印制电路内层铜面低粗糙度锡/硅烷处理技术及其应用研究

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印制电路板是电子产品信号传输的基础承载体。在通信领域,高频信号传输的趋肤效应对第五代移动通信技术的信号完整性提出了挑战。控制印制电路板内层表面的表面粗糙度是控制多层印制电路板层间结合力的技术手段之一。粗糙表面有利于层间结合力提升,但在趋肤效应的影响下粗糙的表面不利于印制电路上的高频信号传输。因此,研究适用于高频信号传输的印制电路内层铜面处理技术是目前行业关注的热点之一。这对于新一代电子产品的开发具有重要的应用价值。目前,棕化是印制电路板制造中内层铜面处理的主流技术,但该技术对铜表面存在腐蚀,粗糙度不可控,不利于提升高频信号传递的信号完整性。本文针对内层铜面的表面处理技术,以获得更优秀的层间结合力和更轻微的表面粗糙度为目标进行研究。在现有铜表面处理技术的基础上,将空气等离子体表面改性与棕化技术结合,采用单因素实验确定了等离子体对铜表面的改性能力,并在随后使用正交实验法对其与棕化技术结合的效果进行了研究,得到了针对FR-4材料的最优等离子体/棕化表面处理方法。此外,本文还将硅烷薄膜引入到现有棕化层的表面,形成了一种棕化/硅烷的复合中间层。该中间层可以让HVLP铜箔与M4和M6G材料之间的层间结合力相较于只进行棕化处理分别提升57.5%和90.6%。本文还研究了锡/硅烷复合改性方法用于处理印制电路内层铜面。该方法因其通过化学手段在铜表面获得中间锡/硅烷层,缓解了铜面腐蚀问题的特性而成为下一代铜面处理技术的有力竞选者。其处理过程:镀锡→表面活化→涂覆硅烷偶联剂。优化获得了镀锡/硅烷处理液的最佳配方和处理条件。基于优化的最佳配方和处理条件结合自主开发的孔金属化镀铜装置制作出六层高频测试板。该测试板的3D显微镜、拉力测试仪、插损测试等结果表明,采用锡/KH550处理的内层铜面粗糙度Ra=0.91μm、Rsar为133.1%,低于棕化的0.95μm、135.2%。层间结合力达到了0.772N/mm,高于棕化处理的0.672N/mm。在20GHz的环境下,锡/KH550处理的测试板的插入损耗为-103.95d B/m,低于棕化处理的-106.4d B/m。对工业生产中常见的几种高频/高速材料与锡/KH550表面处理技术的兼容性进行了测试,其层间结合力均大于0.7N/mm。该方法获得的中间层能够与这几种常见的高频/高速材料形成稳定的结合,具有优秀的未来应用前景。
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