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1、文档密级：内部公开此资料属深南电路公司所有，未经许可，不得扩散。S-078S-078 等离子去钻污参数对等离子去钻污参数对 PCB 去钻污量的影响去钻污量的影响The effect of plasma parameter on PCB desmear amount 冯春皓 /Feng Chunhao （公司：深南电路股份有限公司，广东省深圳市龙岗区，邮编:518117）E-mail：作者简介：冯春皓，高分子化学硕士，毕业于济南大学。目前在深南电路股份有限公司产品研发部担任工程师，主要负责服务器产品及高速产品的开发与维护。摘摘 要：要：本文对等离子去钻污参数进行工艺研究，通过实验评估了加工电极功
2、率和加工时间对 PCB 单位面积去钻污量的影响，并研究了在一定厚径比(9.4:1)下，不同参数对去钻污量的影响。将电极功率和加工时间与 PCB 去钻污量进行了线性关系拟合，得到函数关系方程。最后进行了切片分析，验证了函数方程的应用范围。Abstract：This article has studied plasma parameter of desmear process by evaluating the influence from electrode power and plasma desmear time. And we obtain the effect of different
3、paremeter on desmear amount when the products Aspect ratio is 9.4:1.The electrode power and processing time and PCB desmear amount has been fitted linear relationship,then we got function relation equation. Finally we analyse the section to verify the application range of the function equation.关键词：关
4、键词：等离子体 去钻污量 电极功率Keyword: plasma; desmear weight; electrode power一、前言一、前言等离子体是由于原子中激化的电子和分子无序运动的状态，所以具有相当高的能量，其对于任何有机材料都具有很好的蚀刻作用，随着 PCB 向着高密度，多元化发展，等离子去工艺（plasma）在 PCB 的制造中起到越来越重要的作用。等离子工艺的最大技术特点是：它不分处理对象，可处理不同的基材，无论是金属、半导体、氧化物还是高分子材料（如聚丙烯、聚氯乙烯、据四氟乙烯、聚酰亚胺、聚酯、环氧树脂等高聚物）都可用等离子体很好地处理，因此，特别适合不耐热和不耐溶剂的基底
5、材料。而且还可以有选择地对材料的整体、局部或复杂结构进行部分加工。本文以孔壁的平均去钻污量为标准，通过用不同的 plasma 加工参数进行板件的去钻污实验研究。得出并分析了等离子去钻污参数的变化对等离子去钻污效果的影响规律，在以后的 PCB 加工过程中，可以根据板件的实际情况来选择合适的参数。文档密级：内部公开此资料属深南电路公司所有，未经许可，不得扩散。二、等离子去钻污原理介绍二、等离子去钻污原理介绍工业上现在常用电容耦合、电感耦合和波耦合三种基本方法，在一定条件下来产生等离子体。产生的离子、自由基等高能量和高活性等离子体，被连续的冲撞和受电场作用力而加速，使其与材料表面碰撞，并破坏数微米范
6、围以内的分子键，诱导削减一定厚度，生成凹凸表面，形成气体成分的官能团等表面的物理和化学变化，提高相应的除污、表面活化、提高镀铜粘结力等作用。等离子体对 PCB 板去钻污处理的方式主要有以下两种：化学反应：利用等离子体的活性基团与要处理的物质进行一系列的化学反应，生成以挥发物，进而来达成 plasma 处理。以最常用的 O2/CF4体系为例： 首先 O2和 CF4在高频电场中分解出加速的原子与分子，在加速的同时发生碰撞，激发出电子，进而生成活性自由基，形成等离子体（plasma）。反应式如下：（反应式 1） O2CF4free Radicals React OOFCOCOFFe然后，生成的等离子
7、体与板件的基材（或其他材料等）进行反应，生成各种易挥发气态物质。（反应式 2） PolymerOOFCOCOFFeCO2H2ONO2HF其中，还有一个非常重要的副反应：（反应式 3） SiO2HFSiF4H2O反应式 1 生成的 HF 气体在设备舱体内，会进一步与 PCB 基材内的玻纤进行反应，表现出 plasma 在咬蚀基材的反应进行到一定程度后，会相应的咬蚀掉部分突出的玻纤。这样就保证了 PCB 基材的树脂和玻纤能够均匀地去除掉，防止出现玻纤突出现象。物理反应：利用正离子撞击分子表面的方式，使需要处理的物质。脱离 PCB 而达成处理的目的。原理如下图（Ar 可以更换为其他惰性气体，如 N2
8、等）：Argon Plasma Physical Process SputteringAr+PadSubstrateAr图图 1. 氩氩离子离子轰击轰击基材表面，除掉多余物基材表面，除掉多余物质质。 。Picture 1 Argon ion bombard the substrate surface to remove smear .文档密级：内部公开此资料属深南电路公司所有，未经许可，不得扩散。物理反应优点:被清洁表面不留氧化物，被清洗物的化学纯净性，腐蚀作用各向异性,使表面在分子级范围内变得更加“粗糙”提升粘结特性；物理反应缺点:对表面有很大的损害，会产生大的热效应，被清洗表面的各种不同物
9、质选择性差，腐蚀速度较低。化学反应优点:清洗速度较高、选择性好、对清除有机污染物比较有效;化学反应缺点:在表面产生氧化物。和物理反应相比较，化学反应的缺点不易克服。根据其加工的优缺点，决定了 plasma 在各个流程加工的目的不同。无论是化学反应还是物理反应，其加工参数都会对去钻污效果有着一定的影响。本文以 plasma 化学反应去钻污为例，研究了各个参数对板件钻孔后去钻污效果的影响。三、试验设计：三、试验设计：实验流程设计和关键说明：下料棕黑化配板层压铣边钻孔（按照钻孔参数指导进行加工）铣外形（铣出试片）等离子去钻污plasma（采用不同方案进行加工）孔化（不做垂直去钻污）全板电镀做切片观察
10、分析。通过称重法取得不同板厚和孔径的板件孔壁平均去钻污量。如图 2 所示，在板件上钻出厚径比为 9.4:1，孔数不同的BGA 区域，并沿周围铣槽，铣掉的试片烘干并分别称重，然后用高温胶带包裹试片四边树脂面，再嵌回板中，做等离子去钻污，模拟板件加工的真实情形。加工完毕后重新烘干并称重，结合试片的孔壁总树脂面积，可以计算试片的孔壁平均去钻污量。(为了保证测试结果均匀准确，每个试片至少重复 9 次，最后取平均值。)图图 2. 实验实验板板设计图设计图Picture 2 The design of experiment board.去钻污量为：,W1是试片在 plasma 加工之前的重量，W2是试片经
11、过 plasma 加工后的重量。21WWW有效加工面积：，其中 D 为钻孔孔径，L 为板厚，n 为钻孔数量。nDLS则试片的单位面积去钻污量：。SW /我们在实验中研究了加工时间，电极功率和去钻污有效面积等系列数据对去钻污效果的影响。等离子（plasma）加工参数如下表 1。方案变化的参数方案1电极功率（KW）：5、6、7、8、8.5方案2时间（min）：5、10、15、20、30、40方案3板件有效面积（cm2）259、145、93、362、204、130、466、262、167表表 1： ：试验试验方案方案设计设计表格表格Table 1. Experimental design table
12、除了上述方案中线性变化的参数外，其他参数都按照下表进行加工文档密级：内部公开此资料属深南电路公司所有，未经许可，不得扩散。参数能量压强O2流量CF4流量温度时间模式Smear7kw250mT2.320.188015minFixTime表表 2： ：试验试验方案参数表格方案参数表格Table 2. Experimental parameter table做完等离子去钻污并得到数据后，将板件用铜丝重新绑在 PCB 板上，进行沉铜、电镀，然后进行切片制作，检查去钻污效果。四、实验结果和分析四、实验结果和分析对三种方案加工出的板件进行数据收集整理： 1.电极功率对单位面积去钻污量的影响：加工时电极功率
13、(KW)56788.5单位面积去钻污量(mg/cm2)0.20810.23290.27910.36170.4385表表 3： ：电电极功率极功率对对 PCB 单单位面位面积积去去钻污钻污量的影响数据量的影响数据Table 3 The original date of experiment of power随着电极功率的变化，得到试片的单位面积去钻污量如上表显示。根据上表数据，我们做出单位面积去钻污量随电极功率的变化关系图，然后进行曲线拟合，得到了两者的相关方程式。图图 3： ：单单位面位面积积去去钻污钻污量与量与电电极功率的关系极功率的关系Picture 3 The relationship
14、between desmear amount and electrode power.业界去钻污量控制在 0.15 mg/cm2 0.6 mg/cm2，本次实验期望将去钻污量控制在 0.2 mg/cm20.6 mg/cm2之间，以保证加工产品的质量稳定。从上图中我们可以看出，在其他条件不变的情况下，单位面积去钻污量随着电极功率的变化呈指数形式的上升，不同功率下得去钻污量都在我们业界期望的区域内，证明提高电极功率，plasma 去钻污的效率提升，单位面积去钻污量在期望值内。且若板件在大部分钻孔厚径比 9.4:1 的情况下，可以根据 这一公式来控制合适的电极功率，x2108. 0e0683. 0Y
15、进而控制等离子去钻污的量。2. 加工时间对单位面积去钻污量的影响：加工时间(min)515203040单位面积去钻污量(mg/cm2)0.17770.27910.28790.46530.6593文档密级：内部公开此资料属深南电路公司所有，未经许可，不得扩散。表表 3：加工：加工时间对时间对 PCB 单单位面位面积积去去钻污钻污量的影响数据量的影响数据Table 3. The original date of experiment of process time .随着加工时间得变化，得到试片的单位面积去钻污量如上表显示。根据上表数据，我们做出单位面积去钻污量随加工时间的变化关系图，然后进行曲线
16、拟合，得到了两者的相关方程式。图图 4： ：单单位面位面积积去去钻污钻污量与加工量与加工时间时间的关系的关系Picture 4 The relationship between desmear amount and process time.从上图中我们可以看出，在其他条件不变的情况下，单位面积去钻污量随着加工时间的变化同样地呈指数形式的上升，但是加工时间的变化会使得 PCB 板单位面积的去钻污量变化较大，当加工时间为 5min 时，单位面积去钻污量仅为 1.778 mg/cm2，极易导致去钻污效果不良，进而导致出现层间分离现象。而当加工时间为 40min 时，单位面积去钻污量为 0.659 mg/cm2，超过了业界的标准 0.6 mg/cm2，容易出现孔壁凹凸度不平，玻纤发白等缺陷。所以，若板件 plasma 加工时间能控制在 5-40min 这一范围内，可以根据 这一公式来控制合适的加工时间，进而控制等离子去钻污的x0372. 0e1488. 0Y量。3.板件内有
