一、  等离子处理的作用原理

等离子体(Plasma)又称物质第四态，区别于物质常见的固、液、气三种存在形态。它是一种具有一定颜色的准中性电子流，是正离子和电子的密度大致相等的电离气体。在等离子状态下脱离原子束缚的电子和原子，中性原子，分子和离子做无序运动，具有很高的能量，但整体显中性。高真空室内部的气体分子被电能激化，被加速的电子互相碰撞使原子、分子的最外层电子被激化脱离轨道，生成离子或反应性比较高的自由基。这样生成的离子、自由基继续相互碰撞和被电场加速，并与材料表面相互冲撞，破坏数微米深度的分子间原有的结合方式，削去孔内一定深度的表面物质形成微细凹凸，同时产生的气体成分成为反应性官能基(或官能团)，它们诱导物质表面发生物理、化学变化，因此能够除去钻污从而能够提高镀铜的结合力。

刚挠结合印制线路板微孔去钻污使用的气体是CF4和O2。CF4和O2输入至等离子机真空腔体后，在等离子发生器的高频高压电场作用下，CF4，O2气体发生离解或相互作用生成含有自由基、原子、分子及电子的等离子气体氛：

O2+CF2→O+OF+CO+COF+F+e+...

等离子体中的自由基，正离子与孔壁上高分子有机材料（C、H、O、N）发生化学反应。

(C、H、O、N)+(O+OF+CO+COF+F+e...)→

CO2↑+H2O ↑+NO2 +...

与由SiO2和Si组成玻璃纤维发生化学反应：

HF+Si→SiF↑+H2↑

HF+SiO→SiF↑+H2O ↑

在等离子体化学反应中，起到化学作用的粒子主要是正离子及自由基粒子。自由基在化学反应过程中能量传递的“活化”作用，处于激发状态的自由基具有较高的能量，易于与物体表面分子结合时会形成新的自由基，新形成的自由基同样处于不稳定的高能量状态，很可能发生分解反应，在变成较小分子同时生成新的自由基，这种反应过程还可能继续进行下去，最后分解成水、二氧化碳之类的简单分子。在另一些情况下，自由基与物体表面分子结合的同时，会释放出大量的结合能，这种能量又成为引发新的表面反应推动力，从而引发物体表面上的物质发生化学反应而被去除。

二、等离子处理的优点及作用

(1)经过等离子处理以后，被清洗物体已经很干燥，不必再经干燥处理；

(2)不使用有害溶剂，不会产生有害污染物，属于有利于环保的绿色清洗方法；

(3)用无线电波范围的高频产生的等离子体方向性不强，可以深入物体的微细孔眼和凹陷内，特别适合用于线路板生产中盲孔以及微小孔的清洗； 

(4)整个清洗工艺流程在几分钟内即可完成，具有效率高的特点；

(5)等离子清洗的最大技术特点是：它不分处理对象，可处理不同的基材；如金属、半导体、氧化物以及高分子材料(如聚丙烯、聚氯乙烯、据四氟乙烯、聚酰亚胺、聚酯、环氧树脂等高聚物)等都可用等离子处理；

(6)在使用等离子清洗时，去污的同时，还能改变材料本身的表面性能，如提高表面的润湿性能，改善膜的附着力等。

3.1等离子灰化表面有机层

基材表面受到化学轰击如下图所示：

在真空和瞬时高温状态下，污染物部分蒸发，污染物在高能量离子的冲击下被击碎并被真空带出。而线路板在生产过程中搬用时，在基材表面难免会沾上一些汗渍、油污等污染物，有些污染物使用普通的线路板生产除油剂很难去除，而使用等离子处理能够很好地达到除去这些有机污染物的效果。

3.2等离子蚀刻基材表面

在等离子蚀刻过程中，通过处理气体的作用，被蚀刻物会变成气相。处理气体和基体物质被真空泵抽出，表面连续被新鲜的处理气体覆盖，从而达到蚀刻的目的

在线路板的生产中，等离子蚀刻主要用来对基材表面进行粗化，以增强镀层与基材的结合力。在下一代较为先进的封装技术——化学镀镍磷制作埋嵌电阻工艺研究中，等离子蚀刻能够对FR-4或是PI表面进行粗化，从而增强FR-4、PI与镍磷电阻层的结合力。

化学镀镍磷制作埋嵌电阻工艺有以下六个主要工艺步骤：

(1)使用传统的生产工艺方法制作出所需的线路图形；

(2)使用等离子体蚀刻对基材表面进行粗化；

(3)然后对使用钯活化的方法对基材表面活化；

(4)进行贴干膜、曝光显影，把需要制作电阻的地方显影出来；

(5)紧接着使用化学镀镍磷的方法进行埋嵌电阻的制作；

(6)最后，退去干膜。

通过实验研究可知，通过等离子处理的基材表面电阻层的结合力更好。特别是需要在PI基材上进行埋嵌电阻的制作时，等离子处理的效果更好。并且使用等离子处理过的基材表面具有一定的活化官能团，从而有助于制作埋嵌电阻的化学反应。制作电阻层，经过等离子处理的基材表面，在经过退膜工序后，镍磷电阻层与基材表面的结合力完好无损；而没有经过等离子处理的基材表面，在经过退膜工序后，镍磷电阻层不能与基材很好的结合，电阻层几乎全部脱落。

3.3等离子清洗微小孔作用

随着HDI板孔径的微小化，传统的化学清洗工艺已不能满足盲孔结构的清洗，液体表面张力使药液渗透进孔内有困难，特别是在处理激光钻微盲孔板时，可靠性不好。目前应用于微埋盲孔的孔清洗工艺主要有超生波清洗和等离子体清洗，超声波清洗主要依据空化效应来达到清洗的目的，属于湿法处理，清洗时间较长，且依赖于清洗液的去污性能，增加了对废液的处理问题。现阶段普遍应用的工艺主要为等离子体清洗工艺，等离子体处理工艺简单，对环境友好，清洗效果明显，针对盲孔结构非常有效。

等离子体清洗是指高度活化的等离子体在电场的作用下发生定向移动，与孔壁的钻污发生气固化学反应，同时生成的气体产物和部分未发生反应的粒子被抽气泵排出。等离子体在HDI板盲孔清洗时一般分为三步处理，第一阶段用高纯的N2产生等离子体，同时预热印制板，使高分子材料处于一定的活化态；第二阶段以O2、CF4为原始气体，混合后产生O、F等离子体，与丙烯酸、PI、FR4、玻璃纤维等反应，达到去钻污的目的；第三阶段采用O2为原始气体，生成的等离子体与反应残余物使孔壁清洁。在等离子清洗过程中，除发生等离子化学反应，等离子体还与材料表面发生物理反应。等离子体粒子将材料表面的原子或附着材料表面的原子打掉，有利于清洗蚀刻反应。使用等离子清洗与未使用等离子清洗的埋孔(孔径：0.15mm)电镀金相切片图如图4所示：

随着材料和技术的发展，埋盲孔结构的实现将越来越小，越来越精细化；在对盲孔进行电镀填孔时，使用传统的化学除胶渣方法将会越来越困难，而等离子处理的清洗方法能够很好地克服湿法除胶渣的缺点，能够达到对盲孔以及微小孔的较好清洗作用，从而能够保证在盲孔电镀填孔时达到良好的效果。

三、结束语

随着PCB的工艺技术的发展，刚挠结合印制线路板将会是今后的主要发展方向，而等离子处理工艺在刚挠结合印制线路板的孔清洗生产中将会发挥越来越重要的作用。随着挠性印制电路板以及刚挠结合印制线路板需求量的增加，在今后的工艺生产中会越来越多地用到等离子体处理工艺。等离子处理工艺将会成为影响刚挠结合印制线路板镀孔效果优劣的关键因素，因此，必须要对等离子处理工艺进行研究，并进一步优化等离子处理的工艺参数。