新型膨松剂对各种PCB基材咬蚀形貌的研究

2019-04-20卢进辉

印制电路信息 2019年4期

陈良卢进辉

（深圳市正天伟科技有限公司，广东深圳 518126）

0 前言

电子化学品是印制电路板(PCB)制造过程中不可缺少的关键物料，也是PCB制造过程中品质保证的关键因素所在。在PCB钻孔后的除胶渣工序，对除钻污效果，PCB制造厂商往往通过除钻污量来评估除胶的效果，而忽视了本制程的关键控制点——孔壁树脂咬蚀形貌是否为蜂窝状。

收到某PCB制造厂的朋友求助，其产品在制程中检测发现偶尔有发生孔铜分离的现象，个别批号的产品特别严重。该印制电路板制造厂商以前也发生过类似问题，但大部分是发生在不过除胶渣流程的双面板上，为了彻底杜绝类似问题的发生，其制作流程已作优化处理，无论双面板还是多层板，都经除胶渣流程，防止钻污除去不净导致孔壁铜层分离或发生其它品质问题隐患。

1 问题原因

不良产品金相切片如图1，孔壁与铜层已经部分分离（如图1）。

图1 不良产品金相切片图

首先，我们查询并验证了钻孔工序的相关参数，均为正常，且产生钻污量在正常水平，不会因为钻孔参数控制不当产生大量的钻污导致除钻污不彻底；其次，查询该板生产时的除胶渣工序参数均正常，除胶量为0.35 mg/cm2，属于正常范围（除胶量一般控制在0.1～0.5 mg/cm2）。钻孔工序产生的钻污正常，除胶量也控制在正常范围，为何还是会发生孔壁铜层分离呢？这给电子化学品制造商出了个研究课题。

2 分析过程

（1）经查实，发生孔壁分离问题的产品均使用某基材供应商的NPG150N基材，取该型号已过除胶渣工序的产品，分析其除胶量均在0.2～0.4 mg/cm2之间，做SEM（Scanning Electron Microscope）分析，SEM照片如图2。

图2 基材NPG150N除胶渣后的SEM照片

生产本型号产品的基材均为NPG150N，从图2的SEM图片看出，经过除胶渣工序后，树脂未形成均匀蜂窝状，且有大块树脂存在，而玻纤处的钻污已除净。试验把除胶量加大到0.5～0.6 mg/cm2之间，树脂处SEM图显示并无改善（如图3）。

图3 基材NPG150N 除胶渣后树脂处SEM

（2）很明显，该型号膨松剂对南亚NPG150N基材树脂层的咬蚀形貌有异常，但对于其它型号基材的咬蚀形貌均合格。研发对膨松剂进行了一系列的改良，在DOE试验确定各最优参数后，对NPG150N基材树脂层SEM检测，发现改良后的膨松剂对该基材的树脂面咬蚀状况良好（如图4）。

（3）试验不同的膨松剂对各种常规基材的除胶量，见图5。从除胶量的稳定性来看，我们选择膨松剂D，可以控制各种基材的除胶量在比较合适的水准（如图5）。

（4）膨松剂作用机理

除胶渣工序流程：膨松—双水洗—除胶—双水洗—预中和—双水洗—中和—双水洗

膨松剂的功能和机理：软化和膨松环氧树脂，降低高分子聚合物分子间的键能，使高锰酸钾更易咬蚀形成蜂窝状。传统膨松剂配方由醇醚、烷基乙酰胺、环氧乙烯环氧丙烯共聚物等组成，并添加一定量的表面活性剂来降低溶液表面张力，使溶液能更好的渗透到基材内壁，软化孔内壁附着的胶渣，进而膨松并渗入到树脂交联聚合处，降低其键能，便于胶渣更容易被氧化清除。不同基材需采用不同的膨松剂，传统的膨松剂主要针对FR-4等常规的PCB基材。

图4 基材NPG150N除胶渣改良后树脂处SEM

图5 不同膨松剂对各种常规基材的除胶量对比图

蜂窝形成机理：添加一定分子量的阴离子表面活性剂、柔软剂及湿润剂成分（如聚乙二醇等），初期溶出时可降解较弱的键结，使其键结间有了明显的差异；如浸泡时间过长，强的链接也逐渐降低，终使整块成为低链接能的表面，此时将无法形成不同强度的结面；如浸泡时间过短，则无法形成低键结及键结差异。

（5）新型膨松剂D相比传统的膨松剂，通过添加系列表面活性剂等，可使之达到优良的回蚀效果，且能改善其亲水性，使下一步高锰酸钾的除胶渣效果更为优异，改善了其与基材树脂层的物理及化学反应速率，促成与基材树脂层咬蚀成蜂窝状形貌的形成。从以下各种SEM图（图6～图10）可看出，新型膨松剂D处理各种基材的效果良好，未发现基材树脂层咬蚀形貌有异常。