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微波印制板孔金属化制造前材料表面活化问题

  

由于聚四氟乙烯材料的憎水性及其表面能很低的特性,其印制板孔金属化不同于常规的印制板,对它进行孔金属化和电镀是很困难的。而金属化孔质量的好坏直接影响多层微波基板的质量。
众所周知,对于聚四氟乙烯高频多层印制电路板的孔金属化制造,其最大的难点是化学沉铜前的活化前处理,也是最为关键的一步。
有多种方法可用于化学沉铜前处理,但总结起来,能达到保证产品质量并适合于批生产的,主要有以下两种方法:
化学处理法
金属钠和萘,于非水溶剂如四氢呋喃或乙二醇二甲醚等溶液内反应,形成一种萘钠络合物。各组份之配比请参见下表6。
该钠萘处理液,能使孔内之聚四氟乙烯表层原子受到浸蚀,从而达到润湿孔壁的目的。此为经典成功的方法,效果良好,质量稳定。
表6 钠萘处理液各组份配比示例
药品名称  份额
金属钠
2.3克(0.1摩尔)

12.8克(0.1摩尔)
乙二醇二甲醚
100毫升
世事无绝对,凡事都要采取一分为二的态度。对于此种聚四氟乙烯钠萘处理液来说,也有其制备、使用和储存方面不易的一面,简述如下:
(1)该种聚四氟乙烯钠萘处理液之制备反应,属非水溶剂化反应(类似于有机合成之格氏反应)。对于具备一定化学合成经验的专业技术人员来说,尚不能保证每次合成之成功率。对于不具备此类水平的人员来讲,实现该处理液的配制,较为困难。
(2)由上可知,制备前对反应瓶的去水之烘干处理很重要。
(3)上述反应,需在氮气的保护下进行。因此,对反应装置的搭建,需进行一定的考虑,并善于进行总结。
(4)该反应过程中,会产生一定的热量,而此反应成功之关键之一,是确保反应过程药液温度需低于5℃。可通过冰浴或冰盐浴来保证。
(5)作为反应主要成份的金属钠,易燃,危险性大。一方面需专人管理,另一方面在反应前需对其进行小块化处理,只有这样,才能确保该种聚四氟乙烯钠萘处理液的成功合成。有时,金属钠来料质量的好坏,直接关系到最终之成败。
(6)最后,对于钠萘处理液来讲,其毒性大,且保质期较短,应根据生产情况进行配制。不用时,选用棕色细口瓶进行密闭保存。此外,采用该处理液对聚四氟乙烯进行孔壁作用后,可将其及时倒回棕色瓶内,留作下回再次使用。
4.3.2 等离子体处理法(PLASMA)
等离子体,是指像紫色光、霓虹灯光一样的光,也有称其为物质的第四相态。等离子体相态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。
(1)机理:
在真空室内部的气体分子里施加能量(如电能),由加速电子的冲撞,使分子、原子的最外层电子被激化,并生成离子,或反应性高的自由基。
如此产生之离子、自由基被连续的冲撞和受电场作用力而加速,使之与材料表面碰撞,并破坏数微米范围以内的分子键,诱导削减一定厚度,生成凹凸表面,同时形成气体成分的官能团等表面的物理、化学变化,提高镀铜粘结力、除污等作用。
上述等离子体处理用气体常见的有氧气、氮气和四氟化碳气。下面通过由氧气和四氟化碳气所组成之混合气体,举例说明等离子体处理之机理:
(2)用途:
1、凹蚀 / 去孔壁树脂沾污;
2、提高表面润湿性(聚四氟乙烯表面活化处理);
3、采用激光钻孔之盲孔内碳的处理;
4、改变内层表面形态和润湿性,提高层间结合力;
5、去除抗蚀剂和阻焊膜残留。
(3)举例:
A.纯聚四氟乙烯材料的活化处理
对于纯聚四氟乙烯材料的活化处理,是采用单步活化通孔工艺。所用气体绝大部分是氢气和氮气的组合。
待处理板无需加热,因为聚四氟乙烯被处理成活性,润湿性有所增加。真空室一旦达到操作压力,启用工作气体和射频电源。
大多数纯聚四氟乙烯板的处理仅需约20分钟。然而,由于聚四氟乙烯材料的复原性能(回复到不润湿表面状态),化学沉铜之孔金属化处理需在经等离子体处理后的48小时内完成。
B.含填料聚四氟乙烯材料的活化处理
对于含填料的聚四氟乙烯材料制造的印制电路板(如不规则的玻璃微纤维、玻璃编织增强和陶瓷填充之聚四氟乙烯复合物),需两步处理。
第一步,清洁和微蚀填料。该步典型之操作气体为四氟化碳气、氧气和氮气。
第二步,等同于前述纯聚四氟乙烯材料表面活化处理所采用的一步法工艺。
5、结论
各类通讯用特种印制板之一的微波印制板,尤其是聚四氟乙烯类微波材料的运用,在原有对印制板之单、双面制造要求的基础上,逐渐向微波多层化电路板制造方向迈进。这种微波多层印制电路板有别于传统意义上的多层印制板,由于其层压制造之特殊性,除了微波多层板粘结材料的选择、微波多层板的层压制造、以及微波多层板的孔金属化前活化处理,必须认真研究对待以外,对层间重合精度、图形制作精度、层间介质层厚度一致性、镀层均匀性及涂覆类型,也提出了更为苛刻的要求。
进入二十一世纪以来,无论是各类微波多层印制板的设计需求数量,还是制造工艺要求质量,都在迅速发展之中。由于其独特的产品特征,在电子、通信、汽车、军事、计算机等领域中将大显身手,未来的应用会越来越广泛