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PCB（印制電路板）低溫等離子體表面改性工藝

文章出處：等離子清洗機(jī)廠家 | 深圳納恩科技有限公司| 發(fā)表時(shí)間：2022-10-28
印制電路板(PCB)是電子元器件電氣連接的提供者，是電子設(shè)備的核心部件，已被廣泛應(yīng)用。采用印制電路板能夠大幅減少布線和裝配的差錯(cuò)，提高自動(dòng)化水平和生產(chǎn)效率。但PCB存在表面臟污、潤濕性差、粘接性能不足的缺點(diǎn)，這限制了其在粘接、印刷等方面的應(yīng)用，因此有必要對PCB進(jìn)行表面處理，主要方法有化學(xué)濕法處理、等離子體處理等。

等離子體表面改性屬于干法處理工藝，通過噴槍產(chǎn)生的等離子體射流與材料表面發(fā)生反應(yīng)來達(dá)到表面清潔與改性的目的（如圖一所示）。涉及的反應(yīng)主要有兩種：一種是化學(xué)反應(yīng)，主要以H2、O2、N2、CO2、CF4、空氣等作為介質(zhì)，經(jīng)高壓電離后生成高活性的自由基粒子，與材料表面的物質(zhì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成新物質(zhì)并被排出材料表面；另一種是物理反應(yīng)，采用Ar、He等惰性氣體作為介質(zhì)，這些氣體在電離后產(chǎn)生的正離子、電子等高能粒子能夠不斷沖擊材料表面，直至污染物脫離材料表面。
等離子體處理PCB板
圖一 等離子體處理PCB板
 
等離子體改性技術(shù)興起于20世紀(jì)六七十年代，具有高效節(jié)能、零廢液的優(yōu)點(diǎn)，可以對材料表面起到清潔、活化和改性的作用，因此在微加工、超大規(guī)模集成電路、半導(dǎo)體薄膜器件、高分子材料表面處理等方面應(yīng)用廣泛。

化學(xué)濕法處理與等離子體處理對PCB表面改性效果的對比


分別采用化學(xué)濕法和等離子體工藝對PCB進(jìn)行表面改性，以對比兩種表面改性工藝的效果，從三個(gè)維度測試與表征不同工藝改性效果。
采用達(dá)因筆測試PCB的表面張力，通過觀察試液的浸潤情況來判斷不同改性工藝對PCB表面粘附性的影響。
采用全自動(dòng)型光學(xué)接觸角測量儀測量，圖2所示PCB表面3處的水接觸角(θ)，取平均值，用于評價(jià)PCB的潤濕性。
采用臺階儀測量PCB表面的臺階高度(hp)，以對比不同改性工藝對PCB表面粗糙度的影響。
水接觸角測量示意圖
圖二 水滴角測量示意圖
 

潤濕性
從圖3可以看出，未經(jīng)處理的PCB表面水接觸角約為70°；經(jīng)化學(xué)濕法處理后水接觸角降低到40°左右，表面潤濕性有所改善；低溫等離子體處理后PCB的表面水接觸角僅20°左右，潤濕性最好。因?yàn)榭諝庠诮?jīng)高壓電離后會產(chǎn)生顯電中性的高活性自由粒子，這些粒子與PCB表面的物質(zhì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)后會生成親水基團(tuán)，使得PCB表面的潤濕性增強(qiáng)；另外，在等離子體處理過程中附帶的刻蝕作用也會令PCB表面粗糙度增大，進(jìn)而增大了固液之間的接觸面積。
采用不同工藝處理前后的 PCB 表面的水接觸角
圖三 采用不同工藝處理前后的 PCB 表面的水接觸角
 
表面粗糙度
從圖4可知，經(jīng)化學(xué)濕法處理后PCB表面的臺階高度約為1093nm，經(jīng)等離子體處理后的臺階高度在1886nm左右，說明等離子體處理時(shí)PCB的表面粗糙度明顯高于化學(xué)濕法處理時(shí)，這也是等離子體處理使PCB表面潤濕性更好的主要原因之一。
采用不同工藝處理后 PCB表面的臺階高度分布
圖四 采用不同工藝處理后 PCB 表面的臺階高度分布
 
粘附性
采用50dyn/cm(即50mN/m)的達(dá)因筆在PCB表面進(jìn)行涂寫。從圖5可以看出，化學(xué)濕法處理的PCB表面筆跡出現(xiàn)斷連與收縮，涂寫區(qū)域顏色深淺不一，說明經(jīng)化學(xué)濕法處理后PCB的表面張力低于50dyn/cm；而低溫等離子體處理的PCB表面筆跡分布均勻，完整地鋪開，說明經(jīng)等離子體處理后PCB表面張力≥50dyn/cm。表面張力是反映材料表面粘附性的關(guān)鍵指標(biāo)，表面張力越大，表示液體膠粘劑在其表面的粘附性越好，因此等離子體處理后PCB表面的粘附性要優(yōu)于化學(xué)濕法處理后，可以與膠粘劑之間取到更好的膠接效果。
50 dyn/cm 的達(dá)因筆在經(jīng)不同工藝處理的PCB表面留下的筆跡
 圖五 50 dyn/cm 的達(dá)因筆在經(jīng)不同工藝處理的PCB表面留下的筆跡
 
針對印制電路板(PCB)表面潤濕性差的問題，對比了傳統(tǒng)化學(xué)濕法處理和低溫等離子體處理對PCB進(jìn)行表面改性的效果，結(jié)果表明采用等離子體處理后PCB的表面潤濕性優(yōu)于采用化學(xué)濕法處理時(shí)，并且等離子處理屬于干法處理，沒有污染。
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