多层板去胶渣工艺中溶胀剂的研究

当孔壁表面温度超过环氧树脂的玻璃化温度时，会产生一层薄的树脂钻污

近年来ROSH标准的实施及对电子产品的要求提高，更高Tg板材的使用越来越多

本文希望通过实验，为合理选用溶胀剂提供参考

一、前言

PCB在钻孔时产生瞬时高温，而环氧玻璃基材为不良的热导体，因此在钻孔时热量会高度积累，当孔壁表面温度超过环氧树脂的玻璃化温度时，环氧树脂会沿孔壁表面流动，产生一层薄的树脂钻污。如果多层板钻孔之后不能将这一薄层钻污除掉，将会使多层板内层与孔壁连接不通或连接不可靠。如图1所示：

湿制程的去钻污工艺是先使用溶胀剂对环氧树脂进行预处理，然后用高锰酸钾溶液对环氧树脂进行氧化咬蚀。

近年来，随着ROSH标准的实施及对电子产品要求的提高，更高Tg板材的使用越来越多，这对去胶工艺中溶胀剂的选用提出了更高的要求。

本文的目的是通过试验，探讨各种溶剂对高Tg板材的膨松作用大小，为合理选用溶胀剂提供参考。

二、溶胀剂的分类

在查阅文献的基础上，我们将能对树脂进行有效膨松的溶剂分为三类：

1） 醚类，常用的有： 乙二醇单丁醚，乙二醇甲醚，二乙二醇丙醚，二乙二醇丁醚，丙二醇丙醚，乙二醇苯醚等。

2） 吡咯烷酮类，常用的有：N-甲基-2吡咯烷酮，2-吡咯烷酮，乙基吡咯烷酮，羟乙基吡咯烷酮，环已基吡咯烷酮等。

3） 酯类，常用的有：丁内酯，乙二醇丁醚醋酸酯，已内酯，戊内酯等。

三、三类溶剂对除胶速率的影响

选取三种有代表性的溶剂，分别是：乙二醇单丁醚，N-甲基-2吡咯烷酮，丁内酯进行试验。

1） 试验用板：生益Tg170板料，剪成10MM×10MM大小，将表面铜蚀净。

2） 除胶速率的测定。（见表1）

A：用砂纸将10MM×10MM板四周打磨好。

B：清洗干净后放入烤箱以120℃烘烤半小时。

C：取出冷却后称重，得到重量为W1。

D：将板按如下试验条件除胶渣一次。

a：EC-8，EC-9S为利尔公司产品。

b：表中溶剂为试验用的三种溶剂。

c：试验过程中仅改变溶剂的种类和浓度。

E：清洗干净，放入烤箱中以120℃烘烤半小时。

F：取出冷却后称重，得到重量为W2。

G：计算；除胶速率（mg/cm2）=（W1-W2）/2×10×10

3） 除胶速率测试结果。（见表2）

数据分析：

A：醚在含量达到约150ml/L后，除胶速率不随浓度的增加而增加。

B：除胶速率随烷酮含量的增加而增加，在约600 ml/L时达到峰值。

C：酯类溶剂在含量达到300ml/L时，除胶速率迅速下降并很快为零。

通过对其它醚，烷酮，酯类物质进行试验，得到了类似的结果。

四、保留在板材中的溶剂

三类溶剂中酯类的除胶速率随浓度的变化非常特别，在浓度为500ml/L时，虽然测得的除胶速率几乎为零，但当我们从高锰酸钾溶液中取出板时，明显观察到了板面被咬蚀，显微镜下的图片证实了这一点。如图2。

从上图可以看出，在酯含量为500ml/L时，虽然测得的除胶速率为零，但板材表面已被咬成蜂窝状，说明高浓度的酯对板材进行了有效的膨胀，而测不到失重则是因为酯渗透入板材中，且在后面的一系列处理中仍不能从板材中释出，结果造成失重很少甚至为零。

烷酮类的物质在高浓度情况下也会发生类似的现象，而醚类物质通常工作在较低的浓度下（如罗姆哈斯的MLB211，利尔公司的EC-7Y），出现此类现象的机会很小。

五、保留在板材中的溶剂对PCB的影响

当使用过高浓度的溶剂时，都可能会造成溶剂不能全部释出。

如果使用溶剂的沸点低于260℃，则残留在板中的溶剂在焊接时（温度250℃～260℃）会气化，气化成蒸气的溶剂对孔内铜层进行冲击，结果会导致孔壁分离。如下图3所示。

六、正确选用溶胀剂

对普通Tg值的板来说，不论使用哪种溶剂，都能比较容易的使除胶速率达到0.3mg/cm2以上。但对Tg值高于170的PCB ，使用醚类溶剂时，通常其除胶量难以达到生产要求，即使提高醚类溶剂的浓度进行两次除胶的操作，其除胶量也只能达到生产上的量难以达到生产要求，即使提高醚类溶剂的浓度进行两次除胶的操作，其除胶量也只能达到生产上的最低要求。

烷酮类溶剂和酯类溶剂对高Tg值的板有相对高的除胶速率，但要使用较高的浓度。在高浓度的条件下溶剂易保留在板材中。因此如果仅使用单一种类的溶剂，难以达到生产要求。

我们在经过大量试验后，通过三类溶剂的组合，研制出EC-7Y溶胀剂。EC-7Y为醚类为主的溶胀剂，其中含有低浓度的酯类和酮类溶剂，在普通的条件下，高Tg板的除胶速率可达到0.2mg/cm2，两次达到0.4mg/cm2以上，完全能满足生产的要求。下图为以EC-7Y作溶胀剂除胶后的表面形态。

从图4可以看出，普通板料一次除胶，高Tg板料两次除胶后的表面形态都已成为微观粗糙的表面，这种表面对提高胶体钯吸附量，提高沉铜层的结合力非常有利，也为提高PCB的可靠性提供了很好的基础。

参考文献：

1） US Patent 5985040

2） US patent 5015339

3） US patent 4086128

4） US patent 5814588

5） US patent 5798323

6） EP 1241209