線路板（PCB板）用棕化液綜述
2021-10-05 09:46
1.棕化液開發背景
印刷線路板(PCB)屬于電子設備制造業，是保證各種電子元件形成電氣互連的平臺。PCE使用的聚合物基材可以是玻纖布增強的環氧樹脂，或者苯酚、聚酰胺等聚合物，也可以是其他樹脂等。在聚合物基材單面或雙面覆蓋一層薄銅，在銅面上覆蓋光刻膠，經曝光、顯影、蝕刻后，可在銅面上形成線路圖形，如此可以制作出單面或雙面的線路板。由于單雙面板提供電氣互連的密度非常有限，于是發展出了目前廣泛使用的多層線路板。上述的雙面板又稱內層板，把雙面板堆積起來，在雙面板之間用半固化的樹脂隔開，經過熱壓后形成多層板。為了實現各層板之間的電氣互連，需要鉆導通孔、盲孔或者是埋孔。
在 PCB 多層板制造過程中，一個典型的問題是銅與膠之間出現分層。為了增強內層之間的接合力，PCB研究人員進行了各種探索，在這個過程中發展起來的黑氧化(black oxide技術成了 PCB 內層處理的主要技術之一，并廣泛應用于實際生產中。隨著PCB 工業的迅速發展和市場的需求，PCB 企業在制造技術不斷向高精度、輕量、薄型方向發展的同時，亦在努力提高效率、降低成本、改善環境，并適應多品種、小批量生產的需求，而傳統的黑化工藝難以實現水平生產、制作薄板的能力差，流程長，工藝控制復雜，操作環境差，污水處理成本高，發展受到限制。雖然黑氧化技術可以增強內層間的結合力，但是仍然存在問題。在多層板鉆孔過程中，高機械應力令孔周圍產生微分層現象,在后續的去鉆污及鍍銅過程中酸性溶液通過毛細作用滲入層間。由于酸性溶液會溶解銅氧化物，露出了銅本身的顏色，即粉紅圈現象。粉紅圈現象不僅只是外觀上的問題，而且存在功能上的問題，因此多層板出現粉紅圈現象通常被認為是廢品。
自上世紀90年代中后期，歐美廠商推出了棕化工藝。棕氧化(brown oxide)技術克服了黑氧化所不能避免的缺點1，能夠促進銅面與聚合物樹脂這一無機/有機界面的粘結，為多層印制線路板在后續的線路生產、電子元件的表面焊接、貼裝，提供可靠層間結合力。該工藝由于操作簡單、條件溫和、生產效率高等優點，而逐漸取代黑化工藝，成為印制線路板內層制作的主流工藝。
2. 棕化機理
棕化液是提高印制電路板多層印制電路內層銅面與聚合材料粘結力的處理液，提高多層板之間的接合力可以從兩個因素著手:一是提高粘接面的比表面積，二是形成了一層有機金屬轉化膜。內層板經過棕化處理后，在銅表面形成一層均勻的蜂窩狀的有機金屬銅層，這種結構能增強與半固化樹脂的結合力:同時在層壓過程中，參與樹脂固化交聯反應，從而形成了化學鍵，進一步增強了與半固化樹脂的結合力。棕化能防止銅進一步被腐蝕，保護銅線路，提高耐酸性，保證了PCB多層板的質量和性能。
棕化過程是銅在一種酸性的介質中，銅表面被氧化劑氧化成為 Cu,O，形成的氧化亞銅膜層具有致密、完整、均勻、粗糙度一致等特點，為下一步有機金屬轉化膜的形成提供良好的物理結構。氧化亞銅與含N、S、O的雜環有機化合物緩蝕劑生成有機金屬銅膜，沉積在 CuO上面。因為含 N、S、O的雜環有機化合物的中心含有孤對電子和芳香環，而氧化亞銅中銅原子具有未充滿的空間d軌道，易接受電子，產生π鍵和配位鍵，由這兩種鍵構成有機金屬化合物聚合生成不溶性沉淀薄膜，非常穩定，阻止了腐蝕介質的侵蝕，防止粉紅圈的產生。通過棕氧化處理后的內層板結構如圖1所示。
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