PCB（印制电路板）低温等离子体表面改性工艺

文章出处：等离子清洗机厂家 | 深圳纳恩科技有限公司| 发表时间：2022-10-28

印制电路板(PCB)是电子元器件电气连接的提供者，是电子设备的核心部件，已被广泛应用。采用印制电路板能够大幅减少布线和装配的差错，提高自动化水平和生产效率。但PCB存在表面脏污、润湿性差、粘接性能不足的缺点，这限制了其在粘接、印刷等方面的应用，因此有必要对PCB进行表面处理，主要方法有化学湿法处理、等离子体处理等。

等离子体表面改性属于干法处理工艺，通过喷枪产生的等离子体射流与材料表面发生反应来达到表面清洁与改性的目的（如图一所示）。涉及的反应主要有两种：一种是化学反应，主要以H2、O2、N2、CO2、CF4、空气等作为介质，经高压电离后生成高活性的自由基粒子，与材料表面的物质发生氧化还原反应生成新物质并被排出材料表面；另一种是物理反应，采用Ar、He等惰性气体作为介质，这些气体在电离后产生的正离子、电子等高能粒子能够不断冲击材料表面，直至污染物脱离材料表面。

图一等离子体处理PCB板

等离子体改性技术兴起于20世纪六七十年代，具有高效节能、零废液的优点，可以对材料表面起到清洁、活化和改性的作用，因此在微加工、超大规模集成电路、半导体薄膜器件、高分子材料表面处理等方面应用广泛。

化学湿法处理与等离子体处理对PCB表面改性效果的对比

分别采用化学湿法和等离子体工艺对PCB进行表面改性，以对比两种表面改性工艺的效果，从三个维度测试与表征不同工艺改性效果。
采用达因笔测试PCB的表面张力，通过观察试液的浸润情况来判断不同改性工艺对PCB表面粘附性的影响。
采用全自动型光学接触角测量仪测量，图2所示PCB表面3处的水接触角(θ)，取平均值，用于评价PCB的润湿性。
采用台阶仪测量PCB表面的台阶高度(hp)，以对比不同改性工艺对PCB表面粗糙度的影响。

图二水滴角测量示意图

润湿性
从图3可以看出，未经处理的PCB表面水接触角约为70°；经化学湿法处理后水接触角降低到40°左右，表面润湿性有所改善；低温等离子体处理后PCB的表面水接触角仅20°左右，润湿性最好。因为空气在经高压电离后会产生显电中性的高活性自由粒子，这些粒子与PCB表面的物质发生氧化还原反应后会生成亲水基团，使得PCB表面的润湿性增强；另外，在等离子体处理过程中附带的刻蚀作用也会令PCB表面粗糙度增大，进而增大了固液之间的接触面积。

图三采用不同工艺处理前后的 PCB 表面的水接触角

表面粗糙度
从图4可知，经化学湿法处理后PCB表面的台阶高度约为1093nm，经等离子体处理后的台阶高度在1886nm左右，说明等离子体处理时PCB的表面粗糙度明显高于化学湿法处理时，这也是等离子体处理使PCB表面润湿性更好的主要原因之一。

图四采用不同工艺处理后 PCB 表面的台阶高度分布

粘附性
采用50dyn/cm(即50mN/m)的达因笔在PCB表面进行涂写。从图5可以看出，化学湿法处理的PCB表面笔迹出现断连与收缩，涂写区域颜色深浅不一，说明经化学湿法处理后PCB的表面张力低于50dyn/cm；而低温等离子体处理的PCB表面笔迹分布均匀，完整地铺开，说明经等离子体处理后PCB表面张力≥50dyn/cm。表面张力是反映材料表面粘附性的关键指标，表面张力越大，表示液体胶粘剂在其表面的粘附性越好，因此等离子体处理后PCB表面的粘附性要优于化学湿法处理后，可以与胶粘剂之间取到更好的胶接效果。