等離子體在PCB工藝中的各凹蝕 因素交互作用分析

0 引言
影響等離子凹蝕效果的因素有功率、氣體總量、氣體混合比值、凹蝕時(shí)間、溫度等因素，這些因素不僅直接影響著試驗(yàn)結(jié)果，而且因素之間的交互作用也同樣對結(jié)果產(chǎn)生影響，所謂交互作用指的就是某些因素間各水平的聯(lián)合搭配對試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生的影響，這種聯(lián)合作用就稱為交互作用。本文將根據(jù)凹蝕的正交試驗(yàn)闡述并分析等離子各因素的交互作用，分析結(jié)果可以為等離子凹蝕提供參考。
1 凹蝕實(shí)驗(yàn)
1.1 實(shí)驗(yàn)器材
等離子機(jī)（Plasma Etch—Carson City.NV—Made in USA），25 μm厚PI單面覆銅板，電子分析天平。
1.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
為得到最佳凹蝕效果，選擇等離子凹蝕試驗(yàn)的因素，包括功率、氣體總量、氣體比例、凹蝕時(shí)間，但本次試驗(yàn)不選擇溫度，原因是根據(jù)資料信息和筆者以往的試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，凹蝕處理對溫度要求不高，因此只需要將試驗(yàn)溫度控制在正常范圍之內(nèi)即可。需要說明的是，為了便于考察因素之間的交互作用，每個(gè)試驗(yàn)因素都選擇兩個(gè)試驗(yàn)水平，這樣簡單明了，而且各試驗(yàn)因素水平都是在對以往的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和資料信息的綜合分析之后才加以選擇的，具有整齊可比，均勻分散的特點(diǎn)。因素水平的選擇如表1，至于兩種氣體（四氟化碳和氧氣）的比例是筆者以往凹蝕最佳實(shí)驗(yàn)效果的參數(shù)，在此僅用A1與A2表示（表1）。

根據(jù)以往的試驗(yàn)結(jié)果分析，在等離子凹蝕試驗(yàn)中可能產(chǎn)生交互作用的因素有氣體比例，氣體總量和功率。因此選擇需要考察的交互作用為：氣體比例和氣體總量，氣體比例和功率，氣體總量和功率之間的交互作用，即A×B，A×C，B×C。由于正交試驗(yàn)考慮到交互作用，那么在設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)表時(shí)，因素和需要考察的交互作用就需要合理的安排在正交表的表頭上，因此正交表的選擇就尤為重要。一般來說，對于考慮交互作用的正交表的選取應(yīng)該遵循一個(gè)原則，即考察因素的自由度及交互作用的自由度總和必須不大于所選正交表的總自由度。自由度的計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)為：正交表的總自由度f總＝試驗(yàn)次數(shù)－1；因素自由度為f＝因素水平數(shù)－1，交互作用的自由度為兩交互因素的自由度之積。在本次試驗(yàn)中由于每個(gè)因素只安排了兩個(gè)水平，則根據(jù)上面自由度的計(jì)算準(zhǔn)則，A，B，C，D的自由度為：fA＝fB＝fC＝fD＝2－1＝1；交互作用A× B，A×C，B×C的自由度為，fA×B＝fA×fB＝1，同理，fA×C＝fA×fC＝1，fB×C＝fB×fC＝1，由此可見本次試驗(yàn)中因素及交互作用的自由度總和＝fA＋fB＋fC ＋fD＋fA×B＋fA×C＋fB×C＝7，因此可以選擇正交表L8 （27）安排試驗(yàn)，因?yàn)樵撜槐淼目傋杂啥葹椋篺總＝ 8－1＝7，正好滿足選擇正交表所遵循的原則，故可以選擇L8（27）安排試驗(yàn)，同時(shí)關(guān)于正交表表頭設(shè)計(jì)還應(yīng)遵循以下兩點(diǎn)：
（1）首先考慮交互作用的因素A與B，將A放在第1列，將B放在第2列，再查詢L8（27）交互作用表可得A×B為第3列。
（2）再考慮有交互作用的C，將C放在第4列，
由L8（27）交互作用表可得A×C占第5列，B×C占 第6列，D排在最后一列。綜合以上各原則，可設(shè)計(jì)正交表（表2）安排試
驗(yàn)。以表2來安排8組試驗(yàn)，所測試的試驗(yàn)結(jié)果即凹蝕量用質(zhì)量差來表示，具體做法是對比單面覆銅板在試驗(yàn)前后的質(zhì)量差（用電子天平分析測量），該質(zhì)量差代表著等離子體對PI的凹蝕效果，以此為標(biāo)準(zhǔn)，做8次試驗(yàn)得到8組數(shù)據(jù)，為了科學(xué)分析各因素及交互作用對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，還要對各因素和交互作用進(jìn)行極差分析，并以此判斷那些因素對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響大，那些因素對試驗(yàn)結(jié)果影響小，同時(shí)還可以判斷對實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響大的因素取那個(gè)水平將對實(shí)驗(yàn)結(jié)果更加有利。

1.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析
試驗(yàn)結(jié)果的質(zhì)量差（凹蝕量）和極差分析如表3所示?，F(xiàn)在以A因素為例，闡述極差分析的原理和計(jì)算，將A因素的兩個(gè)水平所對應(yīng)的試驗(yàn)結(jié)果分成兩組，即A1和A2兩組，分別取這兩組試驗(yàn)結(jié)果的平均值：
K1＝（0.694＋1.508＋0.953＋0.963）/4＝1.0295
K2＝（1.295＋1.021＋0.893＋1.366）/4＝1.14375
然后將K1和K2中的最大值減去最小值，就得出

極差值，即：
R＝1.14375－1.0295＝0.11425
其余的數(shù)據(jù)就可以以此類推然后用極差分析得出結(jié)果。由極差分析結(jié)果可知，極差大則說明兩個(gè)水平對實(shí)驗(yàn)結(jié)果所造成的影響差別大，即通常是重要因素，而造成極差小的因素往往是不重要因素。我們由此得出本次試驗(yàn)的因素主次為：
（D：時(shí)間）－（C：功率）－（A×C）－
（A：氣體比例）－（A：氣體比例）－（B：氣體
總量）－（A×B）－（B×C）

由此可見，在本試驗(yàn)中因素交互作用所產(chǎn)生的影響還是很大的，主要的影響是A×C，其次是A× B，至于B×C影響太小可以忽略，那么在這種情況下，選取試驗(yàn)參數(shù)就不能單獨(dú)考慮，比如時(shí)間沒有交互時(shí)，就可以單獨(dú)考慮為35 min，而具有交互作用的因素水平的選取則應(yīng)該畫出二元表和二元圖進(jìn)行

綜合分析，交互作用A×C的二元表見表4，二元圖見
圖1所示。

由二元表和二元圖可以清晰的看出，具有交互作用因素的水平選取是需要觀察他們共同作用的結(jié)果，A1C2（C2為2600 W）的搭配使得凹蝕效果最為明顯。故選擇A1C2。同理我們可以通過二元表（表5）和二元圖（圖2）確定交互作用A×B：由于A已經(jīng)被前面試驗(yàn)所確定，即A1，所以B的確定就較為簡單，在A1框中選擇，應(yīng)該選擇B1，因?yàn)锳1B1凹蝕效果最為明顯。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)論
由實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析可知，在等離子凹蝕試驗(yàn)中，各因素之間存在著交互作用，需要考慮的主要交互作用是氣體比例和氣體總量，氣體比例和功率之間的交互作用，因此在凹蝕實(shí)踐中需要充分考慮并利用這些交互作用使生產(chǎn)達(dá)到最優(yōu)化效果。
圖25所示是無粘結(jié)劑厚膜電路上焊接銅線的焊盤部分的截面照片。與焊料部分相比，厚膜導(dǎo)體層非常薄，可以理解為厚膜導(dǎo)體層與焊料的親和性良好而可以均勻接觸。

4.5 納米膠和銅膠
對于厚膜電路來說，導(dǎo)體用印刷膠的性能是重要的關(guān)鍵所在。為了提高導(dǎo)電率或者圖形的清晰度，將導(dǎo)電性粒子的粒徑控制在100 μm以內(nèi)，即盛行開發(fā)納米膠技術(shù)。如果評價(jià)這些納米膠的性能，導(dǎo)電性和圖形的清晰度確實(shí)比聚合物系厚膜電路提高了許多。然而材料成本也有相當(dāng)?shù)纳仙?，稍有不慎就?huì)吃掉好不容易謀求得到的低印刷工藝成本，提高了成本中的材料比率。結(jié)果適得其反，比蝕刻銅箔形成的通常PCB的成本還要高，就難以應(yīng)用于消費(fèi)類用電子設(shè)備上。為了代替高價(jià)的Ag導(dǎo)體粒子，試用了廉價(jià)的銅金屬導(dǎo)體粒子。但是這種方法也并不完美。這是因?yàn)殂~的微細(xì)粉末比Ag的穩(wěn)定性差，需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆€(wěn)定性處理，這樣會(huì)使成本上升，喪失與Ag導(dǎo)體相比較的優(yōu)點(diǎn)。