新型膨松劑對各種PCB基材咬蝕形貌的研究

陳 良 盧進輝

（深圳市正天偉科技有限公司，廣東 深圳 518126）

0 前言

電子化學(xué)品是印制電路板(PCB)制造過程中不可缺少的關(guān)鍵物料，也是PCB制造過程中品質(zhì)保證的關(guān)鍵因素所在。在PCB鉆孔后的除膠渣工序，對除鉆污效果，PCB制造廠商往往通過除鉆污量來評估除膠的效果，而忽視了本制程的關(guān)鍵控制點——孔壁樹脂咬蝕形貌是否為蜂窩狀。

收到某PCB制造廠的朋友求助，其產(chǎn)品在制程中檢測發(fā)現(xiàn)偶爾有發(fā)生孔銅分離的現(xiàn)象，個別批號的產(chǎn)品特別嚴(yán)重。該印制電路板制造廠商以前也發(fā)生過類似問題，但大部分是發(fā)生在不過除膠渣流程的雙面板上，為了徹底杜絕類似問題的發(fā)生，其制作流程已作優(yōu)化處理，無論雙面板還是多層板，都經(jīng)除膠渣流程，防止鉆污除去不凈導(dǎo)致孔壁銅層分離或發(fā)生其它品質(zhì)問題隱患。

1 問題原因

不良產(chǎn)品金相切片如圖1，孔壁與銅層已經(jīng)部分分離（如圖1）。

圖1 不良產(chǎn)品金相切片圖

首先，我們查詢并驗證了鉆孔工序的相關(guān)參數(shù)，均為正常，且產(chǎn)生鉆污量在正常水平，不會因為鉆孔參數(shù)控制不當(dāng)產(chǎn)生大量的鉆污導(dǎo)致除鉆污不徹底；其次，查詢該板生產(chǎn)時的除膠渣工序參數(shù)均正常，除膠量為0.35 mg/cm2，屬于正常范圍（除膠量一般控制在0.1～0.5 mg/cm2）。鉆孔工序產(chǎn)生的鉆污正常，除膠量也控制在正常范圍，為何還是會發(fā)生孔壁銅層分離呢？這給電子化學(xué)品制造商出了個研究課題。

2 分析過程

（1）經(jīng)查實，發(fā)生孔壁分離問題的產(chǎn)品均使用某基材供應(yīng)商的NPG150N基材，取該型號已過除膠渣工序的產(chǎn)品，分析其除膠量均在0.2～0.4 mg/cm2之間，做SEM（Scanning Electron Microscope）分析，SEM照片如圖2。

圖2 基材NPG150N除膠渣后的SEM照片

生產(chǎn)本型號產(chǎn)品的基材均為NPG150N，從圖2的SEM圖片看出，經(jīng)過除膠渣工序后，樹脂未形成均勻蜂窩狀，且有大塊樹脂存在，而玻纖處的鉆污已除凈。試驗把除膠量加大到0.5～0.6 mg/cm2之間，樹脂處SEM圖顯示并無改善（如圖3）。

圖3 基材NPG150N 除膠渣后樹脂處SEM

（2）很明顯，該型號膨松劑對南亞NPG150N基材樹脂層的咬蝕形貌有異常，但對于其它型號基材的咬蝕形貌均合格。研發(fā)對膨松劑進行了一系列的改良，在DOE試驗確定各最優(yōu)參數(shù)后，對NPG150N基材樹脂層SEM檢測，發(fā)現(xiàn)改良后的膨松劑對該基材的樹脂面咬蝕狀況良好（如圖4）。

（3）試驗不同的膨松劑對各種常規(guī)基材的除膠量，見圖5。從除膠量的穩(wěn)定性來看，我們選擇膨松劑D，可以控制各種基材的除膠量在比較合適的水準(zhǔn)（如圖5）。

（4）膨松劑作用機理

除膠渣工序流程：膨松—雙水洗—除膠—雙水洗—預(yù)中和—雙水洗—中和—雙水洗

膨松劑的功能和機理：軟化和膨松環(huán)氧樹脂，降低高分子聚合物分子間的鍵能，使高錳酸鉀更易咬蝕形成蜂窩狀。傳統(tǒng)膨松劑配方由醇醚、烷基乙酰胺、環(huán)氧乙烯環(huán)氧丙烯共聚物等組成，并添加一定量的表面活性劑來降低溶液表面張力，使溶液能更好的滲透到基材內(nèi)壁，軟化孔內(nèi)壁附著的膠渣，進而膨松并滲入到樹脂交聯(lián)聚合處，降低其鍵能，便于膠渣更容易被氧化清除。不同基材需采用不同的膨松劑，傳統(tǒng)的膨松劑主要針對FR-4等常規(guī)的PCB基材。

圖4 基材NPG150N除膠渣改良后樹脂處SEM

圖5 不同膨松劑對各種常規(guī)基材的除膠量對比圖

蜂窩形成機理：添加一定分子量的陰離子表面活性劑、柔軟劑及濕潤劑成分（如聚乙二醇等），初期溶出時可降解較弱的鍵結(jié)，使其鍵結(jié)間有了明顯的差異；如浸泡時間過長，強的鏈接也逐漸降低，終使整塊成為低鏈接能的表面，此時將無法形成不同強度的結(jié)面；如浸泡時間過短，則無法形成低鍵結(jié)及鍵結(jié)差異。

（5）新型膨松劑D相比傳統(tǒng)的膨松劑，通過添加系列表面活性劑等，可使之達到優(yōu)良的回蝕效果，且能改善其親水性，使下一步高錳酸鉀的除膠渣效果更為優(yōu)異，改善了其與基材樹脂層的物理及化學(xué)反應(yīng)速率，促成與基材樹脂層咬蝕成蜂窩狀形貌的形成。從以下各種SEM圖（圖6～圖10）可看出，新型膨松劑D處理各種基材的效果良好，未發(fā)現(xiàn)基材樹脂層咬蝕形貌有異常。

圖6 南亞基材NP155F（A）和NP140（B）SEM圖

圖7 建滔基材TG140（A）和6160C（B）SEM圖

圖8 生益基材無鹵素（A）和Tg 150（B）SEM圖

圖9 騰輝基材VT-48（A）和VT-425（B）SEM圖

圖10 宏仁基材無鹵素（A）和聯(lián)茂基材IT158（B）SEM圖

3 總結(jié)及預(yù)防

（1）除膠渣段流程中，品質(zhì)的關(guān)鍵控制點是在膨松缸，而不是除膠渣缸；

（2）膨松劑D能解決相關(guān)基材的樹脂層咬蝕形貌異常的問題，預(yù)防因為孔壁樹脂咬蝕形貌未形成蜂窩狀導(dǎo)致的孔壁銅層分離；

（3）新型基材的使用，因其樹脂填料成分的不同，需要做相應(yīng)的檢測，驗證是否與膨松劑相匹配，否則有可能造成樹脂層咬蝕不良造成孔壁銅層分離；

（4）對于新型填料的基材，只要確定填料的主要成分，均可以快速的找到相應(yīng)的促進劑或樹脂溶脹劑加入膨松劑中，達到較好的回蝕效果，預(yù)防樹脂層不能被咬蝕成蜂窩狀的情況發(fā)生。