高錳酸鉀在PCB電路板除膠渣中的應用及注意事項

高錳酸鉀除膠渣藥水是目前業界應用最為廣泛的除膠劑，以下簡介高錳酸鉀除膠劑的相關知識：

簡單的工藝流程：

膨松或溶脹----二級逆流漂洗------高錳酸鉀除膠劑----回收熱純水洗---二級逆流漂洗----中和----二級逆流漂洗

一、蓬松劑介紹

蓬松劑要選擇與環氧樹脂具有相同極性（polarity）的類似組成的有機溶劑。

1.1 膨松化程度：

膨松化程度與彭松化溶劑的選擇的類型，環氧樹脂聚合化交聯的程度以及環氧樹脂交聯間接的長度都有關系。

1.2 蓬松的目的：

蓬松劑中添加膨松化溶劑solvent的功能，特點，目的有以下幾點：

①除去鉆孔碎屑及類似機械污染物

②均勻的膨松軟化基材孔壁

③提供高錳酸鉀粗化基材性質的起始劑；

④熔點高于100度；

⑤廢水處理容易；

⑥必須不會溶解樹脂；

⑦可以被高錳酸鉀氧化分解而不會殘留在板面孔壁上；

1.3 膨松劑的常見組成成分：

氫氧化鈉

蓬松劑

粗化起始劑

1.4蓬松劑的分類：

①酰胺類（ancide）：

例：二甲基甲酰胺DMF，也用于環氧樹脂基板制造的有機溶劑；該溶劑的操作溫度低，一般在35----40度左右，多采用原裝溶液，具有較強的滲透能力，但是沒有有效的分析方法；生產添加補充直接添加原裝的濃縮液，主要的消耗損失為帶出損失（drag-out）。

②醇醚類：glycol ether

例：二乙基乙醇單丁醚，是丁基溶纖素的一種，須加入適量的氫氧化鈉以維持其堿度，并混合一定比例的水分；對樹脂的滲透力較為溫和，可以通過有效的分析控制，是市場上使用較為廣泛的一種溶劑。

二、高錳酸鉀除膠劑

2.1 高錳酸鉀除膠其實無論在酸性中性還是堿性條件下都可以，只是在酸性條件下反應的副產物為二價錳，反應太快不易控制，同時會攻擊銅箔；在堿性條件下主要是錳酸鉀，同時錳酸鉀可以通過電解/化學再生，3kg的錳酸鉀可電解再生成2.5kg的高錳酸鉀，相對較為經濟，且維護較為簡單。

2.2 高錳酸鉀除膠劑常見配方：

高錳酸鉀或高錳酸鈉，

氫氧化鈉或氫氧化鉀；

潤濕劑；

高錳酸根穩定劑；

ph緩沖劑等；

高錳酸鉀本身受熱易分解，在生產過程中，高錳酸鉀會分解為錳酸鉀或二氧化錳。

錳酸鉀的存在會污染槽液，大大降低槽液的壽命，同時也會影響去鉆污/除膠渣的效果，一般要控制錳酸鉀的含量在25克/升以下，采用再生或定期的翻槽過濾。

2.3 高錳酸鉀再生方法：

再生的方法有兩種：電解再生和化學再生；

電流150A 電壓6—10V 作業溫度在70度以上，效率一般在83.3%左右，可將3克錳酸鉀電解再生為2.5克高錳酸鉀，氫氧化鈉的濃度一般維持32---50克/升（0.8---1.25N）

化學再生有兩種：化學再生鹽和液體再生劑，一般多時強氧化劑如次氯酸鈉。

2.4 高錳酸鉀除膠/去鉆污的速率取決于以下的因素：

①高錳酸根的濃度

②氫氧根的濃度

③操作的溫度

④浸漬反應的時間

⑤錳酸根的濃度

⑥蓬松劑軟化的程度

⑦基材的組成和樹脂類型

⑧基板壓合條件及聚合程度

經過高錳酸鉀氧化處理后不僅可以有效的去除孔壁的樹脂膠渣，同時也可有效的微粗化孔壁樹脂的表面，經過錳酸鉀處理后的表面，在sem電鏡下觀察，樹脂表面呈復式的蜂巢式結構，大大增加了孔壁表面的表面能，大大增加了后續膠體鈀的吸附量，使化學銅的沉積更加致密，結合力更加優良，大大減少了孔壁分離的出現，同時有數據表明，經過高錳酸鉀處理后的孔壁化學銅的沉積量大約增加了30—50%。

2.5 高錳酸鉀除膠注意事項：

生產中要嚴密注意槽液的顏色變化：板子表面留下的槽液的顏色入圍紫紅色，說明槽液正常；紫黑紅或紫綠色，說明錳酸鉀偏高；

槽液液面上若有黑色的膜狀物存在，說明高錳酸鉀分解嚴重，檢查再生系統有無故障；也可以補加少量的除膠劑，注意不是高錳酸鉀，供應商提供的除膠劑一般有PH緩沖劑如磷酸三鈉等，高錳酸鉀穩定劑和表面活性劑---潤濕劑，因為處理槽液的溫度較高，一般多采用氟系表面的活化劑，可以有效的耐高溫，同時潤濕效果較佳；

槽液的比重一般在27波美度以下（≤1.23）

三、高錳酸根的中和或還原

通過有機的或無機的還原劑將高錳酸根，錳酸根，和二氧化錳還原成可溶性的二價錳離子。

一般情況下還原劑多是在中性或酸性條件下，主要的還原劑大致有以下幾種：

①無機還原劑：如硫酸氫銨，高溫操作約在50度左右，，酸度在10%硫酸，但是對于黑化的多層板來講，比較容易出現粉紅圈的缺陷，并會與板面嫩層銅箔形成錯合物；

②有機醛類：如乙二醛，羥基乙酸，羥基胺硫酸等，操作溫度較低，一般在30—40度左右，酸度相對較低，一般硫酸在5%；反應速度較慢；

③硫酸雙氧水系統：反應速度較快，會產生氫氣，須添加雙氧水穩定劑，黑化層保護劑以預防粉紅圈的產生。

長期使用后，槽液的顏色會變為綠色，主要是二價錳的顏色，高錳酸鉀制程的優點：堿性槽液不會浸蝕樹脂和玻璃纖維之間的硅類的化合物，同時也不會形成環氧樹脂玻璃纖維板中玻璃纖維束中滲銅現象wicking;

高錳酸鉀舊槽液比重在24波美度以上時，在處理多層板，厚板或二次去鉆污的板件時，內層可能會出現結合不良的狀況，但是孔壁結合力會良好而無異常，因此要注意控制，主要的原因：孔壁呈微弱負電性，基材銅箔呈微弱的正電性，而樹脂溶膠溶解在槽液內也是呈微弱負電性的溶膠，容易吸附在銅面上，所以內層會吸附一層薄薄的溶膠層，從而對多層板的內層連接產生可靠性的影響。

高錳酸鉀去鉆污體系相對其他系統的除膠系統來講，槽液的控制性較為容易，水洗性能也非常不錯，在槽液使用的壽命方面使用電解再生后，一般的槽液壽命大約在1000平方英尺/加侖（約24.2平方米/升槽液，在成本方面，高錳酸鉀的除膠成本為幾大系統中最低，總的成本約1元/平方尺；另外高錳酸鉀除膠體系中高錳酸鉀的濃度不宜超過60克/升，否則溫度下降后會在槽底結晶形成沉淀。

采用電解再生，一般參數如下：

電流150A 電壓6—10V 作業溫度在70度以上，效率一般在83.3%左右，可將3克錳酸鉀電解再生為2.5克高錳酸鉀，氫氧化鈉的濃度一般維持32---50克/升（0.8---1.25N）

四、常見除膠渣問題與解決方法

1、去鉆污不凈

可能的原因：解決方法

①鉆孔產生的鉆污過多 檢查調整鉆孔的參數改善鉆孔條件狀況

②槽液的活性差 或溫度低 檢查加熱系統，提高槽液溫度

③膨松處理不足溫度強度堿度時間 分析調整槽液并檢查溫度

④除膠槽副產物過多 檢查槽液比重，如果高需要及時換槽

⑤基材本身具有不易反應的成分 增加溶脹時間，提高高錳酸鉀處理時間溫度

⑥膨松或高錳酸鉀槽循環差或機械搖擺差，

2、除膠過度：

①高錳酸鉀濃度偏高 加水稀釋

②膨松時間過長 減少處理時間和槽液溫度

③基材中具有較易反應的成分或固化不良 減少高錳酸鉀時間和溫度，加強基板的烘烤

3、環氧樹脂表面空洞（樹脂下陷或收縮）

①中和液濃度不足或副產物過多 添加或更換中和槽

②高錳酸鉀槽液活性差 分析槽液濃度并調整，加強再生，提高溫度

4、玻璃纖維束中有空洞

①中和酸度過低 分析調整

②中和液的副產物過多 更換

5、孔壁側面有空洞

①中和液的酸度過低 分析調整

②高錳酸鉀濃度不對 分析調整加強再生

堿度過低

活性差

溫度低

6、玻璃纖維截點以及玻璃纖維斷面處出現空洞

①鉆孔不良，鉆頭鈍或參數鉆速過低 改善鉆孔質量或品質

②處鉆污過度，暴露出玻纖束之截斷點 調整除膠工藝

7、氧化殘余物未去除干凈

①中和操作參數不對 檢查溫度濃度強度和使用時間

②中和失效或污染帶入 更換并檢查水洗

③溫度不足 提高溫度

8、在內層銅箔附近有楔形空洞

①膨松過度而除膠時間相對不足 檢查膨松溫度堿度濃度調整和除膠槽

②膨松與基材不匹配 采用適當的蓬松劑

六、 除膠渣質量控制方法

1、去鉆污厚度試片法：

取常用的環氧基材蝕刻除去表面銅箔，裁成6x10的片子，用細砂紙打磨板邊，實驗時先經過烘烤處理（150度30分鐘左右）后稱重；經過完整去鉆污處理后水洗取出，吹干后在烘箱內烘烤相同參數，稱重，計算出除膠重量；一般控制在0.2---0.6mg/cm2

2、黑化法檢查去鉆污狀況

desmear后，去一件或數片板立即作黑化處理烘干，20倍立體顯微鏡下觀察看內層銅環是否出現完美的黑圈；酸洗褪膜，該方法的代表性很強，操作性容易

3、常規的槽液定期的分析化驗

4、經常到生產線觀察槽液的變化

5、注意槽液定期的更換

6、比重控制方法

7、槽液壽命控制

8、水洗控制

一般建議高錳酸鉀槽后采用熱純水回收水洗槽和兩個逆流漂洗槽

熱純水洗回收可以有效減少槽液因為水洗不足給后續中和帶來的沖擊，同時也可以用來補充高錳酸鉀槽因溶液溫度過高水的蒸發而造成的液位降低，

采用熱的純水洗同時也因為板子從溫度較高高錳酸鉀槽80度左右出來后，若立即放入室溫的水洗槽清洗，因溫度變化較大，樹脂收縮會造成玻璃纖維束處高錳酸鉀的殘留，同時內層銅箔和pp間也會出現不同程度應力，造成分離，嚴重產生楔形空洞！

產品推薦：除膠渣專用高錳酸鉀