2023年铜箔表面清洁处理技术在印制板生产中的应用.doc

铜箔外表清洁处理技术在印制板生产中的应用 一、前言 近年来，电子工业飞速开展，越来越能满足高密度封装及小型化开展的需求。与之相应，印制电路工业界也必须面对日益迫近的更为精细线路，及线间距高密度印制电路板的制造任务。 为了防止生产率的剧烈下滑，印制电路板制造商不得不再次对其整个生产工艺流程，从每个工步入手，对细节处进行逐次检查。 众所周知，对于印制电路板制造来说，很关键的一步是：铜箔外表抗蚀材料〔干膜、液态抗蚀剂、阻焊膜〕的运用。 对于印制电路板制造之抗蚀材料运用来说，未经任何处理的铜箔外表，是不能提供其所需的足够的粘接点的。需要通过外表清洁及预处理，除去铜箔外表所有的污染物，并创立出一个适合粘接的粗糙外表。 为此，对于更薄内层单片覆铜箔材料的使用、设计所需更精细线路及线间距制造的要求，以及随之而来的对高品质铜箔外表处理需求，极大的促进了这一领域的传统研究及新手段的探索。 传统覆铜箔层压板材料需要对其外貌〔外表〕进行改变，通常是除去所有污染物和外来杂质元素，以实现清洁外表的目的。 二、铜箔外表 传统的铜箔大多采用电解的方式，在一个不断旋转的不锈钢滚筒阴极上获取，也即电解铜箔。 随后，通常会经过进一步的化学处理，俗称防氧化处理。类似于采用铬酸盐来抵抗腐蚀，涂锌于铜箔面，用来保护铜箔经受住高温层压条件的严峻考验。 此外，“防氧化〞处理，还能保证覆铜箔层压板材料有较长的货架寿命。 以下列图1展示的是扫描电子显微镜拍摄的铜箔外表结构形态示意。 对于抗蚀材料〔干膜、阻焊膜或其他〕来说，粗糙的外表可以提供一个更好的粘接效果。这是因为，一个优良的外表，应当展示出一致性的锐利峰和谷的结构形态，在此结构形态的外表，方能实现涂覆层的机械性锚接。 而传统覆铜箔层压板材料的原始铜外表，不具备上述提及的一致性形态结构，因此，针对可利用的任何涂层，提供不出一个足够锚接力的外表形态。 最后，无数经验证明：传统覆铜箔层压板材料的原始铜外表，对于抗蚀材料获得优异粘接来说未经任何处理，显然是不适合的。 至于有效粘接的必备条件，应该是拥有一个上下错落的形态结构，且必须具有较高的洁净程度。 三、铜外表的清洁和预处理方法 3.1研磨刷清洁处理 3.1.1概述 作为最早和很常用的清洁方法，研磨刷清洁处理已被使用许多年了。该方法是采用带有研磨颗粒的无纺尼龙纤维组成的紧密刷辊，通过专门设计制造的刷板设备，对需处理覆铜箔层压板铜外表进行处理。 下面给出了两张研磨刷辊示意图。其中，图2展示的是浸渍研磨颗粒的硬毛刷，图3展示的那么是Scotch抛光刷。 该技术被广泛用以对覆铜箔层压板铜外表进行清洁处理。 至于抛刷的目标，是借助研磨颗粒在材料外表的切线运动，通过机械摩擦和粗化铜箔外表，在同一时间内，除去任何可能附着的污染物。 如图4所示，并不是擦痕密度越高，抗蚀材料的粘接性能越好。 因为，当贴干膜操作时，铜箔外表的擦痕可能会造成桥状空隙，而且，在历经干膜曝光和显影处理后，此类沟道空隙依然存在。 对于多层印制板的内层图形制作来说，在图形转移后，将进行酸性蚀刻操作。由于上述桥状空隙的存在，蚀刻溶液可能会蔓延渗入其中，从而造成线宽的不规那么改变，严重时甚至会造成线断缺陷。此情况的结果，将会使线宽控制无规律，精细线路开路。 相似的问题还会出现在多层印制板的外层图形电镀制作中：在此过程中，电镀溶液会潜入干膜下部，造成渗镀问题的出现，最终会导致线宽增宽，线间距无规那么变化，严重时会导致精细间隙桥连短路。 关于外表元素组成，我们能断定含研磨颗粒的辊刷具有侵略性的作用，一定能除去大局部的铜箔外表污染物和外来元素。 然而，现今的组成印制线路的导体局部和介质局部，大局部是相互平行布设的。而且，其线宽和线间距大小，几乎与前述提及的单向性擦痕数量级相当。 因此，此种高密度印制电路制造需求，迅速导致研磨刷清洁方法的荒废，大大降低了其运用普遍性。 此外，硬研磨刷不能被用来对内层薄单片进行清洁处理，否那么会使薄单片遭受不可接受的延长变形和可能导致板材损坏。 图5展示的是，经过研磨刷处理和显影蚀刻或电镀制程的粗糙形态图示意。 使用研磨刷处理的另外一个缺乏是，该外表清洁处理法，有可能破坏金属化孔的孔口局部。此问题的出现是由于研磨刷本身的结构，加之金属化孔线路上部所经受的强机械作用所致。 另外，由图6可见，该缺乏问题的出现，会造成金属化孔的拐角裂缝，由此导致印制板成品的质量问题和可靠性降低。 正如前面所述，研磨刷清洁处理所造成的铜箔外表擦划是单向性的，因此，对于印制线路图形制造、精细线路精确度的实现，将大大依赖于铜箔外表擦划的方向。 3.1.2特点 〔1〕外来颗粒可能被包埋于铜箔之下〔“犁〞作用〕； (2)存在铜箔外表和多层板内层金属化孔孔壁间的连接破裂危险，随着电镀铜层厚度减薄的趋势，此种连接破裂危险将越发严峻； (3)磨刷压力控制很关键，而且受操作者控制的敏感性很大； (4〕磨刷的磨损往往是非一致性的发生，从而导致磨刷压力的不均匀性运用； (5)对于薄层压板材料的磨刷处理，不造成材料的损坏是非常关键且值得广为关注的问题； (6)磨刷所造成的拐角折断，可能会导致短路情况的发生。 3.2化学清洁处理 3.2.1概述 当关注到薄型材料外表擦划、材料延伸和损坏时，化学清洁处理总是研磨刷清洁处理的不二替代方法。 首先，铜外表先经除油处理，以除去有机沾污，例如油脂和手指印渍，或类似于防氧化处理层的铬酸盐。随后，将运用微蚀刻处理，以除去铜层外表的氧化物，并同时提供一个微粗化的铜外表。 图7展示的是：优良的微蚀刻处理铜外表和改善铜外表结构形态，提供一个有效粘接的足够粗糙形态。 该清洁处理制程，不包括针对铜层外表的机械作用，因此，考虑到完全除去铜外表沾污物，防止可能产生的处理不一致性，是很关键的。 由于覆铜箔层压板生产厂商所用的铜层外表抗氧化涂层厚度各不相同，其耐受微蚀刻处理的能力也存在差异，这将会导致清洁处理后的外表形态结构的不一致性。 相同的概念也将被运用到所有外来元素中，例如树脂斑点：任何污染物，除非可以完全溶解于所用化学溶剂中，是不能被除去的，它将最终遗留在铜层外表，并阻止后续制程对其下部铜层的进攻。 3.2.2缺乏 〔1〕相比之较高的处理本钱，增大水的消耗，且存在污水处理问题，制程每步控制一致性困难； (2)没有大多数机械清洁处理方法运用中，对于铜层外表刷磨的切线作用。任何污染物，除非可以完全溶解于所用化学溶剂中，是不能被除去的，将最终遗留在铜层外表，并阻止后续制程对其下部铜层的进攻； (3)处理所获得的外表均匀一致性和连贯性，是有问题的； (4)除油制程所用的每种化学产品，仅能有选择性地进攻一定范围的污染物。这将导致选用价格昂贵和复杂组成的上述除油化学产品，或采取较长的处理生产线，其中包括许多除油和淋洗段； (5)每种化学物质，必须仔细且经常进行分析，并根据分析结果进行补充调整，从而保证处理结果的一致性； (6)处理所用的有机酸、加速剂、外表活性剂〔相当于润湿剂〕和稳定剂，会带来较多的问题，并增加污水的处理本钱。 如果针对超柔软性材料的外表处理，当机械清洁方法不能加工处理之情况下，可选择应用化学清洁处理方法。 不过，机械清洁处理方法是较好的选择，因为它们较易被控制，且可采取较为固定的方式反复进行加工。 3.2.3优点 如果不满意研磨颗粒的磨痕擦划，在进行精细线路制造技术中，其他方法会污染所运用的较贵的液态光致抗蚀材料。 随着化学清洁处理法变得越来越普遍，薄内层单片的运用日渐增加，因为该处理方法针对超精致铜箔处理时，仅会造成材料的有限度伸长。 3.3火山灰喷射清洁处理 3.3.1概述 在试图消除或降低采用前述所提及方法所带来的固有机械问题时，一些设备制造商开发出了一个基于火山灰浆喷射需处理材料外表的清洁处理方法。 由图8展示可看出，火山灰喷射前处理，所得到的铜箔外表结构，太光滑和缺乏锐峰的处理效果。 当与用其他方法获得的粗糙结构外表相比拟时，尽管所获得的是一个太光滑的外表，且缺乏锐峰，但铜箔外表被一致性砂磨处理过了。另外，针对抗蚀材料的一个较弱的锚抓外表形态结构，是期望能够获得的。 至于提及去除外表的外来元素，我们应当注意到，当火山灰浆被喷射到板的外表时，火山灰粉末相对较轻，因此提供的是一个弱的机械作用。此外，没有机械研磨作用于板面的切线处理效果。 当材料外表仅通过简单的锤击处理时，那些较难被置换掉的污染物，可能将不能完全被除去。 另外，火山灰泥浆的检测是很关键的。火山灰颗粒随着时间的过去，具有不断沉降的趋向。典型的火山灰泥浆的浓度和寿命，必须被严格控制，以确保其清洁处理作用，满足于可接受水平之上。 注意：通常火山灰喷射外表处理需结合化学清洁步骤来实施。 3.3.2优点 〔1〕该技术可排除所有磨刷的使用，以及由此带来的机械问题； (2〕由于不使用磨刷，制程允许在不造成损坏的情况下，完成对薄型材料的外表清洁处理。 3.3.3缺点 〔1〕对铜外表没有机械磨损的切线作用。那些污染物，较难被置换掉，当仅采用该法简单地“锤击〞处理时，不能被完全去除； (2)锐峰的缺乏，以及较平滑外表效果〔比拟采用尼龙刷结合火山灰泥浆处理所得外表处理效果〕，将会导致稍低的抗蚀材料粘结力； (3)处理板外表上的火山灰泥浆，将随着板子运行通过整个设备，致使整个制程效率降低和缓慢； (4)火山灰泥浆的检测是很关键的，在处理一段时间后，火山灰颖粒会变得钝化。一般来说，必须对火山灰浆浓度和寿命加以严格控制，以保证其清洁处理效果，到达可接受水平之上； (5)与一种带有磨刷配置的坚硬结构的火山灰刷板设备相比拟，该技术运用所需设备，采用塑料制造，肯定较廉价和简单。然而，鉴于火山灰泥浆循环使用和喷射的相对高压力，它存在一个严重的磨损隐患，导致设备报废； (6)该制程仅相对成功应用于较大外表铜的清洁处理，例如，用于多层印制板的内层板图形转移前处理。 3.4氧化铝颗粒喷射清洁处理 3.4.1概述 为了克服火山灰喷射处理效率低和不一致性机械作用问题，几经努力，研制出了由氧化铝代替的喷射清洁处理技术。由于氧化铝颖粒较重和较坚硬，所以其浆状物的喷射，对板面能保证较强的冲击效果。 从图9可看出，经处理后的铜外表呈现出低锐峰，因此改良了对其外表的有效粘合效果。 氧化铝浆喷射的锤击作用，改变了板材外表铜的结构，因而有效地改良了后续涂层的粘结性能。 所有种类的外来元素〔氧化物，铬酸锌有机物〕依然存在，几乎与原始未处理铜外表具有相同的百分比。这是因为，没有机械磨损切线作用于外表的除去外来元素能力，从而揭露出其下所包埋的原始铜外表。 扫描电子显微镜图片清晰地证实了氧化铝喷射处理的效果，尽管其提供了一个针对抗蚀材料的可接受的机械处理锚接效果，但未能除去污染物。因此，无论该制程前或后，一个化学清洗工步是需要的。 此外，还应该关注的是，如果在喷射清洁处理操作中，与采用尼龙刷和研磨剂悬浮液刷磨效果相比拟，使用太高压力，被处理材料将被证实有一定程度的伸长。 不使用刷辊，虽然一定程度上会影响处理板的质量，但却能提供某些程度的优势：不需要根据待处理板的厚度不同，改变和调节刷辊，于任何时间通过氧化铝喷射清洁处理。当然，喷嘴的更换还是需要的。 针对一个收缩的市场需求，该市场要求清洁处理设备制造厂家，更多关注操作本钱减少、维修保养时间缩短、全自动、操作者技能依赖性降低等诸多方面因素。氧化铝喷射清洁处理会在工业化生产中，拥有一席之地。 此外，采用氧化铝喷射清洁处理的一个重要应用，是化学浸金前铜外表的清洁处理。 3.5利用火山灰和尼龙刷的磨刷清洁处理 3.5.1概述 火山灰，历史性地被用于清洁铜箔外表，再次开始流行于70年代初。 由图10可看到，铜箔具有均匀的、一致性、可砂处理的、深度浸蚀外表，且采用火山灰颗粒的精度微作用，可实现一个粗化的富峰外表。而且，该外表形态对所有涂层获得良好粘结，是