微蝕體系對(duì)撓性基材側(cè)蝕影響探討

顧曉尉 金 添 陸青望 李夢(mèng)龍

（景旺電子科技（龍川）有限公司，廣東 河源 517300）

0 前言

在撓性印制電路板（FPCB）生產(chǎn)制程中，產(chǎn)品在流轉(zhuǎn)過程中銅面與空氣接觸會(huì)發(fā)生氧化，附著臟污、油脂，如果不及時(shí)清理會(huì)造成外觀不良，在電鍍工序還會(huì)造成鍍層與基材結(jié)合力差，引發(fā)功能性問題。為解決上述問題通常會(huì)在清洗線增加微蝕流程，不僅可以清潔板面同時(shí)也可以起粗化銅面、增加鍍層與基材結(jié)合力的作用。FPCB生產(chǎn)制程中，產(chǎn)品從完成圖形線路后至成品會(huì)經(jīng)過3次微蝕（無返工操作的前提下），分別是貼合前處理、阻焊前處理以及表面處理前處理。對(duì)于有板邊插頭的產(chǎn)品，在經(jīng)過多次微蝕后導(dǎo)致產(chǎn)品板邊插頭發(fā)生側(cè)蝕現(xiàn)象，如圖1所示，與聚酰亞胺（PI）相連位置的銅被咬蝕，導(dǎo)致手指邊緣位置起翹，嚴(yán)重時(shí)板邊插頭會(huì)與PI剝離、脫落，引發(fā)功能性報(bào)廢。在實(shí)際生產(chǎn)過程中需嚴(yán)格管控微蝕量，且根據(jù)基材的特性不同選擇不同的微蝕體系。

圖1 板邊插頭側(cè)蝕示意圖

1 微蝕原理

常見的微蝕體系有過硫酸銨-硫酸[（(N H4)2S2O8-H2SO4）]、過硫酸鈉-硫酸（Na2S2O8-H2SO4）、過硫酸鉀-硫酸（K2S2O8-H2SO4）、過氧化氫-硫酸（H2O2-H2SO4），雖然上述反應(yīng)方法不同但原理相同，由于常溫下稀硫酸和銅不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，所以為達(dá)到清潔、粗化銅面的作用，都是利用強(qiáng)氧化劑將銅氧化成銅離子，銅離子和硫酸反應(yīng)生成硫酸銅。本次實(shí)驗(yàn)用過氧化氫-硫酸體系、過硫酸鈉-硫酸體系，對(duì)新日鐵基材進(jìn)行測(cè)試。在過氧化氫-硫酸微蝕體系中過氧化氫作為強(qiáng)氧化劑將銅氧化為銅離子，銅離子再與硫酸反應(yīng)生成硫酸銅，其主要化學(xué)方程式為：Cu+H2O2+H2SO4→CuSO4+H2O；在過硫酸鈉-硫酸微蝕體系中過硫酸鈉作為強(qiáng)氧化劑與銅反應(yīng)，其主要化學(xué)方程式為：

Na2S2O8+Cu+H2SO4→Na2SO4+CuSO4

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)通過使用三種不同型號(hào)基材 CEG（正轉(zhuǎn)銅，Rz值1.3～2.5 μm）、REG（正轉(zhuǎn)銅，Rz值1.2～1.5 μm）、UEG（反轉(zhuǎn)銅；Rz值0.6～0.8 μm），每種基材7張板制作細(xì)板邊插頭產(chǎn)品，在過硫酸鈉-硫酸微蝕體系下生產(chǎn)，隨著微蝕量的增加對(duì)比三種基材的細(xì)板邊插頭有無側(cè)蝕現(xiàn)象發(fā)生。在過氧化氫-硫酸微蝕體系重復(fù)上述測(cè)試，從而得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

為排除多余影響因素，本次實(shí)驗(yàn)過程中應(yīng)保證兩種微蝕體系的微蝕量相同。

2.2 實(shí)驗(yàn)材料及儀器

主要實(shí)驗(yàn)材料： CEG基材、REG基材、UEG基材，過氧化氫-硫酸體系市售微蝕液（主要含有：過氧化氫、硫酸、銅離子、氯離子、安定劑），過硫酸鈉-硫酸體系市售微蝕液（主要含有：過硫酸鈉、硫酸、銅離子）

主要試驗(yàn)儀器：電子天平、水平前處理生產(chǎn)設(shè)備、烤箱、研磨機(jī)、金相顯微鏡。

2.3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

為保證上述兩種微蝕體系在試驗(yàn)時(shí)微蝕量相同，微蝕量管控范圍為0.6 μm±0.1 μm。微蝕量測(cè)量方法如下：將覆銅板裁切為10 cm×15 cm尺寸大小的微蝕片，放置溫度為120 ℃的烤箱烘烤10分鐘后取出放置干燥環(huán)境冷卻至室溫，使用電子天平稱重并記錄M1，將稱好的微蝕片放置水平前處理微蝕線生產(chǎn)，生產(chǎn)后放置溫度為120 ℃的烤箱烘烤10 min后取出放置干燥環(huán)境冷卻至室溫，使用電子天平稱重并記錄M2，稱重時(shí)精確至小數(shù)點(diǎn)后四位。微蝕量計(jì)算公式如下：

微蝕量(μm）=（M1-M2）×10000/（ρ×S×2）

ρ——銅的密度（g/cm3）

S——微蝕片單面面積（cm2）

實(shí)驗(yàn)流程為開料→鉆孔→黑孔→鍍銅→圖形轉(zhuǎn)移→ 貼合→微蝕實(shí)驗(yàn)→沉金→制作、研磨、測(cè)量切片→數(shù)據(jù)收集→得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

通過控制變量法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，如表1所示。

2.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)上述參數(shù)表進(jìn)行24種測(cè)試，每種測(cè)試2張板，測(cè)試完成后取細(xì)板邊插頭區(qū)域制作切片進(jìn)行研磨、拋光，利用金相顯微鏡觀察、測(cè)量每種測(cè)試方案的板邊插頭側(cè)蝕情況，將測(cè)量結(jié)果進(jìn)行收集、整理。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2～表4所示。

CEG基材在過氧化氫-硫酸和過硫酸鈉-硫酸兩種微蝕體系下，當(dāng)微蝕量為0.6 μm至2.4 μm時(shí)不會(huì)發(fā)生側(cè)蝕現(xiàn)象，側(cè)蝕量平均值均為0。

表1 實(shí)驗(yàn)參數(shù)表

表2 CEG基材側(cè)蝕數(shù)據(jù)表

表3 REG基材側(cè)蝕數(shù)據(jù)表

表4 UEG基材側(cè)蝕數(shù)據(jù)表

REG基材在過氧化氫-硫酸微蝕體系下，當(dāng)微蝕量0.6 μm時(shí)，板邊插頭不會(huì)發(fā)生側(cè)蝕現(xiàn)象，側(cè)蝕量平均值為0 μm，當(dāng)微蝕量大于等于1.2 μm時(shí)開始發(fā)生側(cè)蝕，側(cè)蝕量平均值為2.02 μm，且隨著微蝕量的增加側(cè)蝕量也隨之增大，實(shí)物切片圖如圖2所示。在過硫酸鈉-硫酸微蝕體系下當(dāng)微蝕量為0.6 μm至2.4 μm時(shí)不會(huì)發(fā)生側(cè)蝕現(xiàn)象，側(cè)蝕量平均值均為0。

圖2 REG基材手指實(shí)物切片圖

UEG基材在過氧化氫-硫酸微蝕體系下，當(dāng)微蝕量為0.6 μm時(shí)，發(fā)現(xiàn)側(cè)蝕現(xiàn)象，側(cè)蝕量平均值為3.32 μm，且隨著微蝕量的增加側(cè)蝕量也隨之增大，當(dāng)微蝕量達(dá)到2.4 μm時(shí)，側(cè)蝕量平均值為14.34 μm；在過硫酸鈉-硫酸微蝕體系下當(dāng)微蝕量為0.6 μm～2.4 μm時(shí)不會(huì)發(fā)生側(cè)蝕現(xiàn)象，側(cè)蝕量平均值均為0，實(shí)物切片圖如圖3所示。

圖3 UEG基材手指實(shí)物切片圖

2.5 實(shí)驗(yàn)小結(jié)

通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，過氧化氫-硫酸微蝕體系側(cè)蝕性能較強(qiáng)，CEG基材的抗側(cè)蝕能力最強(qiáng)，可以滿足過硫酸鈉-硫酸和過氧化氫-硫酸兩種微蝕體系的應(yīng)用需求； REG基材對(duì)微蝕體系具有選擇性；過硫酸鈉-硫酸微蝕體系對(duì)基材銅箔側(cè)蝕小，而過氧化氫-硫酸微蝕體系則受微蝕量影響，當(dāng)微蝕量大于等于1.2 μm，則會(huì)隨著微蝕量的增加而加大對(duì)REG基材的側(cè)蝕； UEG基材的抗側(cè)蝕能力最差，只能滿足過硫酸鈉-硫酸微蝕體系的應(yīng)用需求。

3 結(jié)論

為保證細(xì)板邊插頭產(chǎn)品的圖形精度和產(chǎn)品可靠性，減少微蝕體系對(duì)基材側(cè)蝕；日系撓性基材圖形制作后的微蝕流程建議優(yōu)先選用側(cè)蝕較少的過硫酸鈉-硫酸微蝕體系；同時(shí)從實(shí)驗(yàn)對(duì)象的不同點(diǎn)可以看出；銅箔Rz值1.3 μm～2.5 μm正轉(zhuǎn)生產(chǎn)的基材抗側(cè)蝕能力最好，銅箔Rz值1.2 μm～1.5 μm正轉(zhuǎn)生產(chǎn)的基材抗側(cè)蝕能力次之，而銅箔Rz值0.6 μm～0.8 μm反轉(zhuǎn)生產(chǎn)的基材抗蝕能力最差（抗側(cè)蝕能力對(duì)比：CEG＞REG＞UEG）。初步推斷撓性基材的抗側(cè)蝕能力除受微蝕體系的影響，還受基材的生產(chǎn)方式（正反轉(zhuǎn)）和銅箔的粗糙度影響。本文雖未對(duì)基材生產(chǎn)方式和銅箔粗糙度對(duì)抗側(cè)蝕能力影響作出進(jìn)一步研究，但可推測(cè)微蝕體系會(huì)對(duì)其它撓性基材有側(cè)蝕影響。