著氣體中存在許多激發的物質。通過使用正確的氣體混合物,這些激發的物質可以與表面反應產生官能團,例如羥基(-OH),羰基(-C = O)羧基(-COOH)或氨基(NHx),其表現出高極性并改變表面的堿/酸相互作用。

大氣的等離子處理

圖2 ?- 在外場影響下,反應氣體向表面擴散。從表面上敲下低分子量材料,例如水,吸收的氣體和聚合物碎片,以暴露出清潔,新鮮的表面。 同時,等離子體中的一定百分比的反應性組分具有足夠的能量結合到膜的新暴露部分,改變表面的化學性質并賦予所需的功能性。

大氣等離子體輝光放電可用作干蝕刻工藝,用于去除鉆孔涂抹和凹蝕。 去鉆孔是指從孔筒中去除少量環氧樹脂,包括在鉆孔過程中可能已經涂抹在銅界面上的任何一種。 銅表面上的污跡如果不去除,將會阻止它與無電鍍銅之間的互連,這將在電鍍孔中鍍銅。由于去污化學品性能的提高和隨后的性能,在標準材料上進行的頻率較低 放寬大多數規格,是去除大量的環氧樹脂和玻璃纖維,使銅界面突出到孔中。 突出的銅表面允許大的表面區域用于與隨后的銅鍍層的互連,并且通過去除環氧樹脂暴露的表面在鉆孔期間不會被涂抹。

正在采用大氣等離子體來去除在面板和內層上形成細間距電路之后可能殘留的光致抗蝕劑殘留物。目前,使用濕化學法從外層剝離光致抗蝕劑,并且通常在與內層相同的浴或噴霧室中。雖然抗蝕劑剝離是單罐操作,但是顯影劑和汽提器都具有短的浴液壽命(通常以小時計),并且這些操作產生大量的廢液處理液。利用適當的停留時間或暴露時間,利用大氣等離子體工藝可以顯著減少(如果不能消除的話)廢汽提液的產生。

大氣等離子處理

圖3 ?- 非熱大氣等離子體放電PCB清潔站從銅層中去除有機物。

摘要

在連接電子元件之前,必須將印刷電路板清洗至分子水平,以保持電路板和元件之間的接觸。 另外,當在涂覆過程中制備某些關鍵基底時,重要的是實現分子水平清潔,以使涂層適當地粘附到基底表面上。大氣等離子體清潔將有利于這些清潔過程,因為電離氣體引起的揮發清潔到分子水平,同時減少有害物質的使用,浪費和空氣排放。 在線或連續的大氣等離子體處理還減少了傳統上通過批量處理進行清潔的人力或勞動時間,并且可以保證第一次應用中的清潔質量

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