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線路板（PCB板）用棕化液綜述
2021-10-05 09:46
1.棕化液開發(fā)背景
印刷線路板(PCB)屬于電子設(shè)備制造業(yè)，是保證各種電子元件形成電氣互連的平臺。PCE使用的聚合物基材可以是玻纖布增強的環(huán)氧樹脂，或者苯酚、聚酰胺等聚合物，也可以是其他樹脂等。在聚合物基材單面或雙面覆蓋一層薄銅，在銅面上覆蓋光刻膠，經(jīng)曝光、顯影、蝕刻后，可在銅面上形成線路圖形，如此可以制作出單面或雙面的線路板。由于單雙面板提供電氣互連的密度非常有限，于是發(fā)展出了目前廣泛使用的多層線路板。上述的雙面板又稱內(nèi)層板，把雙面板堆積起來，在雙面板之間用半固化的樹脂隔開，經(jīng)過熱壓后形成多層板。為了實現(xiàn)各層板之間的電氣互連，需要鉆導(dǎo)通孔、盲孔或者是埋孔。
在 PCB 多層板制造過程中，一個典型的問題是銅與膠之間出現(xiàn)分層。為了增強內(nèi)層之間的接合力，PCB研究人員進行了各種探索，在這個過程中發(fā)展起來的黑氧化(black oxide技術(shù)成了 PCB 內(nèi)層處理的主要技術(shù)之一，并廣泛應(yīng)用于實際生產(chǎn)中。隨著PCB 工業(yè)的迅速發(fā)展和市場的需求，PCB 企業(yè)在制造技術(shù)不斷向高精度、輕量、薄型方向發(fā)展的同時，亦在努力提高效率、降低成本、改善環(huán)境，并適應(yīng)多品種、小批量生產(chǎn)的需求，而傳統(tǒng)的黑化工藝難以實現(xiàn)水平生產(chǎn)、制作薄板的能力差，流程長，工藝控制復(fù)雜，操作環(huán)境差，污水處理成本高，發(fā)展受到限制。雖然黑氧化技術(shù)可以增強內(nèi)層間的結(jié)合力，但是仍然存在問題。在多層板鉆孔過程中，高機械應(yīng)力令孔周圍產(chǎn)生微分層現(xiàn)象,在后續(xù)的去鉆污及鍍銅過程中酸性溶液通過毛細作用滲入層間。由于酸性溶液會溶解銅氧化物，露出了銅本身的顏色，即粉紅圈現(xiàn)象。粉紅圈現(xiàn)象不僅只是外觀上的問題，而且存在功能上的問題，因此多層板出現(xiàn)粉紅圈現(xiàn)象通常被認為是廢品。
自上世紀(jì)90年代中后期，歐美廠商推出了棕化工藝。棕氧化(brown oxide)技術(shù)克服了黑氧化所不能避免的缺點1，能夠促進銅面與聚合物樹脂這一無機/有機界面的粘結(jié)，為多層印制線路板在后續(xù)的線路生產(chǎn)、電子元件的表面焊接、貼裝，提供可靠層間結(jié)合力。該工藝由于操作簡單、條件溫和、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點，而逐漸取代黑化工藝，成為印制線路板內(nèi)層制作的主流工藝。
2. 棕化機理
棕化液是提高印制電路板多層印制電路內(nèi)層銅面與聚合材料粘結(jié)力的處理液，提高多層板之間的接合力可以從兩個因素著手:一是提高粘接面的比表面積，二是形成了一層有機金屬轉(zhuǎn)化膜。內(nèi)層板經(jīng)過棕化處理后，在銅表面形成一層均勻的蜂窩狀的有機金屬銅層，這種結(jié)構(gòu)能增強與半固化樹脂的結(jié)合力:同時在層壓過程中，參與樹脂固化交聯(lián)反應(yīng)，從而形成了化學(xué)鍵，進一步增強了與半固化樹脂的結(jié)合力。棕化能防止銅進一步被腐蝕，保護銅線路，提高耐酸性，保證了PCB多層板的質(zhì)量和性能。
棕化過程是銅在一種酸性的介質(zhì)中，銅表面被氧化劑氧化成為 Cu,O，形成的氧化亞銅膜層具有致密、完整、均勻、粗糙度一致等特點，為下一步有機金屬轉(zhuǎn)化膜的形成提供良好的物理結(jié)構(gòu)。氧化亞銅與含N、S、O的雜環(huán)有機化合物緩蝕劑生成有機金屬銅膜，沉積在 CuO上面。因為含 N、S、O的雜環(huán)有機化合物的中心含有孤對電子和芳香環(huán)，而氧化亞銅中銅原子具有未充滿的空間d軌道，易接受電子，產(chǎn)生π鍵和配位鍵，由這兩種鍵構(gòu)成有機金屬化合物聚合生成不溶性沉淀薄膜，非常穩(wěn)定，阻止了腐蝕介質(zhì)的侵蝕，防止粉紅圈的產(chǎn)生。通過棕氧化處理后的內(nèi)層板結(jié)構(gòu)如圖1所示。
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