郝 意 夏 海 李初榮 陳 洪 陳 鉅

（深圳市板明科技有限公司，廣東 深圳 518105）

隨著第5代通訊技術(shù)——5G相關(guān)產(chǎn)品的發(fā)布及網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商的測(cè)試運(yùn)行，5G大規(guī)模商用已經(jīng)日趨完善了。根據(jù)規(guī)劃，5G的商用最早會(huì)在本年末至下年初開始。5G的商用化會(huì)給經(jīng)濟(jì)帶來上萬億美元的增長，同時(shí)人民的生活也會(huì)發(fā)生巨大改變。然而在線路板相關(guān)領(lǐng)域中，因?yàn)?G技術(shù)的運(yùn)用，很多常規(guī)的線路板制作工藝已無法滿足高頻信號(hào)的傳輸。粗糙的銅表面由于會(huì)導(dǎo)致的巨大的信號(hào)衰減，使得業(yè)界不得不改變傳統(tǒng)的技術(shù)工藝，其中最重要的一點(diǎn)就是避免銅表面的粗糙化[1]。新的工藝即鍵合劑（又稱銅面改質(zhì)劑或銅面附著力增強(qiáng)劑）銅面處理工藝在提供可靠的結(jié)合力的基礎(chǔ)上，可以極大程度的減少，甚至完全避免銅面粗化，進(jìn)而改善對(duì)高頻信號(hào)傳輸過程中產(chǎn)生的不良影響。

傳統(tǒng)的工藝一般是采用超粗化/中粗化藥水等化學(xué)方法，或者磨刷/火山灰等物理方法來粗化銅表面，使得銅層可以與上層的樹脂層（包括防焊油墨層、干膜以及濕膜等）通過物理的咬合作用來達(dá)到黏合的效果[2]。此類工藝除了會(huì)導(dǎo)致高頻信號(hào)在傳輸過程中產(chǎn)生大量衰減以外，還伴有污染大（高銅高酸廢水）、成本高（需預(yù)先多電鍍1～2 μm銅，之后再把銅腐蝕掉或者打磨掉）等缺點(diǎn)[3]，但使用鍵合劑之后會(huì)極大的避免這些問題。鍵合劑是通過一個(gè)雙官能團(tuán)的小分子將銅層和樹脂層黏合起來，它既不改變銅表面的粗糙度，也不會(huì)產(chǎn)生高銅高酸廢水，同時(shí)更不需要在鍵合劑處理前預(yù)先留出待腐蝕的銅層，極大的降低了工藝成本[4]。

1 鍵合劑分子的設(shè)計(jì)和作用原理

1.1 鍵合劑分子的設(shè)計(jì)

關(guān)于鍵合劑黏合銅面與樹脂層的作用，主要是依靠雙官能團(tuán)的鍵合劑分子，一方面提供其中一官能團(tuán)以類似于配位鍵合的作用在銅面上與銅原子緊密結(jié)合，另一方面通過另一官能團(tuán)與樹脂層中的單體或預(yù)聚物發(fā)生聚合反應(yīng)，將樹脂牢牢的黏附在銅面上。與銅面結(jié)合力較好的化學(xué)結(jié)構(gòu)一般包含氧、氮、硫等原子，分子設(shè)計(jì)中會(huì)引入各種化學(xué)結(jié)構(gòu)，包括羧基，酰胺基、脒基、唑基、磺酸基以及巰基等。而與樹脂層中的單體或預(yù)聚物發(fā)生聚合反應(yīng)則需要在鍵合劑分子中引入一系列不飽和基團(tuán)，如雙鍵、醛基以及環(huán)氧基等。鍵合劑的分子設(shè)計(jì)就是要開發(fā)出適合各種樹脂層與銅面鍵合的鍵合劑產(chǎn)品，其中樹脂層包括各種型號(hào)的油墨、濕膜以及干膜等。通過后續(xù)的各種黏附強(qiáng)度測(cè)試、熱應(yīng)力測(cè)試以及化學(xué)侵蝕測(cè)試等檢驗(yàn)鍵合劑的黏附強(qiáng)度，在不做任何銅面粗化的情況下達(dá)到傳統(tǒng)銅面粗化工藝的效果。

1.2 鍵合劑鍵合原理

鍵合劑分子通過雙官能團(tuán)與銅層以及干膜、油墨等樹脂層結(jié)合，提供牢固的結(jié)合力。其中與銅層結(jié)合主要是以金屬與氧、氮、硫等原子之間的配位結(jié)合為主，同時(shí)部分情況下，疏水作用也會(huì)對(duì)鍵合劑分子在銅面上的結(jié)合起到促進(jìn)作用。而鍵合劑分子與樹脂層的結(jié)合主要是依靠化學(xué)鍵的聚合作用，輔以其它的弱相互作用，例如氫鍵作用、疏水相互作用等來完成。一般碳碳鍵的鍵能大于300 kJ/mol（配位鍵鍵能基本同一量級(jí)），這就足以提供各層之間的結(jié)合力，在后續(xù)在各類制程以及各種應(yīng)力測(cè)試中保證產(chǎn)品的穩(wěn)定性。除此之外，鍵合劑產(chǎn)品中其它的組分也對(duì)產(chǎn)品的穩(wěn)定性以及實(shí)用性提供了可靠保證，其中助溶劑可提供鍵合劑分子在水溶液中的溶解度以及均勻性，這樣既能最大程度的在銅面上快速形成一層鍵合劑分子膜，又不至于因?yàn)榫鶆蛐暂^差而導(dǎo)致膜厚不均產(chǎn)生的缺口或者殘留問題。鍵合劑作用原理圖（如圖1）。

圖1 鍵合劑作用原理圖

2 應(yīng)用實(shí)驗(yàn)

2.1 鍵合劑工藝流程

工藝生產(chǎn)中，需要先用酸洗和磨板來去除銅箔表面的氧化物以及油污等，酸洗段和磨板段可以互換。磨板段可以是磨刷或者火山灰處理，配以相應(yīng)的水洗段。對(duì)于銅箔表面情況較好的內(nèi)層板或者新制的電鍍銅板，可以省略磨板段。鍵合劑處理一般采用浸泡線或者噴淋線，藥水只需要根據(jù)比例稀釋即可使用，簡(jiǎn)單便捷。鍵合劑處理完后水洗烘干就可以直接進(jìn)入干膜或者防焊制程。鍵合劑工藝制作流程（如圖2）。

圖2 鍵合劑工藝制作流程

2.2 鍵合劑工藝處理參數(shù)

鍵合劑處理一般使用浸泡線或者噴淋線，具體工藝參數(shù)（見表1）。

表1 鍵合劑工藝操作參數(shù)

2.3 鍵合劑工藝處理結(jié)果

2.3.1 防焊測(cè)試結(jié)果

試驗(yàn)中將磨板（或火山灰）處理后的測(cè)試板經(jīng)過高壓（或超聲）水洗并擠水后進(jìn)入鍵合劑槽，鍵合劑槽由2.5%鍵合劑經(jīng)純水稀釋配置。在鍵合劑槽中處理45 s后，經(jīng)過三級(jí)水洗并烘干可直接進(jìn)入防焊處理工序。防焊層可通過靜電噴涂或者網(wǎng)印完成，經(jīng)曝光顯影后，進(jìn)入后制程，包括化錫、化鎳金以及OSP等表面處理。實(shí)驗(yàn)中，對(duì)經(jīng)過后處理的油墨層，特別是油墨與錫層、化鎳金層以及OSP層等結(jié)合的部位，以及油墨層特殊設(shè)計(jì)部位（例如壓環(huán)設(shè)計(jì)，此處油墨厚度一般不超過10 μm）進(jìn)行3M膠帶剝離測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)過鍵合劑處理后，防焊油墨與銅層結(jié)合牢固，未見明顯掉油現(xiàn)象。

2.3.2 干膜測(cè)試結(jié)果

試驗(yàn)中將磨板（或酸性清洗）處理后的測(cè)試板經(jīng)過水洗并擠水進(jìn)入鍵合劑槽，鍵合劑槽由2.5%鍵合劑經(jīng)純水稀釋配置。在鍵合劑槽中處理45 s后，經(jīng)過三級(jí)水洗并烘干可直接進(jìn)入貼膜處理工序。對(duì)應(yīng)鍵合劑處理結(jié)果可采用干法或濕法貼膜，貼膜后及曝光前可不需要經(jīng)過半小時(shí)的等待周期，未曝光的干膜層可自行快速與銅面黏合。曝光后一般顯影測(cè)試兩次，未見明顯甩膜，后制程一般包括蝕刻或電鍍測(cè)試。蝕刻制程中重點(diǎn)檢查殘銅、開路以及缺口等因素導(dǎo)致的不良率；而電鍍制程一般檢查滲鍍情況是否符合要求（如圖3）。

圖3 干膜工序中鍵合劑測(cè)試效果圖

通過測(cè)試結(jié)果，可發(fā)現(xiàn)使用鍵合劑處理后，整體良率與傳統(tǒng)工藝相當(dāng)且略有改善，其中缺口改善明顯，說明鍵合劑處理工藝對(duì)干膜附著力的增強(qiáng)有著顯著的提升作用。鍵合劑工藝良率部分對(duì)比數(shù)據(jù)（見表2）。

3 結(jié)論

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，通過簡(jiǎn)單的鍵合劑工藝處理后的銅面，在不改變銅面形貌的情況下，可以提供與傳統(tǒng)超/中粗化工藝相當(dāng)?shù)你~面與油墨/干膜間的結(jié)合力。銅面無差損工藝對(duì)目前的高頻信號(hào)傳輸起到了至關(guān)重要的作用。在一系列的對(duì)比測(cè)試之后，銅面鍵合劑已在防焊處理以及干膜處理領(lǐng)域取得了大規(guī)模應(yīng)用，相信在未來，鍵合劑產(chǎn)品因其獨(dú)特的銅面無差損、環(huán)保以及成本低等優(yōu)勢(shì)，將會(huì)取代傳統(tǒng)粗化處理工藝，引領(lǐng)線路板等領(lǐng)域中增強(qiáng)銅面與樹脂層結(jié)合力的應(yīng)用。

表2 鍵合劑工藝良率對(duì)比（部分?jǐn)?shù)據(jù)略去）