化學(xué)鍍錫板阻焊剝落的研究

萬應(yīng)琪 郭先鋒

（深圳市強(qiáng)達(dá)電路有限公司，廣東 深圳 518103）

0 前言

化學(xué)鍍錫因其工藝簡單、成本低廉、環(huán)境較好、可焊性優(yōu)良等優(yōu)勢，越來越多被客戶和市場采用，但對于鍍錫加工過程出現(xiàn)銅面開窗的邊緣側(cè)蝕過大、發(fā)白以及開窗字體尖角的地方掉阻焊膜現(xiàn)象，一直困擾著PCB加工廠商。

為此，市面上出現(xiàn)各種耐鍍錫的油墨以及粗糙銅面的超粗化藥水等，防止鍍錫掉油。我公司針對鍍錫板掉阻焊膜問題，分別開展對不同的阻焊油墨，以及對不同的阻焊前處理加工方式做相關(guān)研究試驗(yàn)，最終得出的結(jié)果是不同的阻焊前處理方式選擇不同油墨沉錫后會有不同變化，解決鍍錫后阻焊膜剝落問題。

1 前處理方式選擇

（1）化學(xué)清洗：使用“超粗化藥水”+“雙氧水”進(jìn)行阻焊前處理；

（2）機(jī)械處理（尼龍針磨板機(jī)）： 采用前后各一組磨刷（即：500#+800#）進(jìn)行阻焊前處理；

（3）機(jī)械處理（尼龍針磨板+噴砂）：采用一組磨刷（500#）+金剛砂（新磨料）進(jìn)行阻焊前處理；

（4）機(jī)械處理（尼龍針磨板+噴砂）：采用一組磨刷（500#）+金鋼砂（舊磨料）進(jìn)行阻焊前處理。

2 油墨使用選擇

（1）油墨A：液態(tài)感光防焊油墨；

（2）油墨B：二液顯像網(wǎng)印防焊油墨；

（3）油墨C：二液顯像型防焊油墨。

3 實(shí)驗(yàn)方法

3.1 對掉阻焊膜影響因素DOE（正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)）設(shè)計(jì)

對掉阻焊膜影響因素DOE設(shè)計(jì)見表1所示。

3.2 測試

不同油墨在化學(xué)鍍錫后外觀效果圖見圖1所示。

3.2.1 驗(yàn)證不同產(chǎn)品油墨印刷不同阻焊前處理的試驗(yàn)板

小結(jié)：從試驗(yàn)板效果看，不同的油墨對沉錫后掉油有著不同的變化，由此可見有兩種原因（油墨性能、板面粗糙度）。

由于油墨自身性能關(guān)系，不同的油墨其含成分配方比例不同、加工參數(shù)也隨之變化，在經(jīng)過不同的曝光能量固化參數(shù)時(shí)由于收縮內(nèi)應(yīng)力作用會使油墨底層輕微翹起。由于阻焊油墨在經(jīng)UV曝光時(shí)就開始交聯(lián)固化，固化時(shí)被阻焊膜外層吸收，相對底層阻焊接受UV光能量會低些，這樣就會造成底層樹脂交聯(lián)速率及交聯(lián)程度不如表層，以致發(fā)生收縮體積的差異，最終結(jié)果就會產(chǎn)生向心向上的內(nèi)應(yīng)力。需要說明的是UV固化收縮本身并不是導(dǎo)致阻焊膜層附著力惡化的罪魁禍?zhǔn)祝瑯渲宦?lián)固化所引起的收縮傾向得不到充分釋放而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力才是引發(fā)附著力下降的主要原因。對于不同的單體樹脂而言其收縮傾向不同，最終所產(chǎn)生的收縮應(yīng)力也會有所不同，這里所說的收縮應(yīng)力并非指收縮完成后所產(chǎn)生的應(yīng)力，而是收縮受交聯(lián)點(diǎn)的制約，收縮傾向不能得到完全釋放所導(dǎo)致的應(yīng)力。應(yīng)力的存在會導(dǎo)致顯影后在油墨底層出現(xiàn)輕微翹起情況，阻焊膜層在熱固化時(shí)也會產(chǎn)生不同程度的收縮。

置換反應(yīng)時(shí)所產(chǎn)生的沖擊是阻焊膜底層附著力受損，置換反應(yīng)物及生成物的定向移動，在阻焊底層產(chǎn)生一定的沖擊力，加上阻焊層沒有被釋放出的應(yīng)力，使與阻焊膜底層相鄰的區(qū)域附著力受損。

表1 化學(xué)鍍錫板掉油實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案

圖1 不同油墨在化學(xué)鍍錫后外觀效果圖

3.2.2 綜合效果圖對不同油墨使用不同前處理效果變化分析方式對以上做綜合評分

不同油墨對應(yīng)不同前處理得分變化趨勢情況見圖2所示。

從得分來看部分化學(xué)鍍錫后出現(xiàn)嚴(yán)重的掉油，說明阻焊膜與銅面的附著力不好。就附著力而言，包含兩種作用，即吸附作用和機(jī)械附著作用。對于吸附作用，從吸附機(jī)理上來講，又可稱為化學(xué)吸附和物理吸附，而對于機(jī)械附著力而言、其能力主要取決于物質(zhì)表面的粗糙度。阻焊膜與銅面的附著力原理主要為氫鍵吸附和機(jī)械附著作用見圖3所示。

表2 不同油墨與前處理在化學(xué)鍍錫后外觀效果評分

圖2 不同油墨與前處理的得分趨勢

圖3 阻焊膜與銅面結(jié)合力示意圖

3.2.3 對不同的前處理后銅面粗糙度進(jìn)行測量

對不同前處理方式做粗糙度測試檢查：每種前處理方式讀取20點(diǎn)數(shù)據(jù)最終看均值的粗糙效果，使用TRL100激光粗糙度儀檢測銅面粗糙Ra數(shù)據(jù)值見表3所示。對比當(dāng)磨板+噴砂的磨料使用一段時(shí)間其效果得分也隨之下降，說明新的磨料與使用后的舊磨料對粗糙度均有影響，具體見磨料廠家對新舊磨料顆粒測量對比見圖4所示。

表3 不同的前處理后銅面粗糙度（單位：μm）

圖4 磨料顆粒度測量（單位：毫米）

由此可見，新舊磨料對于不同油墨會存在不同差異，對比前面所測量粗糙度數(shù)據(jù)來看，舊磨料粗糙度在下降，磨損后就會出現(xiàn)銅面粗糙度下降，也就是說粗糙度在一定的水準(zhǔn)下出現(xiàn)不夠粗糙時(shí)，油墨膜與板件結(jié)合力就出現(xiàn)下降。相反的當(dāng)粗糙度太過于粗糙時(shí)化錫藥水會順其粗糙的間隙滲入油墨底造成滲錫見圖5所示。

圖5 粗糙度對化學(xué)鍍錫的影響例

以上試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果及其測試方法說明粗糙度的影響對不同的油墨化錫后出現(xiàn)掉油、發(fā)白有著直接關(guān)系?；瘜W(xué)清洗粗化方式粗糙度太大容易導(dǎo)致化錫后藥水直接把油墨攻擊掉（銅面太粗糙化錫藥水更容易順著粗糙縫隙滲透入油墨底層導(dǎo)致把油墨給攻擊、出現(xiàn)似于滲錫；當(dāng)然對于粗糙度較小的機(jī)械尼龍針前處理與粗糙度適中的磨板+噴砂（新舊磨料）對于同樣的油墨會出現(xiàn)不同的變化，說明正確選擇油墨也很關(guān)鍵見圖6所示。

圖6 前處理對化學(xué)鍍錫的影響例

由此可見影響阻焊層附著力不好導(dǎo)致掉阻焊膜的因素主要為油墨本身性能及表面銅的粗糙度有著直接關(guān)系；并不是說粗糙度越大附著力就越好，

5 結(jié)論

綜合以上試驗(yàn)結(jié)果得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：

（1）阻焊前處理不能使用太粗糙的處理方式。粗糙越大，沉錫時(shí)藥水更容易順著粗糙縫隙滲透入油墨底層導(dǎo)致把油墨給攻擊掉；粗糙度太小，油墨與銅面結(jié)合力差也容易出現(xiàn)掉油，說明正確選擇阻焊前處理很是關(guān)鍵。

（2） 機(jī)械磨板+噴砂使用的磨料需要定期更換，不能循環(huán)使用，因?yàn)槟チ显谑褂眠^程中會出現(xiàn)磨損，磨損后的磨料導(dǎo)致銅面粗糙度的下降而造成掉油。

（3）選擇不同阻焊前處理的同時(shí)要正確選擇使用油墨，不同的油墨使用不同的阻焊前處理方式會有不同的變化。