PCB（印制電路板）低溫等離子體表面改性工藝

文章出處：等離子清洗機廠家 | 深圳納恩科技有限公司| 發表時間：2022-10-28

印制電路板(PCB)是電子元器件電氣連接的提供者，是電子設備的核心部件，已被廣泛應用。采用印制電路板能夠大幅減少布線和裝配的差錯，提高自動化水平和生產效率。但PCB存在表面臟污、潤濕性差、粘接性能不足的缺點，這限制了其在粘接、印刷等方面的應用，因此有必要對PCB進行表面處理，主要方法有化學濕法處理、等離子體處理等。

等離子體表面改性屬于干法處理工藝，通過噴槍產生的等離子體射流與材料表面發生反應來達到表面清潔與改性的目的（如圖一所示）。涉及的反應主要有兩種：一種是化學反應，主要以H2、O2、N2、CO2、CF4、空氣等作為介質，經高壓電離后生成高活性的自由基粒子，與材料表面的物質發生氧化還原反應生成新物質并被排出材料表面；另一種是物理反應，采用Ar、He等惰性氣體作為介質，這些氣體在電離后產生的正離子、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。

圖一等離子體處理PCB板

等離子體改性技術興起于20世紀六七十年代，具有高效節能、零廢液的優點，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、超大規模集成電路、半導體薄膜器件、高分子材料表面處理等方面應用廣泛。

化學濕法處理與等離子體處理對PCB表面改性效果的對比

分別采用化學濕法和等離子體工藝對PCB進行表面改性，以對比兩種表面改性工藝的效果，從三個維度測試與表征不同工藝改性效果。
采用達因筆測試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。
采用全自動型光學接觸角測量儀測量，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。

圖二水滴角測量示意圖

潤濕性
從圖3可以看出，未經處理的PCB表面水接觸角約為70°；經化學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。因為空氣在經高壓電離后會產生顯電中性的高活性自由粒子，這些粒子與PCB表面的物質發生氧化還原反應后會生成親水基團，使得PCB表面的潤濕性增強；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，進而增大了固液之間的接觸面積。

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，經化學濕法處理后PCB表面的臺階高度約為1093nm，經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PCB的表面粗糙度明顯高于化學濕法處理時，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。

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)的達因筆在PCB表面進行涂寫。從圖5可以看出，化學濕法處理的PCB表面筆跡出現斷連與收縮，涂寫區域顏色深淺不一，說明經化學濕法處理后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鍵指標，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表面的粘附性要優于化學濕法處理后，可以與膠粘劑之間取到更好的膠接效果。