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等离子技术在PCB制造的应用

等离子技术在PCB制造的应用 2011年12月04日 来源： 1、简介多层板对质量的要求不断提高，努力的目标当然是随着微型化的趋势，保证电路通连的可靠性，这将导致出现一些传统技术不能解决的问题。更困难的是，我们认识到环境不能再被无限制地污染，因此废物——尤其是那些对环境有危害的废物——应该尽量少地产生或者最好不要产生。法律对这些也越来越重视，颁布了越来越严厉的条例来防止废物的产生。本文介绍了一些成熟技术和最新科技，它们可以广泛应用于以下PCB和电子产业：- 多层PCB板的钻孔除胶渣（desmear）和内蚀刻（back etching）；- 揉性电路板等离子钻微孔；- 金线邦定前焊盘的等离子清洗；- 封装前的电子元件等离子清洗。2、等离子体等离子体是物质（部分）电离的一种物理状态，日光灯在日常生活中众所周知的等离子体应用。人们不太熟悉的是当物体表面暴露在等离子体中时，这些辉光气体粒子还能在物体表面引发化学反应。本文主要讨论用于物质清洗和蚀刻的所谓低压等离子体。当压力小于100帕时，气体被电场部分电离，这种等离子体有一些显著的特征：1） 气体产生辉光现象，常称为“辉光放电”。由于是真空紫外光，其对蚀刻率有十分积极的影响；2）气体中包含中性粒子、离子和电子。由于中性粒子和离子温度介于102—103K，电子能量对应的温度高达105K，它们被称为“非平衡等离子体”或“冷等离子体”。但是它们却表现出电中性（准中性）。3） 气体所产生的自由基和离子活性很高，其能量足以破坏几乎所有的化学键，在任何暴露的表面引起化学反应。2.1 等离子体的产生低压等离子体可以通过DC或高频AC电场产生。当采用AC时，只能选用电信规定的科研及工业用频段（中频（MF）40KHz、高频（HF）13.56MHz、微波频率（MW）2.45GHz），否则会干扰无线电通信。等离子体可以在两电极之间，或者当采用MF或HF电场时在线圈绕组中被“点燃”。值得注意的是当采用MF或HF时，电极不必置于等离子场中，因为不需要阴极发射电子来维持等离子体，这点和直流放电不同。微波等离子即使没有任何电极也能被点燃，因为这样高频率的电场更适于在空导体中能量传输。MW能量束通过一个喇叭型辐射器播送到等离子体室，喇叭型辐射器被一个石英窗与真空隔开。由于高密度等离子体的电特性，微波不能穿透进入等离子体室很深，因此等离子体不均匀地分布在石英窗附近（图1）。2.2 等离子设备的基本结构等离子蚀刻设备包括一个真空室、一台真空泵、等离子源和一套气体感应及控制系统。等离子设备可分为两类：一类是基体直接放在等离子体中处理（直接等离子），还有一类是反应气体在与处理室隔绝的另一个室中被激发（间接等离子）。 2.2.1 “直接等离子”处理基体在等离子体中有几种放置形式：1）放置在与HF或MF连接的阴极上；2）放置在接地的电极上；3）放置在两个电极之间，但与电极之间绝缘（图1）。由于前两种方式基体表面会产生大量的热，因此不宜用在PCB制造中。

尽管微波也能在处理室中产生等离子体，实际上它更接近于“间接等离子”。这种情况下基体只是非常靠近等离子体，但却不是真正置于等离子体中。在第二章中我们提到在等离子体中会产生高能紫外光。这种光会加速蚀刻过程，因为它会促使有机聚合物的化学链断裂。HF等离子体还有一个优点是基体带负电压，这对于涂层应用中处理复杂几何形状的基体是极其重要的。除了会在金属表面产生大量热量，直接等离子的一个主要问题是如何得到大面积均匀处理的效果。2.2.2　“间接等离子”或“余辉”处理术语“间接等离子”和“余辉”的意思相近，它们的区别只是向处理室馈送气体的方式不同，它们的共同特征是等离子体不在处理室中产生，基体如PCB等只是暴露在已经被活化和电离的气体流中（图２）。

采用间接等离子方法制造的批式设备控制起来十分困难且几乎不可能得到均匀的处理效果。这就意味着这种方法只能应用于处理单件基体，但是却有几个决定性的优势：- 基体上不产生热应力- 基体上没有电场引起的应力- 微波激发导致活性粒子浓度极高，从而极大提高蚀刻率2.3　等离子体的形成和构成电场中所有的电子都会由于电势差而沿正极方向被加速，当电子与分子或原子发生非弹性碰撞时相互之间就会传递能量。如果自由电子的速度很高，其具有的动能大于分子或原子与它们自身外层电子之间的结合能时，外层电子就会逸出从而发生电离。在高频电场中电子吸收的能量远比DC电场中多，因此HF放电不需要电极而等离子包含更多的带电载流子，其密度由等离子体密度决定，并随激发电场的频率增加而增加。低压等离子体中电子的典型平均能量是5—7电子伏，因此仅有少数电子能够电离原子或分子。在与分子的碰撞过程中，还有另一种交互作用的可能，它对于蚀刻反应更重要，就是生成自由基。自由基是一种带奇电子的中性粒子，活性非常强。自由基通常当加速电子的能量大于分子键能时产生。下列反应式说明了CF4/O2等离子体中产生自由基的一些最重要的反应，CF4/O2等离子体通常用于蚀刻绝缘材料，如FR4和聚酰亚胺等。

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