PCB显影不净之探究

程 静 吴培常 张 卫（广东成德电路股份有限公司，广东 佛山 528300）

PCB显影不净之探究

程 静 吴培常 张 卫
（广东成德电路股份有限公司，广东 佛山 528300）

放弃在庞杂的环境中分析造成显影不净的原因，而是仅就显影不净与PH值（碳酸钠浓度）进行客观的分析，它揭示显影不净的根本原因不在于后期PH值（碳酸钠浓度），而是跟显影剂的阻焊油墨和干膜负载量相关联。分析碳酸钠浓度、比重、PH值作为补加药水的各种有利和不利因素，阐述PH值作为自动补加药水的可行性。

曝光；显影；pH值

光致成像是对涂覆在PCB基材上的光致抗蚀剂进行曝光，使其硬度、附着力、溶解性与物理性质发生变化，再经过显影形成图像的一种方法，它是现代印制电路业的基石，而光致抗蚀干膜则以其工艺流程简单，对洁净度要求不高和容易操作等特点，自问世以来，备受电路板制作商的青睐，几经改进和发展，终成为FPC、HDI板、多层板、软硬结合板行业图形转移的主流工艺之一，下面（如开缸时碳酸钠浓度、PH值、温度、跑速、喷淋压力、喷嘴良好、日产量300 m2～ 350 m2、阻焊显影缸体积840 L、干膜显影缸体积450 L、上游工序如曝光、烤板都符合工艺要求前提下）仅就显影机理异同和出现显影不净的问题做个专题分析。

1 干膜显影

显影机理是利用Na2CO3与光致抗蚀剂中未曝光部分的活性基团有机羧基（如茚酸化合物）起复分解反应，生成可溶性的有机盐，而曝光部分的干膜不发生溶解，机理如下式：

2 阻焊显影

阻焊油墨的曝光部分油墨在PCB上光固交联。未曝光部分油墨中的羧基经碳酸钠显影加以去除，其反应机理如下式：

可见，它们的机理相通，都是跟有机物里的羧基反应，生成溶于水的物质，这样就可以合并在一起进行模拟，模拟是以pH值变化为基准，以0.2 mol/L的盐酸消耗量代替实物阻焊油墨和干膜（试验条件：温度为25 ℃；用料：碳酸钠分析纯，纯度为99.98%：试验仪表器皿：分析天平精度为0.001 g，玻璃器皿是1000 ml容量瓶，数量10个），试验数据如表1。

表1 碳酸钠消耗量与pH测量值一览表（以浓度1.000g/L碳酸钠做实验）

从表1可以看出，阻焊油墨、干膜中酸性药膏的消耗与pH值的降低呈线性关系，即每消耗0.1 ml/L的酸性药膏，pH值将降低0.0188个单位，

欲求参数 ，只须对上式平方相减后取偏导数，令其等于零，有：

代值后，有：

最后有：y(pH值)=-0.18x+16.06，其显影负载曲线如图1。

图1 显影负载曲线图

上述结论是在实验室（各种条件可控）的理想状态下得出，那么生产线的现状又是如何呢？为此我们跟紧阻焊显影、干膜显影的步伐，分别做了为期7天的试验，每天数值基本相似，其中3天试验测量数据如表2与表3。

表2 阻焊显影缸密度与pH值一览表

表3 干膜显影缸密度与pH值一览表

不论是干膜显影还是阻焊显影数据显示一个惊人的事实，即把显影剂的pH与时间对比一下，可以得出一个近似等差数列，这意味着碳酸钠的浓度与时间是呈指数衰减，而浓度与时间呈指数衰减的正是一级反应的特点，由此可做进一步的简化，虽然显影剂的显影反应机理很复杂，可能不是一级反应，但其碳酸钠浓度演化过程还可以是一级反应来描述的。另外把实验室数据（包括理论值）和生产线的数据对比，发现后者的pH值在同一碳酸钠浓度下，会有所偏低，而这种偏离，不会改变浓度-pH值曲线图的类型，只是把原有的曲线图提升和变通一下罢了，其结论对生产线仍然有效的。至于比重-时间的演化则完全是无序，不存在所谓的对应关系，这种无序性，反映阻焊油墨、干膜在显影剂中溶解的复杂性，试图对其作一番模拟的尝试看来是不可能的，当然不能作为补加药水的依据喔。那么碳酸钠浓度呢，由于测量的误差，谁也不敢保证自己测量是准确的，因为多滴一点少滴一点是难以避免的，就是同一人测量，第一次和第二次也有不同。由于显影剂里混有油墨杂质，如果不事先用滤纸过滤显影剂里的杂质，指示剂无法显示滴定终点，当然就测不出碳酸钠的浓度，在这种情况下，pH值不同，它能灵敏反映显影剂里碳酸钠浓度的变化，且随时都能准确测量，用pH值作为补加药水当然就可靠多了。这可以从碳酸钠与时间的演化曲线图看出，在碳酸钠与时间的演化曲线图中，如果做pH=10.75和pH=10.25（对应下的碳酸钠）等pH线，截取以上各曲线，将会发现在等pH线上，交点的推移状态，这种推移就是我们最佳的补加时刻！而对应的截距为最佳的补加量！同时也说明以pH值作为补加药水的可行性，控制显影剂的pH值，也就控制了药水的浓度了。

显影剂里的油墨、干膜杂质，才是最头疼的问题，有资料显示，即使控制了碳酸钠浓度和pH值，也难保不出现显影不净，除非用0.1 µm的超滤膜将油墨、干膜杂质滤掉，才能真正做到减小显影剂的有效负荷，不如此，一旦出现显影不净，单单靠补加药，效果难免有些不如人意的了。

如果把阻焊显影的PH值和和干膜显影的PH值下降幅度对比一下，发现后者的下降幅度大约是前者的两倍，说明干膜分子的羧基个数是阻焊油墨分子的羧基个数是2:1或显影缸的体积是2:1关系，事实上我们否定了前者，而肯定了后者840L:450L≈2:1，碳酸钠浓度随时间的演化图如图3。

图2 阻焊显影剂里碳酸钠浓度随时间的演化曲线图

图3 干膜显影剂里碳酸钠浓度随时间的演化曲线图

总而言之，不论是阻焊显影还是干膜显影，其后期的显影效果跟后期碳酸钠浓度、后期pH值关系似乎不大，而跟显影缸的体积和羧基在干膜或油墨分子中空间构象、位阻、交联度、分子的缔合情况及羧基的个数有关，要从根本解决显影不净，还得从阻焊油墨、干膜自身的性质着手较好。

而结论是在开缸时碳酸钠浓度、pH值、温度、跑速、喷淋压力、喷嘴良好、日产量300 m2～ 350 m2、阻焊显影缸体积840 L、干膜显影缸体积450 L、上游工序如曝光、烤板都符合工艺要求前提下得到的。生产工艺原样如下。

3 阻焊显影参数及操作条件（表4）

4 干膜显影参数及操作条件（表5）

5 质量事故及改善措施

（1）阻焊显影（表6）

（2）干膜前处理段（表7）

表4

表5

表6

表7

续表7

（3）贴膜、曝光、显影段（表8）

表8

续表8

[1]赵振国主编. 应用胶体与界面化学[M]. 化学工业出版社.

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[3]潘祖仁主编. 高分子化学(增强版)[M]. 化学工业出版社.

[4]周敏主编. 最新印制电路设计制作工艺与故障诊断、排除技术实用手册. 吉林音像出版社.

程静，理学硕士，时至今日已获得国家发明专利5个，发表数学论文有《咖罗瓦理论初探》、《冗余对信号重构的作用》、《分解矩阵与编程》、《实数阶微积分导论》，化学论文有《分形在催化中的应用》、《动力系统与化学反应》、《印制线路板镀铜面OSP抗氧化处理与应用》。

图7 全球压延铜箔销售统计及预测

参考文献

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作者简介

刘建广，长期从事铜箔工艺研究、设备设计、生产管理工作。

Research of the PCBs under-development

CHEN Jing WU Pei-chang ZHANG Wei

This paper gave up analyzing under-development in a disorder environment , but focused on actual analysis only on PH value(concentration of sodium carbonate). It revealed that under-development basic reason is not anaphasic PH value (concentration of sodium carbonate), but is load quantity of solder mask or film in development. It analyzed the concentration of sodium carbonate, specific gravity of development, PH value to add development of all kinds of advantage reasons and disadvantage reasons, elaborated the possibility that we can automatically add chemical by PH value.

Exposure; Development; PH Value

TN41

：A

1009-0096（2015）02-0058-06