文章內(nèi)容出自公眾號：CPCA印制電路信息,，本文作為行業(yè)科普文章摘錄發(fā)布

摘要：等離子技術(shù)在印制電路板行業(yè)中主要作為處理鉆孔殘膠的一種重要手段,。文章介紹了PCB等離子清洗設(shè)備的維護(hù)方法,。在等離子清洗設(shè)備在使用中,，會遇到除膠清洗達(dá)不到要求,、設(shè)備本身故障率異常等問題,。如何保證等離子清洗設(shè)備在生產(chǎn)中能夠達(dá)到工藝要求,，同時(shí)保證設(shè)備的正常穩(wěn)定運(yùn)行,，等離子清洗設(shè)備的維護(hù)至關(guān)重要,。

引言：等離子清洗設(shè)備在印制電路板（PCB）行業(yè)已經(jīng)廣泛應(yīng)用,，PCB等離子清洗設(shè)備原理并不復(fù)雜，但是一套完整的等離子系統(tǒng)包含很多方面,。在使用過程中,，合理有效的進(jìn)行設(shè)備維護(hù)，能夠減少設(shè)備的故障率,，增加設(shè)備的使用壽命,，同時(shí)能夠保證PCB板除膠清洗達(dá)到生產(chǎn)的工藝標(biāo)準(zhǔn)。這在PCB板的制造上,，能起到很大的穩(wěn)定作用,。

 PCB等離子清洗機(jī)清洗原理介紹

1.1什么是等離子體

等離子體是物質(zhì)的一種存在狀態(tài)，通常物質(zhì)以固態(tài),、液態(tài),、氣態(tài)三種狀態(tài)存在，但在一些特殊情況下可以以第四種狀態(tài)存在,，如太陽表面的物質(zhì)和地球大氣電離層中的物質(zhì),。這類物質(zhì)所處在的狀態(tài)稱為等離子體狀態(tài)，又稱為物質(zhì)的第四態(tài),。等離子體中存在下列物質(zhì)——處于高速運(yùn)動狀態(tài)的電子,；處于激活狀態(tài)的中性原子、分子,、原子團(tuán)（自由基）,；離子化的原子、分子,；分子解離反應(yīng)過程中生成的紫外線,；未反應(yīng)的分子、原子等,，但物質(zhì)在總體上仍保持中性狀態(tài),。

1.2等離子清洗機(jī)清洗原理

等離子清洗機(jī)原理是兩個(gè)電極之間形成高頻交變電場，用真空泵在裝置的密閉容器中實(shí)現(xiàn)一定的真空度（見圖1）隨著氣體越來越稀薄,，分子間距及分子或離子的自由運(yùn)動距離也越來越長,，區(qū)域內(nèi)氣體在交變電場的激蕩下，形成等離子體,。在真空和瞬時(shí)高溫狀態(tài)下,，活性等離子對孔壁內(nèi)鉆污、殘膠及油污等污染物進(jìn)行物理轟擊與化學(xué)反應(yīng)雙重作用（見圖2）,，污染物部分蒸發(fā)或在高能量離子的沖擊下被擊碎,，使被清洗物表面物質(zhì)變成粒子和氣態(tài)物質(zhì)，經(jīng)過抽真空排出,，從而達(dá)到清洗目的,。

 圖1  等離子清洗機(jī)原理

 圖2  等離子除膠轟擊

PCB在制板在等離子處理前進(jìn)行90min,、70°C烘烤，保證產(chǎn)品內(nèi)水分已揮發(fā),。烘烤后產(chǎn)品避免再次受潮,，應(yīng)保存在≤60%濕度下18~30°C溫度的環(huán)境中2h以內(nèi)。負(fù)壓型PCB等離子清洗設(shè)備選用的是CF2,、O2,、N2、H2等氣體進(jìn)行處理,。在氣體的流量CF2（200~500mL/min標(biāo)志）,、O2（1000~2500mL/min標(biāo)志）、N2（500~1500mL/標(biāo)志）,、H2（1000~2000mL/min標(biāo)志）范圍,，溫度控制在60~85°C，等離子真空度26.7~33.3Pa（0.2~0.25torr）,，根據(jù)咬蝕量要求設(shè)定的時(shí)間范圍（15~20）mg/min和功率范圍6000~8000w以及保證真空腔體內(nèi)金屬材質(zhì)清潔,，無嚴(yán)重污染狀態(tài)下進(jìn)行等離子除膠。

PCB的等離子體除膠清洗應(yīng)用

2.1等離子清洗

PCB的等離子清洗除膠一般分為三步進(jìn)行,，包括預(yù)熱,、除膠、清洗,。根據(jù)工藝需要，也會有多余三個(gè)階段的處理方式,。

階段一：用高純度的氮?dú)猱a(chǎn)生等離子體,，同時(shí)預(yù)熱PCB使高分子材料處于一定的活化態(tài)。這個(gè)階段溫度是關(guān)鍵,。 

階段二：以氧氣和四氟化體,，混合后產(chǎn)生氧、氟等離子體,，與丙烯酸,、膠渣、玻璃纖維等反應(yīng),，達(dá)到去鉆污除膠的目的,。這個(gè)階段氣體比例是關(guān)鍵。

階段三：采用氧氣為原始?xì)怏w,，生成等離子體與反應(yīng)殘留物使孔壁清潔,，在等離子清洗過程中，除發(fā)生等離子反應(yīng)化學(xué)反應(yīng),，等離子體還與材料表面發(fā)生物理反應(yīng),，等離子體粒子將材料表面的原子或附著材料表面的原子打掉,，達(dá)到清洗效果。

2.2影響等離子清洗設(shè)備清洗的因素

等離子清洗除膠程度敏感度較高,，其清洗效果容易受許多因素的影響,。應(yīng)從PCB本身、工藝參數(shù)和等離子清洗機(jī)三個(gè)方面所帶來的因素去討論,。PCB本身包含了鉆孔質(zhì)量,、孔分布和大小、基板的潮濕程度和溫度,。

工藝參數(shù)主要包括氣體比例,、流量、射頻功率,、真空度,、溫度和處理時(shí)間等。

等離子清洗設(shè)備是除膠的基礎(chǔ),。例如等離子系統(tǒng),，冰水和熱量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，硬件的使用情況等等,。在實(shí)際應(yīng)用中,，當(dāng)工藝參數(shù)設(shè)定和PCB板本身質(zhì)量相對穩(wěn)定時(shí)，那么生產(chǎn)條件是否達(dá)到設(shè)定值和優(yōu)質(zhì)的除膠效果就取決于等離子清洗設(shè)備的運(yùn)行,。等離子設(shè)備的良好狀態(tài)應(yīng)是保證除膠去污的前提,。

2.3除膠測試方法

2.3.1 咬蝕量測試方法。

取測試片10×10cm大小,，測試前以DI水清洗,，晾干，120°C烘干1h,，稱重,，得其咬蝕前質(zhì)量M1（g）。等離子咬蝕以后,，再以DI水清洗,，晾干，120°C烘干1h,，稱重,，得其咬蝕后質(zhì)量M2（g）計(jì)算方法：（M1-M2）×1000（mg/g）÷2（面）÷100（cm2）（注意：兩次烘干稱重要迅速，不要再沾染水氣,，影響結(jié)果）,。

2.3.2 咬蝕能力測量方法。

取鉆孔后的FR-4板料多層測試板，板厚5.5mm左右,，孔徑0.35mm,、1.0mm、2.0mm,，用膠帶兩面封閉數(shù)組孔作為對照組,，正常等離子咬蝕（時(shí)間以咬蝕5~10μm除膠量為準(zhǔn)），然后去掉封閉對照孔的膠帶,、沉銅,、板鍍、切片用金相顯微觀察孔壁樹脂凹蝕量,。樹脂凹蝕量測量取內(nèi)層銅環(huán)和樹脂鄰接的斷面距離（測量位置需避開玻纖造成的陰影）,。

標(biāo)準(zhǔn)：

（1）FR-4板料孔內(nèi)不同位置咬蝕差異：小凹蝕量/大凹蝕量≥0.8。

（2）同一塊板相同孔徑的孔分布密集位置和孤立孔的平均咬蝕量比值（較小值：較大值）≥0.8,。

（3）小孔和大孔的平均咬蝕量比值（較小值：較大值）≥0.8,。

（4）等離子咬蝕造成的孔壁粗糙度增加（等離子咬蝕和對照組的孔壁粗糙度大值差值）小于25μm。

（5）等離子咬蝕造成的燈芯增加（等離子咬蝕和對照組的燈芯大值差值）小于50μm,，或燈芯總量符合IPC標(biāo)準(zhǔn)要求（80μm以內(nèi)）,。

（6）滿載（放滿正常生產(chǎn)板，測試片和生產(chǎn)板一起做）和空載（僅放測試片）平均咬蝕量比值（較小值：較大值）0.70,。

（7）蝕刻速率3μm/10min以上,。

等離子體設(shè)備保養(yǎng)

在實(shí)際生產(chǎn)中，我們發(fā)現(xiàn)PCB等離子清洗設(shè)備一些重要的部件會隨著使用時(shí)間的推移產(chǎn)生不同程度的氧化,、老化,、腐蝕等問題，會是引起等離子清洗設(shè)備達(dá)不到除膠效果的原因,，例如反應(yīng)腔,、電極、托板架,、氣體的壓力等。以下介紹了幾個(gè)關(guān)鍵部位保養(yǎng)前后的效果以及如何進(jìn)行保養(yǎng),。

3.1等離子腔體清潔

等離子除膠時(shí)產(chǎn)生的污物大部分都接近電子級別,，會隨著真空泵排除。但也會有一些大顆粒污染物產(chǎn)生,。這些大顆粒污物會附著在腔壁,、電極和托板架上。腔壁上有一層薄薄的“灰”,，腔底掉落更嚴(yán)重（如圖3）,。

圖3  等離子腔體污垢清潔情況

對于腔壁用不可掉落的毛刷清潔使顆粒粉塵異物在腔壁脫落，用吸塵機(jī)將污物吸出,。用脫脂布沾酒精擦拭,，其次腔體導(dǎo)入N2和O2,，用等離子體清除腔體內(nèi)殘余物，工作10min,。

3.2電極與托板架的保養(yǎng)翻新

托板架和電極長時(shí)間使用后會附著氧化層,，同時(shí)采用等離子體處理烴基材料時(shí)，一段時(shí)間后在托板架,、電極,，RF導(dǎo)電桿上會積累一層薄的烴基殘留物，這些殘留物和氧化層是無法用酒精擦拭掉的,。應(yīng)依據(jù)附著物的量對電極,、托板架進(jìn)行翻新維護(hù)能保證除膠的穩(wěn)定。

清洗材料要求：氫氧化鈉,、硫酸,、城市用水和蒸餾水。注意：不要使用手磨機(jī),、砂紙或磨蝕性噴砂處理等機(jī)械方法清潔,；氫氧化鈉溶液會與鋁發(fā)生劇烈的化學(xué)反應(yīng)，應(yīng)小心謹(jǐn)慎以確保僅在所需的時(shí)間內(nèi)清除沉積物,；反應(yīng)中會生成具有潛在爆炸性的氫氣,，因此工作區(qū)域應(yīng)保持良好的通風(fēng)。 

3.2.1 電極的清潔翻新步驟

（1）從真空箱內(nèi)斷開水和供電連接,，然后切斷電源并取下接地電極,。（留意每個(gè)電極的初始位置，使它們在被清潔后能夠安裝在原來相同的位置上）,；

（2）保護(hù)好冰水機(jī)的進(jìn)水口和出水口,，在室溫下將拆下的電極沉浸在10%的氫氧化鈉溶液內(nèi)。在沉浸時(shí)每2min檢查電極一次,，直到*除去殘留物,。實(shí)際清潔時(shí)間取決于積累在每個(gè)電極上的殘留物數(shù)量。

（3）用城市用水*沖洗電極3分鐘,。

（4）將電極浸在硫酸和水（按重量為5%）的溶液中一分鐘（不能干燥）后,，立即進(jìn)入下一步操作（這一步主要去除氧化層，干燥以后氧化層會再次附著,，難以沖洗）,。

（5）用蒸餾水沖洗電極兩次，每次3min,。

（6）使電極*干燥,。

（7）將電極安裝在與原先的位置，如必要，更換絕緣體,。

（8）重新連接好箱內(nèi)的水管和電力,，翻新之后見圖4。

圖4  電極保養(yǎng)后電極

3.2.2 托板架的翻新維護(hù)

（1）需要將滾輪拆除后清洗,，待清洗完成再次安裝,，滾輪不能使用氫氧化鈉和硫酸浸泡清洗。

（2）托板架沉浸在10%的氫氧化鈉溶液中,，沉浸時(shí)每2分鐘檢查托板架一次,，直到*除去殘留物，實(shí)際清潔時(shí)間取決于積累在每個(gè)托板架上的殘留物數(shù)量,。

（3）使用城市用水*沖洗托板架3min,。

（4）將托板架浸在硫酸和水（按重量為5%）的溶液中一分鐘后（不能干燥），立即進(jìn)入下一步操作（這一步主要去除氧化層,，干燥以后氧化層會再次附著,，難以沖洗）。

（5）用蒸餾水沖洗托板架兩次,，每次3min,。

（6）使托板架*干燥（用布先擦干）。

（7）將托板架的滾輪安裝,，如必要,，更換滾輪絕緣墊片。翻新后見圖5,。

圖5  保養(yǎng)后托板架
 

3.2.3 腔體內(nèi)氣管,、RF導(dǎo)電桿

腔體內(nèi)氣管也有不同程度的氧化，順帶保養(yǎng)電極的同時(shí),，一同保養(yǎng)（見圖6）,。同樣參考了托板架保養(yǎng)2-6步驟。（注意：氣管拆卸下來需將兩端的口堵上,，再進(jìn)行清洗）
 

圖6  腔體內(nèi)氣管
 

3.3氣體管道檢查

使用氣體質(zhì)量流量控制器對機(jī)臺氣體質(zhì)量流量控制器進(jìn)行測量,，并參照檢測值校正機(jī)臺氣體質(zhì)量流量控制器。 

也可參照同腔體真空度檢查（參考測試）,，關(guān)閉總閥之后檢查顯示O2,、N2、CF4管道通道壓力數(shù)值,，如果發(fā)現(xiàn)數(shù)值有變化，用肥皂水噴在氣體管道接口處觀察,，如有氣泡出現(xiàn),，重新更換接頭恢復(fù)正常。 

3.4冰水和熱量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)保養(yǎng)

冰水機(jī)和模溫機(jī)檢查，等離子除膠過程的溫度控制在85°C,，電極的熱量轉(zhuǎn)換液是通過模溫機(jī)進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)的,。 

實(shí)際運(yùn)用中是使用純水，還是會有不少的雜質(zhì)和鋁發(fā)生腐蝕性反應(yīng),，所生成的水垢沉積物,。水垢一旦過多鐵氟龍水管和接頭就會老化堵塞，PCB等離子設(shè)備除膠過程溫度不穩(wěn)定,。定期檢查熱循環(huán)系統(tǒng)如發(fā)現(xiàn)老化,，需及時(shí)更換鐵氟龍水管和接頭（見圖7）。

圖7  鐵氟龍水管和接頭
 

冰水機(jī)一般是循環(huán)冰水使冷卻液冷卻的,。它有兩套水系統(tǒng),，一是循環(huán)冰水，二是芯冷卻轉(zhuǎn)換水,；有兩組過濾棉芯,，任意一個(gè)過濾棉堵塞不流暢，都會出現(xiàn)冰水超溫,，真空泵都會超溫,，設(shè)備出現(xiàn)報(bào)警，必須定期檢查并更換棉芯,。 

3.5真空泵的保養(yǎng)

查看真空泵油位和油的純度,，觀察油位視窗，發(fā)現(xiàn)油位接近低紅線刻度,，加油到紅標(biāo)線上下之間位置,。真空泵加油示意圖見圖8。

圖8  真空泵加油示意 

3.6測試

（1）極限真空測試,。

手動檢漏狀態(tài)下,，打開真空泵持續(xù)抽10min，紀(jì)錄低值4.0Pa/min≤6.0Pa/min,，合格,。

（2）真空泄漏值測試。

手動檢漏狀態(tài)下,，打開真空泵持續(xù)抽10min,，記錄真空低值，然后手動關(guān)閉抽真空電磁閥,，同步打開檢漏按鈕,，每分鐘數(shù)值3.2Pa/min≤6.0Pa/min，合格,。

（3）咬蝕量測試：7~14mg/min合格,。

（4）均勻性測試：75%以上為合格,。

（5）運(yùn)行測試：運(yùn)行24h無異常。

定期保養(yǎng)計(jì)劃

等離子設(shè)備在使用過程中,，腔體內(nèi)出現(xiàn)的一些殘留物和氧化層,，在前期發(fā)展階段，該薄層并不影響設(shè)備的運(yùn)行或成品,。但是經(jīng)過持續(xù)的運(yùn)轉(zhuǎn)后,，發(fā)現(xiàn)了除膠效果不穩(wěn)定，能察覺到微小改變,，所以在使用一段時(shí)間之后是需要將托板架與電極進(jìn)行清洗翻新,。

同時(shí)設(shè)備出現(xiàn)的故障也直接體現(xiàn)設(shè)備的保養(yǎng)的程度。如經(jīng)適當(dāng)?shù)木S修,、翻新,，電極的使用壽命可達(dá)到預(yù)期使用的大值。那么通過等離子清洗設(shè)備的原理和構(gòu)成制定可行性保養(yǎng)計(jì)劃很關(guān)鍵,。

從圖1可看出等離子設(shè)備的三大條件是真空環(huán)境（真空機(jī)組,，真空檢測儀，腔體的密閉）,、高能量（射頻電源,、溫度,、工藝氣體）和介質(zhì)（腔體,、電極,、托板架）組成。那么等離子設(shè)備的保養(yǎng)應(yīng)從以上這些方面進(jìn)行,，根據(jù)保養(yǎng)項(xiàng)目劃分周期分為每日,、每周、每月,、半年,、每年、2~3年,，見表1,。
 

總結(jié)

目前，用等離子除膠工藝代替常規(guī)化學(xué)溶劑除膠及高溫氧氣除膠已獲得顯著效果,。在實(shí)際生產(chǎn)過程中,，影響等離子除膠效果的不僅僅是工藝技術(shù)，還有設(shè)備的穩(wěn)定性,，比如工藝氣體的微小泄露,、電極托板架的烴基殘留物、腔體內(nèi)其他管道的氧化程度以及設(shè)備本身不同程度的故障這些都是在PCB制造過程中直接對生產(chǎn)產(chǎn)生影響,。因此,，做好等離子清洗設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)非常必要,。