应用于印制电路板（PCB）生产的环氧树脂基板是一种以环氧树脂为基体，玻璃纤维布为增强材料的复合基板。环氧树脂基板是目前PCB行业最受欢迎的基材，适合应用于高性能电子绝缘要求的产品，具有优异的机械强度、较高的粘结性、良好的加工工艺和优异的介电性能等优点。化学镀铜工艺在PCB生产中占有重要地位，能够在绝缘孔壁上完成导电金属铜层的沉积，实现PCB各层间的电气连接。但环氧树脂基板表面呈现出固有的疏水性、表面能低，不利于化学镀铜层的沉积。因此，以适当的改性方法有效地改善环氧树脂基板的界面性能，提高化学镀铜的质量显得十分重要。

等离子体改性处理

等离子体改性处理因其相对简单、无溶剂、快速、环保等优点而受到广泛重视。等离子体在不改变基材本体性质的情况下对其进行表面改性，具有高度的过程控制性和再现性。在等离子体处理中，氧气、氮气、氩气和氢气等惰性气体作为反应气体，通过自由基反应能改变基材表面的湿润性和附着力等特性。

等离子体改性处理对环氧树脂基板表面亲水性的影响

通过测定环氧树脂基板表面的接触角，对比空气等离子体改性时间对环氧树脂基板表面湿润性的影响。图1-1为环氧树脂基板表面接触角随空气等离子体改性时间的变化曲线。从接触角随改性时间变化的曲线图中看出，未经改性的基板表面呈现出固有的低湿润性，去离子水和甘油在基板表面的接触角分别为96.2º和78.6º。随着改性时间的增加，基板表面的接触角呈现出明显降低的趋势。接触角显著降低是在改性最初的前30s，去离子水和甘油在改性时间为30s的基板表面上的接触角分别下降到42.5º和56.0º。但当改性时间超过30s后，接触角降低的速率逐渐降低。当改性时间达到270s时，去离子水在基板表面的接触角达到0º，这表明基板已经完全湿润，而甘油在基板表面的接触角仍在减少，说明不同的液体在环氧树脂基板表面的接触角大小变化不同。

图1-1不同等离子改性时间下环氧树脂基板表面的接触角

等离子体改性处理对基板表面粗糙度的影响

表面粗糙度是影响环氧树脂基板界面性能的重要因素。表面粗糙度的增加能增大接触面积，增强结合强度。线粗糙度（Rz）和面粗糙度（Sz）能反应映出环氧树脂基板表面粗糙度的变化。如图1-2所示，未经改性的基板的Rz和Sz分别为5.47μm和11.13μm，改性后基板的Rz和Sz分别增加到6.87μm和12.89μm，分别增加了20.36%和13.45%。因此，与未改性的环氧树脂基板相比，空气等离子体改性增大了基板的表面粗糙度，这是由于等离子体中的高能粒子能够轰击和蚀刻基板表面。结果表明，空气等离子体改性使环氧树脂基板表面粗糙度增大，从而增大了基板的表面积，有利于提高复合界面的附着力。

图1-2环氧树脂基板的表面粗糙度

等离子改性处理对基板表面化学组分的影响

采用X射线光电子能谱（X-RayPhotoelectronSpectroscopy，XPS）对环氧树脂基板表面化学组分进行分析，测试结果如图1-3和表1-1所示。未经改性的基板XPS全谱图上出现了较强的C1s和O1s峰，且C、O的含量分别为81.96%和18.04%，而基板表面并未检测出N1s信号。经空气等离子体改性后，XPS全谱图上的O1s谱峰强度增强，而C1s谱峰强度减弱，并检测出N1s谱峰。O含量增加到29.99%，C含量下降到70.01%，O/C原子之比从0.22增加到0.43。这是由于C-C键被氧化成C-O键或C=O键，从而导致O和C元素的含量在基板表面发生变化，最终导致O含量增加，C含量降低。值得注意的是，N元素可以通过N1s峰的出现而被清楚地检测到。等离子体环境产生的自由基可以破坏基板表面的化学键，与等离子体中的高能粒子发生反应，在基板表面形成新的化学物质。因此，在空气等离子体改性后，N元素被引入到环氧树脂基板表面。

图1-3环氧树脂基板表面的XPS全谱图。（a）未改性；（b）空气等离子体改性360 s

表1-1环氧树脂基板表面化学元素组成

根据C1s谱图可以研究环氧树脂基板表面官能团的变化，XPS谱图中C1s的分峰拟合处理结果如图1-4所示。根据含碳基团拟合峰面积，计算改性前后基板表面含碳基团含量的变化，计算结果如表2-2所示。如图1-4所示，未经改性的环氧树脂基板的C1s分谱图在结合能为284.75eV和286.14eV出现了两个明显的特征峰，分别对应于C-C键和C-O键。而改性后基板的C1s分谱图出现4个特征峰，新增了2个特征峰，分别对应于结合能为287.34eV处的C=O键和结合能为289.33eV处的O-C=O键。因此，通过空气等离子体改性将C=O键和O-C=O键添加到环氧树脂基板表面，对降低接触角和改善亲水性起到了重要的作用。此外，改性后环氧树脂基板表面的C-C键和C-O键的含量降低，这主要是由于C-C键和C-O键部分断裂以及极性基团的出现。另外，挥发性气体如CO2、CO、H2O、H2等在一系列自由基反应中形成，并在真空系统中被除去。因此，经空气等离子体改性后，环氧树脂基板表面的化学成分发生了实质性的变化。

图1-4环氧树脂基板表面的C1s分谱图。（a）未改性；（b）空气等离子体改性360 s

表2-2环氧树脂基板表面的含碳基团

本文采用空气等离子体对环氧树脂基板进行表面改性，结果表明，空气等离子体改性处理后环氧树脂基PCB板表面的湿润性和粗糙度均有明显提高。环氧树脂基板表面粗糙度和极性基团的增加是导致其界面性能改变的主要原因。