CC BY
8
УДК 621.793.02
Бардина О.И., Коротких И.С., Григорян Н.С., Аснис Н.А., Абрашов А.А.
РАСТВОР ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ АДГЕЗИОННОГО ШЕРОХОВАТОГО СЛОЯ НА ПОВЕРХНОСТИ ТОКОПРОВОДЯЩЕГО РИСУНКА ПЕРЕД ПРЕССОВАНИЕМ ВНУТРЕННИХ СЛОЕВ МНОГОСЛОЙНЫХ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ
Бардина Ольга Игоревна - ассистент кафедры инновационных материалов и защиты от коррозии; почта [email protected].
Коротких Игорь Сергеевич - магистрант 1-го года обучения кафедры инновационных материалов и защиты от коррозии;
Григорян Неля Сетраковна - к.х.н., доцент, профессор кафедры инновационных материалов и защиты от коррозии; Аснис Наум Аронович - к.т.н., ведущий инженер кафедры инновационных материалов и защиты от коррозии; Абрашов Алексей Александрович - к.т.н., доцент кафедры инновационных материалов и защиты от коррозии. ФГБОУ ВО «Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева», Россия, Москва, 125047, Миусская площадь, дом 9.
Обеспечение высокой прочности сцепления медной поверхности с полимерными материалами (например, препрег, фоторезист, паяльная маска) является одним из важнейших требований в производстве печатных плат. Современные процессы подготовки поверхности медных токопроводящих дорожек перед прессованием внутренних слоев многослойных печатных плат основаны на формировании шероховатого металлоорганического слоя, который способствует увеличению прочности сцепления меди к смоле не только за счет развитого микрорельефа поверхности, но и образования химических связей с препрегом. Настоящая работа посвящена исследованию влияния органических добавок на качество формирующихся покрытий.
Ключевые слова: многослойные печатные платы, подготовка медной поверхности, микротравление, адгезионный слой, металлоорганический слой.
SOLUTION FOR FORMING ADHESIVE ROUGH LAYER ON THE SURFACE OF CONDUCTIVE PATTERN BEFORE PRESSING INTERNAL LAYERS OF MULTILAYER PRINTED CIRCUIT BOARDS
Bardina O.I., Korotkih I.S., Grigoryan N.S., Asnis N.A., Abrashov A.A.
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russian Federation
Ensuring high adhesion strength of the copper surface with polymer materials (for example, prepreg, photoresist, soldering mask) is one of the most important requirements in the production ofprinted circuit boards. Modern processes of surface preparation of copper conductive tracks before pressing the inner layers of multilayer printed circuit boards are based on the formation of a rough metal-organic layer, which increases the adhesion strength of copper to resin not only due to the developed microrelief of the surface, but also the formation of chemical bonds with the prepreg. This work is devoted to the study of the effect of organic additives on the quality of the coatings being formed.
Key words: multilayer printed circuit boards, copper surface preparation, microetching, adhesive layer, metal-organic layer.
Введение
Одной из самых ответственных стадий для таких процессов как прессование внутренних слоев многослойных печатных плат (МПП), нанесение фоторезиста, паяльной маски и финишных металлических покрытий является создание требуемой шероховатости на поверхности меди.
Стандартный процесс (ГОСТ 23661-79) создания шероховатого адгезионного слоя на медной поверхности токопроводящего рисунка (ТПР) перед процессом прессования внутренних слоев МПП, заключающийся в формировании оксидного слоя на поверхности меди, непригоден для использования в современных производствах печатных плат (ПП) из-за следующих недостатков: наличия эффекта «розовых» колец, низкая термостойкость (снижение адгезии на 30 - 60% при термоударе 260 °С, 10 с) [1,2].
С целью повышения прочности сцепления внутренних слоев МПП на медной поверхности ТПР формируют адгезионный слой с развитым микрорельефом толщиной 1,5 мкм и тонким металлоорганическим слоем на поверхности толщиной 200-300 А, который обеспечивает сцепление слоев не
только за счет увеличения площади поверхности контакта, но и за счет химических связей с молекулами препрега [3].
Следует отметить, что в ряде случаев развитость адгезионного слоя не должна быть слишком большой. С совершенствованием электронной техники (5G) все более повышается частота проходящего электрического тока, и, поскольку СВЧ сигналы распространяются преимущественно по поверхности проводника, требуется адгезионный слой с невысокими значениями параметров шероховатости (с целью снижения сопротивления прохождению высокочастотного сигнала) без снижения адгезии.
Отечественных технологий создания адгезионного металлоорганического слоя с регулируемыми параметрами не существует. Производители печатных плат в РФ вынуждены использовать импортные технологии, что затруднительно в условиях санкций.
С учетом вышеизложенного разработка процесса формирования микрорельефа с регулируемыми параметрами шероховатости и, при необходимости, формирования на нем тонкого металлоорганического
слоя является весьма актуальной научно-технической задачей.
В настоящей работе исследовано влияние органических добавок на качество формирующегося адгезионного слоя (сплошность, цветовые характеристики, осыпаемость, коррозионную стойкость).
Экспериментальная часть
В качестве объекта сравнения был выбран раствор для формирования металлоорганического слоя BondFilm Solution, разработанный немецкой компанией Atotech.
В качестве образцов для нанесения металлоорганического слоя использовались пластины фольгированного диэлектрика FR4, который представляет собой композиционный материал, состоящий из стекловолокна и эпоксидной смолы. Выбор данного материала в качестве образцов обусловлен его широким применением в производстве ПП.
Подготовка образцов включала стадии щелочной очистки и активации. Процесс модификации поверхности с целью формирования
металлоорганического слоя с требуемой шероховатостью осуществлялся обработкой поверхности в течение 60-90 секунд в модифицирующем растворе при температуре 30-40°C.
Оценка качества сформированного адгезионного слоя проводилась на основании данных по осыпаемости, коррозионной стойкости, цветовым характеристикам и сплошности покрытий.
Осыпаемость металлоорганического адгезионного покрытия определялась с помощью скотч - теста. В соответствии со стандартом ASTM D3359 использовалась адгезивная лента. На образцы накатывающими движениями (при одинаковом усилии) валиком наклеивалась лента и через 2-3 минуты отрывалась под углом 90° относительно к поверхности исследуемого образца. Относительное количество оставшегося на адгезионной ленте покрытия определяли с помощью спектрометра EDX-7000 (Shimadzu, Япония) методом рентгенофлуоресцентной спектрометрии. Осыпаемость слоя оценивалась по отношению интенсивности сигнала меди, оставшейся на адгезионной ленте с аналогичным показателем для зарубежного аналога в соответствии с формулой (1).
v = J1 (1)
где Zj - интенсивность сигнала меди на адгезионной ленте после отрыва от исследуемого образца,
Таблица 1. Зависимость характеристик адге:
10 - интенсивность сигнала меди на адгезионной ленте после отрыва от образца, обработанного по зарубежной технологии.
Для оценки коррозионной стойкости металлоорганического слоя использовался раствор, содержащий 5 масс.% серной кислоты (94 %) и 5 масс.% перекиси водорода (37 %). Раствор каплями наносился на поверхность образца, затем фиксировалось время (в секундах) до изменения цвета покрытия с коричневого до розового. Коррозионный тест проводился по три раза для каждого образца, затем рассчитывалось среднее арифметическое значение для времени растворения металлоорганического покрытия.
Цветовые характеристики сформированных на поверхности медной фольги металлоорганических пленок сравнивались с характеристиками зарубежного аналога с помощью портативного спектрофотометра X-И^е серии 060 по методике CIELAB. Согласно данному методу, каждому цвету присваиваются три числовых значения (Ь, a, Ь), которые определяют расположение исследуемого цвета в трехмерной координатной системе. Таким образом возможно сравнить два цвета (исключая при этом фактор субъективности цветовосприятия человеческого глаза), сопоставив описывающие их числовые значения. Поскольку в ряде случаев цвет может косвенно свидетельствовать о качестве полученных покрытий, были определены показатели отклонения цветовых характеристик (ЛЕ) сформированных
металлоорганических пленок от значений аналогичных характеристик для покрытий, полученных по зарубежной технологии.
Сплошность металлоорганического покрытия оценивалась визуально.
В качестве объекта исследования был выбран раствор, содержащий (г/л): ШБ04 91; Н2О2 15; С1- 8 мг/л, требующий подбора оптимального содержания органических добавок для формирования адгезионного шероховатого слоя с необходимыми функциональными характеристиками. На основании предварительных исследований в качестве органических добавок были выбраны: азотсодержащее гетероциклическое соединение (далее Д1) и соединение из класса органических полимеров этиленгликоля (далее Д2).
Было исследовано влияние концентрации Д1 (табл. 1) и Д2 (табл. 2) на качество формирующегося металлоорганического слоя.
слоя от концентрации органической добавки Д1
Критерий Концентрация Д1, г/л Прототип
оценки 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Отклонение
цветовых 21,6 14,8 9,0 1,7 0,8 2,5 2,9 6,4 9,9 10,2 0
характеристик
КС, с 1 2 3 3 4 4 4 3 2 2 4
Осыпаемость v 1,18* 2,94* 2,14* 1,49* 1,25* 1,00 0,69 0,28* 0,28* 0,27* 1
* Нарушение сплошности покрытия
Состав раствора, г/л: H2SO4 91; H2O2 15; С18 мг/л; Д2 4
Таблица 2. Зависимость характеристик адгезионного слоя от концентрации органической добавки Д2
Критерий оценки Концентрация Д2, г/л Прототип
1* 2* 3 4 5 6 7 8 9 10
Отклонение цветовых хар актеристик 4,8 3,5 2,7 2,5 2,5 2,4 2,4 2,9 2,9 2,9 0
КС, с 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4
Осыпаемость v 1,49 2,40 1,05 1,00 1,00 1,02 1,04 2,07 2,24 2,13 1
* Наличие разводов на покрытии
Состав раствора, г/л: H2SO4 91; H2O2 15; С- 8 мг/л; Д1 6
Определены оптимальные диапазоны
концентраций органических добавок Д1 (6-7 г/л) и Д2 (3-7 г/л), позволяющие формировать сплошной адгезионный слой, не уступающий по функциональным характеристикам (коррозионной стойкости и осыпаемости) зарубежному аналогу.
Заключение
Установлено, что сплошные покрытия, не уступающие зарубежному аналогу по коррозионной стойкости (т 4 с) и осыпаемости (V < 1) формируются в растворах, содержащих (г/л): ШБ04 91; Н2О2 15; С1- 8 мг/л; Д1 6-7; Д2 3-7. При этом, показатели цветовых характеристик имеют незначительное отклонение от зарубежного аналога (ДЕ 2,4-2,9).
«Работа проводилась при финансовой поддержке Министерства науки и высшего
образования Российской Федерации в рамках проекта FSSM-2022-0006»
Список литературы
1. Лейтес И. Адгезионная подготовка поверхности в технологии печатных плат // Технологии в электронной промышленности. 2015. №1. С. 26-29.
2. Терешкин В., Григорьева Л. Повышение адгезии слоев многослойных печатных плат путем модификации поверхности с органометаллическим покрытием // Технологии в электронной промышленности. 2011. №3. С. 36-39.
3. Nothdurft P., Riess G., Kern W. Copper/Epoxy Joints in Printed Circuit Boards: Manufacturing and Interfacial Failure Mechanisms // Materials. 2019. 12 (3), 18 p.
