印刷电路板等离子体表面处理设备简介(DOC12)(1).doc

资料1：印刷电路板等离子体表面处理设备简介等离子体是物质的第四态，其中含有大量的电子、离子、光子和各类自由基等活性粒子。以等离子体物理和等离子体化学为基础发展起来的低温等离子体技术逐渐成为高新技术的重要支柱,在印刷电路板材料制备与表面改性、纺织、印刷、生物医学等方面发挥了重要作用。利用等离子体技术处理材料改性与传统工艺相比具有以下明显优点： 等离子体对材料改性的技术是一项具有多种功能的有效技术。它可以改善表面的吸湿性、疏水性、防缩防皱、抗静电及阻燃等，而且作用层只有数百埃，不损伤基体力学性能。 等离子体技术属于干法处理，因而大幅度降低水资源的消耗，等离子体处理的新工艺无三废排放。因此采用了新工艺既可为企业节约排污、治污的费用，使企业负担减轻， 又保护了生态环境。 等离子体处理技术效率高, 节约能耗, 可缩短工艺流程，大幅度降低生产成本。在处理过程中，不使用酸碱化工原料，避免了高温潮湿的生产环境，减轻劳动强度，保护工人身体健康，提高全员劳动生产率。在印刷电路板生产工艺过程中，等离子体处理技术可以得到多方面的应用： 印刷电路板在喷涂金属前进行去污和背面蚀刻，特别适用于化学品很难进入的激光钻小孔上的应用。 处理聚四氟乙烯板，增加镀层粘接强度。 在软性或硬性电路板中，在层压前清洁聚合物内层面，提高粘接性。 清洁金触点，以提高线材粘接强力。 在封装前或聚对二苯基涂层前，将电子部件进行激活。 在镀铜加工前，将绝缘膜电容进行处理。 在焊接区去除残留敷行涂覆，以提高粘接性和可焊性。中美合资南京锋世科技有限公司研制的印刷电路板等离子体表面处理设备由真空腔体及抽真空系统、充气系统、高频电源、PLC控制系统、机柜等部分组成。抽真空系统采用日本ULVAC高真空泵和高精度数字真空计，抽空速度快，效率高。真空腔体由厚铝板焊接成型，腔体容积：长宽高=900mm600mm600mm，可分为18层, 单次处理量可达7.5平方米,处理时间为30分钟。充气系统可向真空腔体内注充H2、N2等气体，并可同时充入3种气体。控制系统采用日本三菱公司PLC作为控制系统核心，通过程序来控制真空泵的开、关，电磁阀门的开、关，等离子发生器电源的开、关，充入微量气体真空度，放电真空度，放电时间，充入N2气的冷却时间等。在操作界面上，设备采用三菱公司触摸屏作为人机界面，操作简单、方便，可靠性高。锋世科技采用美国哥伦比亚大学的等离子技术,在国内率先研发出等离子体材料表面处理设备,经客户在印刷电路板以及非金属材料表面处理生产过程中使用验证,材料经等离子体表面处理后,表面具有亲水性，表面的浸润性和接触性也得到了极大的改善，镀层的粘接强度得到大大增强，而生产成本则大幅度降低，每平方米印刷电路板用等离子处理其成本仅及传统的高锰酸钾化学处理工艺的一半。锋世科技的产品质量和可靠性绝不低于国外进口的同类产品，产品的价格仅相当于进口产品的1/3左右。锋世科技的等离子体材料表面处理设备现已在深圳博敏电子有限公司、沧州福林印制电路板有限公司、常州宇宙星电子制造有限公司、广东精汇电子科技有限公司、中国电子科技集团公司第14研究所印制板厂、江苏泰兴市泰鑫印制线路板厂等印制板制造企业、军工科研院所得到应用推广，大大提高了用户的产品品质。资料2：等离子体处理印刷电路板加工工艺详述【序言】 气体等离子体处理对印刷电路板去污和背面蚀刻是一种较方便、高效、优质的方法。等离子体处理特别适用于FR4、聚酰亚胺（Polyimide）和聚四氟乙烯（PTFE）材料，因为这些材料的化学活性较差,而等离子体处理能激活活性。 通过高频发生器（典型40KHZ），利用电场的能量在真空条件下、分离加工气体建立等离子体技术。这些激发不稳定的分离气体物质，将表面进行改性和轰击。处理工艺如紫外线精细清洁、激活、消费和交联以及等离子态聚合是等离子体表面处理的作用。 【等离子体处理工艺的优点是】 1、加工工艺可控制 2、环境保护工艺 3、低成本加工工艺 4、无处理废物成本 5、干燥处理 【等离子体处理工件原理】 等离子体是从紫外线发莹光的产物，是继固体，液体、气体之后，等离子体是物质第四态。等离子体是有离子，自由电子、光子、中子、原子、分子等激发了电子状态。每一个组成部分有能力对表面进行处理作用。利用对地的高压，40KHZ和13.58MHZ高频发生器使气体成为等离子体态。2.54GHz微波系统是建立等离子体态的第三种设备。 以上三种不同频率的高频发生器在应用方面稍有不同的适应性能。激活了的原子，分子，离子和自由电子物质高度集中，能够在等离子体态中和固体表面发生作用，引起了物质表面的化学和物理改性。 等离子体表面处理具有如下作用：清洁作用；激活作用；消融作用；交联作用。 【清洁作用Cleanning】 清洁工作是去除弱键以用典型-CH 基有机沾污物。主要特点是只对表面起作用而无侵蚀内部作用，得到超高清洁表面作用而对下道工序做好准备。 【激活作用Activation】 激活作用是表面形成羰基 Carboxyl 羧基 Hydroxyl 羟（基）三种基团。这种基团具有稳定的功能对粘接亲水有积极作用来代替弱键。主要是增加了表面能量。对聚合物来讲由于表面能量低致使粘接性能不好。 【交联作用Crosslinking】 交联作用是在惰性气体中进行。键被打断而重新组合，形成双键或三键或者形成一个自由基和另一键组合的键。 【消融作用Ablation】 消融作用是轰击聚合物表面时，去除聚合物链和弱键。这种有利于印刷电路板进行去污和背面蚀刻。上述三种作用是等离子态表面处理相交叉作用的综合。合理正确选择工艺参数和气体混合比例，可以得到最佳效果。 【工艺参数】 在等离子体处理，如下工艺参数合理选择起了很重要的作用 气体种类和混合比例；功率；加工时间；工作室压力；气体流量。 【气体混合】 氧是最常用的清洁和激活聚合物表面和其他表面的气体。惰性气体如氨是起交联作用。其他气体如 CF4是更具有活泼性。不同气体的混合可以得到最优化工艺。 【气体流量】 根据工作室容积，抽真空系统和工作压力决定气体流量大小，尤其是工作压力和气体流量更具有密切相关。 【工作压力】 等离子体处理稳定在一定工作压力范围内。太低或太高的工作压力导致等离子体处理不稳定。高频发生器不能符合系统要求，则等离子体处理就会不稳定。对射频系统来讲，工作压力在100-300 torr 之间最适合。低工作压力导致激活物质有较长的生命。较高工作压力可以得到较高气体利用程度。所以必需进行优选。 【处理时间】 处理时间较长一般来讲可以得到印刷电路板较深的去污和蚀刻作用。有些情况，修理时间过长导致过度处理或受热损坏。 【功率】 高功率能缩短处理进间。出于功率高使激活的物质更加活泼。在热量产生中功率起重要作用。并不是功率越高越好。 【注意事项】 高功率和较长处理时间要影响工作室内的温度。太高工作压力也要减少等离子体处理的效率。 【应用】 根据不同处理材料选择工艺参数。特殊材料处理需要进行些微调工艺参数。 【FR4印刷电路板的处理】 为了对印刷电路板进行去污和背面蚀刻，各向同性的FR4印刷电路板。可以用CF4和氧气混合气体进行蚀刻。通过如下四个步骤进行 1）加热过程：20分钟，使用氧气，功率3000W，加温到70； 2）去污背刻过程20分钟，O2/CF4（85/15到90/10%混合）功率3000W； 3）清洁/激活过程5分钟O2功率3000W； 4）N2通入过程排除剩余CF4气体 蚀刻气体是CF4和氧的混合。增加CF4气体可以提高蚀刻速率，缺点是要损坏等离子体处理设备某些部件（如O型密封圆环）所以要控制气体的比率混合在10-15%。 温度是一项很重要的参数，因此加热过程在待离子处理中要具体设置。等离子体设备能测量温度，当温度达到时，自动切换下一过程。温度的设定，由电脑控制。高温导致较高的蚀刻速率，通常温度为60-80。较高的温度要损坏印刷电路板，特别是薄的印刷电路板。清洁激活过程是必要的，以便激化印刷电路板表面，因为用CF4气体处理可以得到表面拒水性能。 【聚酰亚胺Kapton印刷电路板的处理】 由聚酰亚胺制成柔性印刷电路板无论有粘接剂与否均可以由等离子体处理。同样的工艺参数可应用到杜邦的Kapton材料中。 【聚四氟乙烯（TEFLON）印刷电路板的通孔处理。】 聚四氟乙烯PTFE是一种具有惰性的材料，加工目的是激活聚四氟乙烯表面，其激活水平能达到45-50达因表面张力。放置寿命由于有限，要求在同一天内马上进行材料表面金属处理。加工工艺是N-H为主体或He-O2为主体。开始发生化学作用是用非常活泼的NH2气体。氨的缺点是臭味和需要特殊的MFC控制器，所用参数如下。 1用N2或惰性气体（不用O2）加热功率2500W，10分钟直到温度为70。 2输入O2/He（50/50%混合气体）10分钟功率2000W。 3输入100%He5分钟功率2000W。 加热过程对一些非常薄的印刷电路板具有非常苛刻要求的，这过程可以免去或者减量。对机器来讲气体流量是可受控的但一定要给工艺压力大约250-300Torr。经过处理后表面是活跃的，在金属化前不需要再作其他加工处理。 【结论】等离子体设备可以提供微量调节工艺参数，以便对不同材料表面处理达到最优化结果。实践证明利用等离子体表面处理多层软性或软硬性材料，可得到品质良好的印刷电路板。资料3：等离子清洗技术应用及原理一、金属表面去油及清洁 金属表面常常会有油脂、油污等有机物及氧化层，在进行溅射、油漆、粘合、健合、焊接、铜焊和PVD、CVD涂覆前，需要用等离子处理来得到完全洁净和无氧化层的表面。 在这种情况下的等离子处理会产生以下效果： 1.1灰化表面有机层表面会受到化学轰击在真空和瞬时高温状态下，污染物部分蒸发 污染物在高能量离子的冲击下被击碎并被真空带出 紫外辐射破坏污染物 因为等离子处理每秒只能穿透几个纳米的厚度，所以污染层不能太厚。指纹也适用。 1.2氧化物去除 金属氧化物会与处理气体发生化学反应,这种处理要采用氢气或者氢气与氩气的混合物。有时也采用两步处理工艺。第一步先用氧气氧化表面5分钟，第二步用氢气和氩气的混合物去除氧化层。也可以同时用几种气体进行处理。 1.3焊接 通常，印刷线路板在焊接前要用化学助焊剂处理。在焊接完成后这些化学物质必须采用等离子方法去除，否则会带来腐蚀等问题。1.4键合 好的键合常常被电镀、粘合、焊接操作时的残留物削弱，这些残留物能够通过等离子方法有选择地去除。同时氧化层对键合的质量也是有害的，也需要进行等离子清洁。二、等离子刻蚀 在等离子刻蚀过程中，通过处理气体的作用，被刻蚀物会变成气相（例如在使用氟气对硅刻蚀时）。处理气体和基体物质被真空泵抽出，表面连续被新鲜的处理气体覆盖。不希望被刻蚀部分要使用材料覆盖起来（例如半导体行业用铬做覆盖材料）。等离子方法也用于刻蚀塑料表面，通过氧气可以灰化填充混合物，同时得到分布分析情况。刻蚀方法在塑料印刷和粘合时作为预处理手段是十分重要的，如POM 、PPS和PTFE。等离子处理可以大大地增加粘合润湿面积。 三、刻蚀和灰化 PTFE刻蚀 PTFE在未做处理的情况下不能印刷或粘合。众所周知，使用活跃的碱性金属可以增强粘合能力，但是这种方法不容易掌握，同时溶液是有毒的。使用等离子方法不仅仅保护环境，还能达到更好效果。等离子结构可以使表面最大化，同时在表面形成一个活性层，这样塑料就能够进行粘合、印刷操作。 PTFE混合物的刻蚀 PTFE混合物的刻蚀必须十分仔细地进行，以免填充物被过度暴露，从而削弱粘合力。处理气体可以是氧气、氢气和氩气。可以应用于PE、PTFE、TPE、POM、ABS和丙烯。 四、塑料、玻璃和陶瓷的表面活化和清洁 塑料、玻璃、陶瓷与聚丙烯、PTFE一样是没有极性的，因此这些材料在印刷、粘合、涂覆前要进行处理。同时，玻璃和陶瓷表面的轻微金属污染也可以用等离子方法清洁。等离子处理与灼烧处理相比不会损害样品。同时还可以十分均匀地处理整个表面，不会产生有毒烟气，中空和带缝隙的样品也可以处理。 不需要用溶剂进行预处理 所有的塑料都能应用 具有环保意义 占用很小工作空间 成本低廉 等离子表面处理的效果可以简单地用水来验证，处理过的样品表面完全被水润湿。长时间的等离子处理（大于15分钟），材料表面不但被活化还会被刻蚀，刻蚀表面具有最大润湿能力。常用的处理气体为：空气、氧气、氩气、氩氢混合气体、CF4等 五、等离子涂镀 聚合 在涂镀中两种气体同时进入反应舱，气体在等离子环境下汇聚合。这种应用比活化和清洁的要求要严格一些。典型的应用是保护层的形成，应用于燃料容器、防刮表面、类似PTFE材质的涂镀、防水涂镀等。涂镀层非常薄，通常为几个微米，此时表面的亲和力非常好。 常用的有3种情况 防水涂镀环己物 类似PTFE材质的涂镀-含氟处理气体 亲水涂镀-乙烯醋酸 资料4：等离子处理技术在软性电路板生产中的应用软性电路板(FLEXIBLEPRINTEDCIRCUIT)简介 软性电路板由具挠性之基材制成,具有体积小、重量轻、可做3D立体组装及动态挠曲等优点。基本材料 铜箔基材COPPERCLADLAMINATE 由铜箔+胶+基材组合而成，亦有无胶基材亦即仅铜箔+基材，其价格较高，除非特殊需求在目前应用上较少。铜箔CopperFoil 在材料上区分为压延铜(ROLLEDANNEALCopperFoil)及电解铜(ELECTRODEPOSITEDCopperFoil)。两种在特性上来说压延铜的机械特性较佳，有挠折性要求时大部分均选用压延铜，厚度上则区分为1/2oz(0.7mil)、1oz、2oz等三种，一般均使用1oz。 基材Substrate在材料上区分为PI(Polymide)Film及PET(Polyester)Pilm两种，PI之价格较高，但其耐燃性较佳；PET价格较低，但不耐热。因此，若有焊接需求时，大部分均选用PI。材质厚度上则区分为1mil(=25.4mm) 、2mil两种。 胶Adhesive 一般有Acrylic胶及Expoxy胶两种。最常使用Expoxy胶，厚度上由0.41mil均有，一般使用1mil胶厚。 覆盖膜Coverlay 由基材+胶组合而成。其基材亦区分为PI与PET两种，视铜箔基材之材质选用搭配之覆盖膜之胶亦与铜箔基材之胶相同厚度，则由0.51.4mil。 补强材料Stiffener ，软板上局部区域为了焊接零件或增加补强以便安装而另外压合上去之硬质材料。补强胶片区分为PI及PET两种材质 。补强材料一般均以感压胶PRESSURESENSITIVEADHESIVE与软板贴合，但PI补强胶片则均使用热熔胶(Thermosetting)压合。 印刷油墨一般区分为防焊油墨(SolderMask色)、文字油墨(Legen白色黑色)、银浆油墨(SilverInk银色)三种，而油墨种类又分为UV硬化型(UVCure)及热烘烤型(ThermalPostCure)二种。 表面处理：防锈处理于裸铜面上抗氧化剂，铅印刷于裸铜面上以钖膏印刷方式再过回焊炉 ，电镀锡/铅(Sn/Pb)镍/金(Ni/Au) ，化学沉积以化学药液沉积方式进行锡/铅镍/金表面处理 。去钻污和凹蚀等离子体处理技术的主要应用 经过钻孔的印制板孔壁上可能有树脂钻污，只有将钻污彻底清除才能保证金属化孔的质量。在刚挠印制板中，由于覆盖层和丙烯酸粘结片上镀层结合力差，在经受热冲击时，易造成镀层与孔壁分离，所以孔壁除了要求彻底去除钻污外，还要求有20m左右的凹蚀，以使内层铜环与电镀铜呈可靠性更高的三点接触，大大提高金属化孔的耐热冲击性。通常，聚酰亚胺产生的钻污较少，而环氧和改性丙烯酸产生的钻污较多。环氧钻污可用浓硫酸去除，而丙烯酸钻污只能用铬酸去除。铬酸法处理过程中板子的持拿及清洗都十分不方便。又由于聚酰亚胺不耐强碱，因此强碱性的高锰酸钾去钻污根本不适用于挠性和刚挠印制板。因此，许多厂家都使用等离子体法去钻污和凹蚀。挠性或刚挠印制板 钻孔 去毛刺 高压水洗 湿喷砂 烘板等离子体阻蚀处理 高压水洗 孔金属化。等离子体去钻污是国外八十年代才开始采用的技术。等离子体是电离的气体，整体上显电中性，是一种带电粒子组成的电离状态，称为物质第四态。应用等离子去除刚挠板及挠性板孔壁的钻污可看作是高度活化状态的等离子气体与孔壁高分子材料和玻璃纤维发生气固化学反应，同时生成的气体产物和部分未发生反应的粒子被抽气泵排出，是一个动态的化学反应平衡过程。等离子体气体的生成条件为：（1）将一容器抽成真空（0.2-0.5Torr），并保持一定的真空度；（2）向真空容器中通入所选气体，必须保持一定的真空度；（3）开启射频电源向真空器内正负电极间施加高频高压电场，气体即在正负极间电离，放出辉光，形成等离子体，此时气体不断输入，真空泵一直工作以使真空器内保持一定真空器。 整个等离子体处理过程为分批间歇操作，分为三步，各步骤的典型工艺参数如表13-7所示。第一阶段是用高纯度的N2气为处理气，产生等离子体。目的是使整个系统处于N2氛围；N2自由基与孔壁附有的气体分子反应，使孔壁清洁且使孔壁实氮，同时预热印制板，使高分子材料处于一定的活化态，以利于后续阶段反应。第二阶段以O2，CF4为原始气体，混合后产生O，F等离子体，与丙烯酸，聚酰亚胺和环氧树脂，玻璃纤维反应，达到去钻污凹蚀的目的。第三阶段采用O2为原始气体，生成的等离子体与反应残余物反应使孔壁清洁。等离子体处理的工艺参数主要包括：气体比例，流量，射频功率，真空度和处理时间。气体比例是决定生成等离子体活性的重要参数。要达到较好的处理效果，一般02为50-90和CF4为50-10。纯02等离子体与孔壁材料反应速度慢且产生热量大，导致铜的氧化。而50-10的CF4增加了反应由凹蚀速度，能产生极化度高，活性强的氧氟自由基。射频（RF）功率大小约在2-5kw之间。高的功率使气体电离度提高，提高了反应速度，但同时也产生大量的热量。从而增加了间歇式反应的次数。系统气体压力主要由射频功率和气体流量，比例决定。在较低的压力下，等离子体放电不均匀，但粒子的平均自由程加大，可增加粒子进入小孔的能力；高的气体压力使粒子的渗透能力降低，且产生大量辉光。增加功率水平可以改善渗透能力。通常比较理想的系统压力在200-300mTorr之间。表13-7 等离子体去钻污凹蚀工艺参数 工艺参数（系统压力280mTorr） 第一阶段 第二阶段 第三阶段 CF4气百分比（） 0 20 0 O2气百分比（） 0 80 100 N2气百分比（） 100 0 0 真空度(mTorr) 110 110 110 射频功率(kw) 2.5 2.5 2.5 处理时间(min) 5 40 5 等离子体去钻污凹蚀是复杂的物理化学过程，有许多影响因素。包括工艺参数，钻孔质量，前处理效果，印制板潮湿程度和温度，印制板上孔的分布和大小等。总之，只有充分考虑各类影响因素，正确确定前处理和等离子处理的工艺参数才能确保去钻污凹蚀的质量。经等离子体处理加工板 除玻璃纤维 化学镀铜 电镀铜加厚 成像 图形电镀采用等离子体除去挠性和刚性印制板孔内钻污时，各种材料的凹蚀速度各不相同，从大到小的顺序是：丙烯酸膜，环氧树脂，聚酰亚胺，玻璃纤维和铜。从显微镜中能明显地看到孔壁有凸出的玻璃纤维头和铜环。为了保证化学镀铜溶液能充分接触孔壁，使铜层不产生空隙和空洞，必须将孔壁上等离子反应的残余物，凸出的玻璃纤维和聚酰亚胺膜除去，处理方法，包括化学法和机械法或二者结合。化学法是用氟化氢胺溶液浸泡印制板，再用离子表面活性剂（KOH溶液）调整孔壁带电性。机械法包括高压湿喷砂和高压水冲洗。采用化学法和机械法相结合的效果最好。资料5：美国March Plasma公司等离子体处理技术在软性电路板生产中的应用介绍去除抗蚀涂层的残渣 （Resist residual removal）在做细间距的电路时（fine pitch circuity），会有一些抗蚀涂层残留。在电路板做锓蚀前，此残渣必须去除，否则容易引起短路。等离子体能有效地去除内层板(inner layers and panels)的此残渣,并且不影响电路的图案。等离子体也能有效地去除残余的假焊锡（residual solder mask bleed from lands），以便增强结合和可焊性。用于内层板（inner layers）的准备表面涂覆一层的内板往往含有没有机体的聚酰亚胺的柔性材料，使得光滑的表面难以辗压成薄板（多块板）。等离子体通过去除很薄一层柔性材料可以改变内板表面的形貌和亲水性以提高板间的附着力。化学方法往往很难去除没有机体的聚酰亚胺，因为它一般不与大多数化学药物反应。去除碳激光加工印制板孔时会有副产品碳产生。碳则影响孔的金属化过程。残留在孔中的碳和环氧树脂或聚酰亚胺树脂在孔金属化前必须去除。等离子体可以除去通孔和盲孔的残留物。资料6：等离子处理设备在电子工业中其它用途1 集成电路封装件 （IC Package）IC Package 的主要工艺流程：a) 晶片（包含了集成电路）的生产；b各个小晶片电路转移到