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一种抗氯离子的无机酸超粗化工艺
发布时间：[2012-10-15] 浏览次数：10025
（原创：广州大洋化工科技有限公司 陆海兵）
摘要：介绍了一种铜面化学前处理的方法----无机酸超粗化处理工艺，该工艺没有一般的硫酸-双氧水体系超粗化易受氯离子污染的缺点，且运作成本远远低于有机酸超粗化；该工艺用于干膜/阻焊油墨前处理，可提高干膜/绿油与铜面的结合力。
关键词：超粗化，抗氯离子，前处理，HDI，绿油剥离
An Inorganic Acid Super Roughening Process with Tolerance to Chloride Ion
Abstract The paper introduces a type of Pretreatment process,with which we create a super-roughened copper surface. This Process has no shortcomings of chloride ion pollution in super-roughening of sulfuric acid/hydrogen peroxide system, and the operation cost is much lower than the organic acid super roughening, This process specifically suits for dry film/solder mask pretreatment process of PCB. With the application of supper roughening process, binding force in copper surface has improved.
Key words supper roughening tolerance to chloride ion pretreatment HDI sold mask peeling
一、 前 言
二十世纪九十年代以来电子产品追求轻、薄、短、小而采取的高集成化设计，对印制板而言就是细线路、微小孔、薄介电层的高密度印制板。由于PCB在发展过程中有许多不同的技术开发与产品称谓，最后以HDI作为此类概念的泛称。HDI线路制作过程中，对干膜与铜面的结合力有较高的要求，普通的化学前处理及机械前处理都满足不了HDI板的制作要求，超粗化前处理能大大提高铜面与干膜的结合力，很好的解决了HDI细线路的问题。且随着无铅时代PCB表面涂覆方式中化学沉锡和化学沉镍金的应用越来越多，由于化学沉锡和化学沉镍金药水对阻焊油墨的侵蚀，表面完成后阻焊油墨剥离（俗称“甩油”）也常有发生。调整阻焊制作工艺参数，试用不同阻焊油墨等常规工艺改善均无法彻底解决阻焊油墨剥离问题。超粗化可提高铜面与阻焊油墨的结合力，确保不出现甩油现象。现市面上通常有两种体系的超粗化工艺，一种是硫酸-双氧水系列的无机酸超粗化，此类超粗化的优点是处理成本低，缺点是槽液易受氯离子污染，1PPM的氯离子就会导致槽液无法正常工作，应用操作条件要求极高。另一种是有机酸超粗化，此类超粗化的优点是槽液不受氯离子污染，缺点是处理成本较高。在此情况下，本文介绍了广州大洋化工科技有限公司的DY-205超粗化前处理工艺，DY-205是属于硫酸双氧水体系的超粗化，处理成本低，槽液对氯离子的容忍度达20PPM，操作应用简单。经DY-205超粗化工艺处理，可提高干膜与铜面的结合力，可提高铜面与阻焊油墨的结合力，解决甩油问题。
二、 超粗化工艺
2.1 超粗化概要
经超粗化前处理工艺处理后的铜面不同于传统微蚀型化学前处理。传统铜面微蚀工艺只是将铜表面进行清洁微蚀，粗化程度很小；而超粗化处理后铜面呈蜂窝状，粗化程度高，可显著增大铜表面积，提高干膜或阻焊油墨与铜面附着力。适用于干膜前处理，同时也适用于阻焊油墨前处理。
下面的图1和图2是经过大洋公司DY-205超粗化药水处理的SEM照片。 
大洋化工-图1 SEM图片 1000倍
大洋化工-图2 SEM图片 3500倍
2.2 超粗化原理
化学反应式如下：
Cu + H2SO4 + H2O2=CuSO4 + 2H2O
通过特殊添加剂，铜的晶面被保护起来，晶间被蚀刻掉，形成粗糙的铜表面。
三、 超粗化应用实例
3.1 工艺流程
超粗化工艺适合水平喷淋方式，采用流程如下：
板面清洁（除油或磨刷）→水洗→超粗化→水洗→酸洗→水洗→干板
3.2 各流程作用
板面清洁：除去板面氧化物和手指印，保证粗化效果，获得色泽均匀粗化铜面
超粗化：主反应槽，采用喷淋方式，保证铜表面获得均匀一致的粗糙度
酸洗：洗去板面氧化物
3.3 DY-205超粗化抗氯离子比较试验
3.3.1 比较说明
以下是DY-205超粗化与A公司超粗化抗氯离子影响试验情况，试验目的是比较DY-205超粗化与A公司超粗化对氯离子的容忍度。超粗化配槽需要硫酸及双氧水，硫酸、双氧水及配槽所使用的纯水中不可避免的会带入极少量的氯离子，因此，一种超粗化药水对氯离子的容忍度情况决定这种药水操作使用的可行性与便利性。
3.3.2 比较方案
分别在超粗化DY-205及A公司超粗化槽液中加入1PPM，2PPM，10PPM，20PPM的氯离子，见表1，试验槽液加入氯离子后的处理能力。
表1
|
编号 |
工作液情况 |
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1 |
A公司超粗化槽液不加氯离子 |
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2 |
DY-205超粗化槽液加不加氯离子 |
|
3 |
A公司超粗化槽液加入1PPM氯离子 |
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4 |
DY-205超粗化槽液加入1PPM氯离子 |
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5 |
A公司超粗化槽液加入2PPM氯离子 |
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6 |
DY-205超粗化槽液加入2PPM氯离子 |
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7 |
A公司超粗化槽液加入10PPM氯离子 |
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8 |
DY-205超粗化槽液加入10PPM氯离子 |
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9 |
A公司超粗化槽液加入20PPM氯离子 |
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10 |
DY-205超粗化槽液加入20PPM氯离子 |
比较上面不同条件的超粗化外观及微蚀速率。
3.3.3 结果如表2
表2
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编号 |
微蚀量（um/min） |
外观 |
|
1 |
1.20 |
均匀粉红色 |
|
2 |
1.18 |
均匀粉红色 |
|
3 |
0.92 |
不均匀略带粉红色 |
|
4 |
1.18 |
均匀粉红色 |
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5 |
0.71 |
均匀铜面黄色（铜面没有粗化效果） |
|
6 |
1.16 |
均匀粉红色 |
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7 |
0.45 |
均匀铜面黄色（铜面没有粗化效果） |
|
8 |
1.13 |
均匀粉红色 |
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9 |
0.28 |
均匀铜面黄色（铜面没有粗化效果） |
|
10 |
1.09 |
均匀粉红色 |
从对比结果来看，A公司超粗化受氯离子影响较大，1-2PPM的氯离子就对其产生重大的影响，氯离子达2PPM时，超粗化槽液失去正常处理能力，而DY-205超粗化在20PPM内的氯离子对其基本无影响。
四、氯离子对超粗化药水DY-205性能影响验证
4.1 说明
以下试验是验证超粗化DY-205中混入氯离子之后，处理的铜表面微观形貌是否有变化，沉锡之后，阻焊是否有剥离现象。
4.2 试验方案
对照例
超粗化DY-205正常前处理→阻焊制作→沉锡
实施例
超粗化DY-205槽液中加入20PPM氯离子后前处理→阻焊制作→沉锡
沉锡之后，用3M胶带作拉脱测试，比较阻焊剥离情况，见图4，图5。
并取加入20PPM氯离子后的DY-205槽液处理的铜面做SEM测试，见图3，与图1对比。
大洋化工- 图3 SEM图片 3500倍
图3与图1比较，铜面微观形貌基本相同，氯离子没有影响到超粗化DY-205处理效果。
图4 阻焊无剥离 图5 阻焊无剥离
经正常DY-205超粗化前处理及加入20PPM氯离子的DY-205超粗化前处理，沉锡之后，用3M胶带做拉脱测试，均无阻焊剥离现象。
五、结束语
由于HDI板细线路对干膜附着力要求的提高，以及化学沉锡、化学沉镍金等工艺中药水对阻焊油墨的侵蚀作用，对阻焊油墨与铜面附着力要求的提高，传统的机械磨板、微蚀药水很难达到这种要求，超粗化这种新型工艺能很好的满足这种要求。
本文介绍的广州大洋化工科技有限公司的DY-205超粗化前处理是一种成本及操作实用性都有较大优势的新型超粗化药水，成本远低于有机酸超粗化前处理，抗氯离子影响远好于市面上的硫酸-双氧水体系的无机酸超粗化前处理。经DY-205超粗化前处理，可以满足HDI细线路对干膜附着力的要求，也能满足化学沉锡、化学沉镍金对阻焊油墨与铜面附着力的要求。
参考文献
[1] 张芹，沈卫军，吴启昌.N种前处理方式之介绍.2005年春季国际PCB技术/信息论坛论文集