CN113996602A - 一种印制电路板的孔道钻污清洗方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种印制电路板的孔道钻污清洗方法，包括以下步骤：1）先固定印制电路板与喷射设备的喷嘴出口处的喷射距离和喷射角度，维持喷射压力稳定；2）将磨料粒子加入喷射设备内，然后加速喷射至印制电路板表面孔道内进行钻污清洗，并控制喷射清洗时间，清洗完毕后使用去离子水除去残余的磨料粒子，自然风干。本发明所用磨料为无毒的碳酸氢钠微晶体粒子，清洗效果优异，对金属覆铜表面无损伤，无需使用危险化学试剂，设备成本低、操作安全、耗能低、工艺环保；在印制电路板孔道钻污清洗应用中，碳酸氢钠微晶体粒子喷射可减少清洗前所需的表面预洗和遮蔽；无论是磨料还是喷射装备价格都远低于等离子清洗技术与激光清洗技术。
Description
技术领域
本发明属于印制电路板清洗领域，尤其涉及一种印制电路板的孔道钻污清洗的方法。
背景技术
近年来，电子产品的发展不断沿着“微而轻”的方向前进，印制电路板作为电子产品的核心器件也得到了微型化发展。印制电路板的制作过程关键的步骤为激光钻孔工艺与镀铜工艺，而在激光钻孔加工过程中，由于钻孔加工过程中高温导致聚合物软化而形成聚合物毛刺与聚合物残渣等一系列钻污，钻污的覆盖会屏蔽内层回路与通孔之间的连接。如果钻污清洗不彻底，会导致后续的镀铜工艺无法达标，导致印制电路板失效。因此，为了提升印制电路板内层连接的可靠性，必须去除钻孔内的聚合物钻污。
目前生产工艺上清洗钻污的方法主要包括化学清洗法与物理清洗法。化学清洗法主要是高锰酸钾溶胀法，物理清洗法主要包括等离子清洗法与激光清洗法。
CN102438405A中公布了一种使用高锰酸钾去污液清洗印制电路板中聚合物钻污的方法，该方法主要包含三个步骤：先使用聚合物溶胀剂使得聚酰亚胺、丙烯酸树脂和环氧树脂等钻污溶胀，再使用高锰酸钾氧化裂解聚合物，最后使用硫酸-草酸钠体系去除高锰酸钾残留液。该方法中残留的高锰酸钾溶液会导致后续的电镀工艺中镀层发生空洞，并使镀层的剥离强度下降，影响印制电路板的质量。该方法涉及多种强酸性、强碱性及强氧化性试剂，存在操作安全风险，产生大量的危废且后续废液处理成本较高，不符合印制电路板行业的绿色发展方向。
CN103281878A中公布了一种使用等离子清洗技术清洗印制电路板孔道中残留物的方法，该方法主要使用等离子清洗机将CF4\N2\O2气体搭配组合，激发至等离子浆态，气体分子电离产生的等离子在电场作用下高速运动，通过对材料表面进行物理碰撞实现孔道清洗去污。该方法设备投资费用大，孔壁表面易钝化，与化学镀层粘合度较差。
CN109092804A中公布了一种使用激光清洗技术清洗印制电路板孔道中残留物的方法，该方法主要使用计算机控制操作系统控制激光清洗头对印制电路板进行扫描清洗，激光的热作用可使印制电路板表面的孔道钻污吸收热量瞬间溶化或汽化。该方法中设备前期投资费用较大，清洗过程耗能较大，若激光强度控制不当易导致基底材料损坏，从而导致印制电路板性能退化。
上述技术中，印制电路板的孔道钻污清洗方法主要存在设备投资费用较大、化学试剂需求较高、废液处理成本较高、设备耗能较大等缺点。主要原因在于印制电路板的孔道钻污清洗技术存在发展壁垒，清洗工艺不够成熟。
因此，急需一种设备成本较低、操作较安全、耗能较低、工艺较环保的印制电路板孔道钻污清洗技术。
发明内容
发明目的：为了解决上述技术问题，本发明提供了一种设备成本低、操作安全、耗能低、工艺环保的印制电路板孔道钻污清洗方法。
技术方案：为了解决上述技术问题，本发明提供了一种印制电路板的孔道钻污清洗方法，包括以下步骤：
1)先固定印制电路板与喷射设备的喷嘴出口处的喷射距离和喷射角度，维持喷射压力稳定；
2)将磨料粒子加入喷射设备内，然后加速喷射至印制电路板表面孔道内进行钻污清洗，并控制喷射清洗时间，清洗完毕后使用去离子水除去残余的磨料粒子，自然风干，所述钻污为激光钻孔加工过程中高温形成的聚合物残渣。
本发明清洗方法通过进一步设置特定的喷射距离、喷射角度、喷射压力和喷射清洗时间等清洗工艺参数，提升了清洗效率，保证了清洗效果。
其中，步骤1)中所述印制电路板的孔道为印制电路板表面的盲孔与通孔。
其中，步骤1)中所述喷施设备的喷嘴直径为0.5mm～2mm。
其中，步骤1)中所述喷施设备的喷嘴与印制电路板表面的喷射距离为0.5～5.0cm。
其中，步骤1)中所述喷施设备的喷射角度为45°～90°。
其中，步骤1)中所述喷施设备的喷射压力为0.2Mpa～0.6Mpa。
其中，步骤2)中喷射清洗时间为2s～30s。
其中，步骤2)中所述磨料粒子为碳酸氢钠微晶体粒子。
其中，步骤2)中所述碳酸氢钠微晶体粒子目数为170目～350目。
本发明使用碳酸氢钠作为磨料，其具有众多优势。首先，碳酸氢钠微晶体粒子硬度适中，莫氏硬度为2.0-3.0，低于传统喷砂的刚玉、玻璃珠等硬磨料(莫氏硬度大于7)，因而喷射时对印制电路板产生的损伤较小；其次，碳酸氢钠微晶体粒子密度较大，尽管其硬度甚至小于核桃砂、淀粉粒子、塑料粒子(莫氏硬度3.0～3.5)等软磨料，但密度(2.2)却高于这些软磨料(小于1.5)，使得它在喷射时产生更高的冲击动能，清洗效率较高；另外，碳酸氢钠微晶体粒子脆性较大，被喷射至被清洁物表面时撞击破裂，磨料碎片的能量会沿着材料表面分散，因此它对材料表面的冲击损伤较小，能够适用于印制电路板表面孔道的精细化清洗；而且，碳酸氢钠微晶体粒子为无机盐，本身就是一种灭火剂，不会像塑料、淀粉等有机粒子磨料易产生静电和尘爆，因此在清洗作业时无需昂贵的防尘爆装置；最后，碳酸氢钠可溶于水且无毒，喷射过程中不产生新的废料，无后续环保压力，废水处理装置可与传统废水处理厂兼容，粉末回收后可通过再结晶回收制备成磨料重复使用，无需其它喷射技术所需要的废磨料与涂料碎片的分离、回收及处理等复杂系统。
反应机理：本发明的碳酸氢钠微晶体粒子脆性较大，当其作为磨料被加速喷射至印制电路板表面孔道内时，会产生撞击并破裂，具有一定速度的磨料粒子会通过孔内碰撞震荡、切削、磨削和耕犁作用产生较大的剪切应力，使得高温形成的聚合物毛刺残渣与孔道内壁之间的联结应力降低，并被后续的磨料粒子撞击去除。磨料碎片的能量会沿着孔道内壁表面分散，因此它对基材表面的冲击损伤较小，能够适用于印制电路板表面孔道的精细化清洗。
有益效果：本发明的印制电路板孔道钻污清洗方法，其工艺优点如下：使用物理清洗方法，所用磨料为无毒的碳酸氢钠微晶体粒子，清洗效果优异，对金属覆铜表面无损伤，无需使用危险化学试剂，设备成本低、操作安全、耗能低、工艺环保；在印制电路板孔道钻污清洗应用中，碳酸氢钠微晶体粒子喷射可减少清洗前所需的表面预洗和遮蔽；无论是磨料还是喷射装备价格都远低于等离子清洗技术与激光清洗技术。因此，该技术具备“高效、无损、安全、环保”的特征，现有任何一种印制电路板孔道钻污清洗技术都难以达到这一综合优势。
附图说明
图1为印制电路板结构示意图；
图2为实施例1中碳酸氢钠微晶体粒子喷射清洗印制电路板前后SEM对比图；图2a清洗前的印制电路板盲孔截面SEM图；图2b清洗前的印制电路板盲孔底部表面SEM图；图2c清洗前的印制电路板盲孔底部表面SEM局部放大图；图2d清洗后的印制电路板盲孔截面SEM图；图2e清洗后的印制电路板盲孔底部表面SEM图；图2f清洗后的印制电路板盲孔底部表面SEM局部放大图；
图3为实施例2中碳酸氢钠微晶体粒子喷射清洗印制电路板前后显微对比图；图3a清洗前的印制电路板表面显微图；图3b清洗后的印制电路板表面显微图；
图4为对比例1中刚玉磨料喷射清洗印制电路板前后显微对比图；图4a清洗前的印制电路板表面显微图；图4b清洗后的印制电路板表面显微图；
图5为对比例2中玻璃珠磨料喷射清洗印制电路板前后显微对比图；图5a清洗前的印制电路板表面显微图；图5b清洗后的印制电路板表面显微图；
图6为对比例3中碳酸氢钠微晶体粒子喷射清洗印制电路板前后显微对比图；图6a清洗前的印制电路板表面显微图；图6b清洗后的印制电路板表面显微图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1
调节印制电路板与喷射设备(如喷射枪)喷嘴出口处之间的喷射距离为1cm，所用喷嘴的直径为0.5mm，印制电路板与喷嘴之间的喷射角度为90°，以压缩空气为动力，维持喷射压力稳定至0.3Mpa，将规格为325目的碳酸氢钠微晶体粒子加速，采用机械喷射方式将碳酸氢钠微晶体粒子喷射至印制电路板表面孔道内进行钻污清洗，并控制喷射清洗时间为10s。清洗完毕后使用去离子水除去残余的磨料粒子，自然风干。使用扫描电子显微镜与能谱仪进行清洗效果表征。经过SEM对比发现清洗后盲孔内壁与盲孔底部表面的聚合物毛刺等钻污被完全去除。使用能谱仪对盲孔底部表面进行了清洗前后的元素含量对比分析，结果发现C含量由5.05％降至0.00％、O含量由4.29％降至0.77％，Cu含量由86.84％提升至98.52％，说明钻污清洗完全、清洗效果显著。图2为实施例1中碳酸氢钠微晶体粒子喷射清洗印制电路板盲孔前后SEM对比图，表1为实施例1中碳酸氢钠微晶体粒子喷射清洗印制电路板盲孔底部表面前后元素含量对比。
表1 实施例1中碳酸氢钠微晶体粒子喷射清洗印制电路板盲孔底部表面前后元素含量对比
实施例2
调节印制电路板与喷射设备喷嘴出口处之间的喷射距离为1.5cm，所用喷嘴的直径为1mm，印制电路板表面与喷嘴之间的喷射角度为90°，以压缩空气为动力，维持喷射压力稳定至0.4Mpa，将规格为170目的碳酸氢钠微晶体粒子加速，采用机械喷射方式将碳酸氢钠微晶体粒子喷射至印制电路板表面孔道内进行钻污清洗，并控制喷射清洗时间为20s。清洗完毕后使用去离子水除去残余的磨料粒子，自然风干。使用电子显微镜进行清洗效果表征。经过显微对比发现，清洗后盲孔内壁与盲孔底部表面的聚合物毛刺等钻污被完全去除，清洗效果显著。图3为实施例2中碳酸氢钠微晶体粒子喷射清洗印制电路板盲孔前后显微对比图。
实施例3
调节印制电路板与喷射设备喷嘴出口处之间的喷射距离为2cm，所用喷嘴的直径为1mm，印制电路板表面与喷嘴之间的喷射角度为60°，以压缩空气为动力，维持喷射压力稳定至0.6Mpa，将规格为250目的碳酸氢钠微晶体粒子加速，采用机械喷射方式将碳酸氢钠微晶体粒子喷射至印制电路板表面孔道内进行钻污清洗，并控制喷射清洗时间为15s。清洗完毕后使用去离子水除去残余的磨料粒子，自然风干。清洗后盲孔内壁与盲孔底部表面的聚合物毛刺等钻污被完全去除，清洗效果显著。
对比例1
调节印制电路板与喷射设备(如喷射枪)喷嘴出口处之间的喷射距离为1cm，所用喷嘴的直径为0.5mm，印制电路板与喷嘴之间的喷射角度为90°，以压缩空气为动力，维持喷射压力稳定至0.3Mpa，将规格为325目的刚玉磨料粒子加速，采用机械喷射方式将刚玉磨料粒子喷射至印制电路板表面孔道内进行钻污清洗，并控制喷射清洗时间为10s。清洗完毕后使用去离子水除去残余的磨料粒子，自然风干。使用显微镜进行清洗效果表征。经过显微对比发现，清洗后盲孔直径明显变大，且有中间层聚合物裸漏，说明该清洗方法对于金属铜表面具有较大的破坏性，清洗效果不佳。图4为对比例1中刚玉磨料喷射清洗印制电路板盲孔前后显微对比图。
对比例2
调节印制电路板与喷射设备(如喷射枪)喷嘴出口处之间的喷射距离为1cm，所用喷嘴的直径为0.5mm，印制电路板与喷嘴之间的喷射角度为90°，以压缩空气为动力，维持喷射压力稳定至0.3Mpa，将规格为325目的玻璃珠磨料粒子加速，采用机械喷射方式将玻璃珠磨料粒子喷射至印制电路板表面孔道内进行钻污清洗，并控制喷射清洗时间为10s。清洗完毕后使用去离子水除去残余的磨料粒子，自然风干。经过显微对比发现，清洗后盲孔直径明显变大，且有中间层聚合物裸漏，说明该清洗方法对于金属铜表面具有较大的破坏性，清洗效果不佳。图5为对比例2中玻璃珠磨料喷射清洗印制电路板盲孔前后显微对比图。
对比例3
调节印制电路板与喷射设备(如喷射枪)喷嘴出口处之间的喷射距离为1cm，所用喷嘴的直径为0.5mm，印制电路板与喷嘴之间的喷射角度为90°，以压缩空气为动力，维持喷射压力稳定至1.0Mpa，将规格为325目的碳酸氢钠磨料粒子加速，采用机械喷射方式将碳酸氢钠磨料粒子喷射至印制电路板表面孔道内进行钻污清洗，并控制喷射清洗时间为60s。清洗完毕后使用去离子水除去残余的磨料粒子，自然风干。使用显微镜与能谱仪进行清洗效果表征。使用能谱仪对盲孔底部表面进行了清洗前后的元素含量对比分析，结果发现C含量由6.83％降至2.77％、O含量由18.09％降至2.95％，Cu含量由63.78％提升至95.98％，说明钻污清洗完全、清洗效果显著。经过显微对比发现清洗后盲孔内的聚合物残渣等钻污被完全去除，但盲孔直径略微扩大，说明喷射压力过大、喷射时间过长会导致印制电路板盲孔表面受损。图6为对比例3中碳酸氢钠微晶体粒子喷射清洗印制电路板盲孔前后显微对比图。表2为对比例3中碳酸氢钠微晶体粒子喷射清洗印制电路板盲孔底部表面前后元素含量对比。
表2 对比例3中碳酸氢钠微晶体粒子喷射清洗印制电路板盲孔底部表面前后元素含量对比
对比例4
调节印制电路板与喷射设备(如喷射枪)喷嘴出口处之间的喷射距离为1cm，所用喷嘴的直径为0.5mm，印制电路板与喷嘴之间的喷射角度为90°，以压缩空气为动力，维持喷射压力稳定至0.3Mpa，将规格为500目的碳酸氢钠微晶体粒子加速，采用机械喷射方式将碳酸氢钠微晶体粒子喷射至印制电路板表面孔道内进行钻污清洗，并控制喷射清洗时间为10s。清洗完毕后使用去离子水除去残余的磨料粒子，自然风干。使用能谱仪进行清洗效果表征。使用能谱仪对盲孔底部表面进行了清洗前后的元素含量对比分析，结果发现C含量由6.83％降至5.05％、O含量由18.09％降至4.29％，Cu含量由63.78％提升至86.84％，说明钻污清洗尚未完全、清洗效果不明显。经过显微对比发现清洗后盲孔内的聚合物残渣等钻污未被完全去除，说明在相同的工艺条件下，碳酸氢钠微晶体粒子磨料的颗粒过小(目数过大)会降低清洗效果，导致印制电路板表面清洗不完全。表3为对比例4中碳酸氢钠微晶体粒子喷射清洗印制电路板盲孔底部表面前后元素含量对比。
表3 对比例4中碳酸氢钠微晶体粒子喷射清洗印制电路板盲孔底部表面前后元素含量对比
Claims (9)
1.一种印制电路板的孔道钻污清洗方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）先固定印制电路板与喷射设备的喷嘴出口处的喷射距离和喷射角度，维持喷射压力稳定；
2）将磨料粒子加入喷射设备内，然后加速喷射至印制电路板表面孔道内进行钻污清洗，并控制喷射清洗时间，清洗完毕后使用去离子水除去残余的磨料粒子，自然风干，所述钻污为激光钻孔加工过程中高温形成的聚合物残渣。
2.根据权利要求1所述的印制电路板的孔道钻污清洗方法，其特征在于，步骤1）中所述印制电路板的孔道为印制电路板表面的盲孔与通孔。
3.根据权利要求1所述的印制电路板的孔道钻污清洗方法，其特征在于，步骤1）中所述喷射设备的喷嘴直径为0.5mm~2mm。
4.根据权利要求1所述的印制电路板的孔道钻污清洗方法，其特征在于，步骤1）中所述喷射设备的喷嘴与印制电路板表面的喷射距离为0.5~5.0cm。
5.根据权利要求1所述的印制电路板的孔道钻污清洗方法，其特征在于，步骤1）中所述喷射设备的喷射角度为45°~90°。
6.根据权利要求1所述的印制电路板的孔道钻污清洗方法，其特征在于，步骤1）中所述喷射设备的喷射压力为0.2Mpa~0.6 Mpa。
7.根据权利要求1所述的印制电路板的孔道钻污清洗方法，其特征在于，步骤2）中喷射清洗时间为2s~30s。
8.根据权利要求1所述的印制电路板的孔道钻污清洗方法，其特征在于，步骤2）中所述磨料粒子为碳酸氢钠微晶体粒子。
9.根据权利要求8所述的印制电路板的孔道钻污清洗方法，其特征在于，步骤2）中所述碳酸氢钠微晶体粒子目数为170目~350目。
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