铜箔缺陷分析技术探索与应用

彭永忠

(江铜－耶兹铜箔有限公司，江西南昌 330096)

铜箔缺陷分析技术探索与应用

彭永忠

(江铜－耶兹铜箔有限公司，江西南昌 330096)

印制线路板其质量可靠与否必须通过一定的检测技术来判定，印制线路板制造工艺复杂，若其中某一环节出现质量问题，将导致印制线路板报废。切片分析技术是最直观、低成本、高效率的分析技术。

切片;铜箔;覆铜板;印制线路板;检测技术;显微技术

1 引言

印制线路板其质量可靠与否必须通过一定的检测技术来判定，印制线路板制造工艺复杂，若其中某一环节出现质量问题，将导致印制线路板报废。那么检验印制线路板可分过程检验和成品检验。

2 常用的检验印制线路板手段

目检、放大镜检验、显微镜检验、背光检验、AOI (扫描图像，参数对比)检验等。

作为检验手段之一的金相切片技术，因其投资小，应用范围广，而被印制线路板生产厂家广泛采用。铜箔供应商要分析客户的投诉样品，也必须具备相应的技术手段分析是否为铜箔问题造成板材缺陷。

铜箔缺陷分析技术除目前的光学显微技术、电子显微技术、能谱分析外，还应当加强印刷线路板行业常规的分析方法:切片分析技术。

通过铜箔公司客服团队不断探索、试验，我们已经完整掌握了此项技术，已在铜箔公司分析铜箔缺陷过程中发挥了巨大的作用，同时也为铜箔公司减少了因线路板缺陷责任归属问题可能引起的巨额赔偿责任。

3 典型例子

例1，2010年3月公司发往昆山某线路板厂的铜箔因SEM无法观测到沟壑缺陷现象而导致铜箔退货。

图1 铜箔毛面沟壑缺陷－切片图

例2，2010年4月深圳某线路板厂投诉公司铜箔厚度偏薄，双方现场试验时发现:由于切片研磨时，因出现多个研磨面而导致的测量误差。

图2 样品多个研磨面示意图

例3，2009年5月铜陵某覆铜板厂投诉我司铜箔压板、蚀刻后出现残铜，双方现场试验时发现:

蚀刻残铜是由附着在铜箔毛面的铜箔切屑在压板时游离到PP内造成;不是由铜粉脱落或铜芽过长造成。而双方均对铜箔进行过载切，均有可能产生铜切屑，公司没有因此而承担全部品质责任，减少了赔偿损失。

4 光显、电显的特点

光学显微镜成像特点:只能观测平面像、透明的物体内部像、有颜色的影像等;

电子显微镜成像特点:只能观测物体立

体的、表面的、黑白的微观轮廓影像，无法观测色差、氧化等铜箔缺陷;因电子的穿透力不如光子，故不能观测透明的物体内部杂质影像，无法观测蚀刻残铜，且制样时，要保证样品表面导电。非金属样品必须对样品表面进行喷金处理［1］。

而切片只需通过与光显组合分析，可达到简洁、准确观测铜箔影像的目的。

5 金相切片技术的探索

金相切片技术在铜箔公司是一项空白，铜箔公司只拥有必要的设备、耗材，缺乏相应的技术资料;网上有通用的理论资料，但缺乏具体的工艺参数和制作经验，如:胶水的配比、凝固时间、透明度、硬度、研磨技术、抛光技术等都要经过我们不断试验、摸索才能制作出清晰且无变形的切片样品。真实再现缺陷的微观原貌。

金相切片是一种破坏性测试，可测试印制板的多项性能参数。例如:铜芽分布、铜芽长度、铜箔厚度、蚀刻残铜、树脂沾污，镀层裂缝，孔壁分层，焊料涂层情况，层间厚度，镀层厚度，孔内镀层厚度，侧蚀，内层环宽，层间重合度，镀层质量，孔壁粗糙度等［2］。

总之，如同医生用x光给病人看病一样，它可以观察印制板表层和断面微细结构的缺陷和状况。

6 金相切片技术的应用

6.1 取样

样品应有代表性且平整。切下的样品表面平整有三个优点:

(1)成型后样品的变形最小;

(2)花在后续的研磨和拋光的时间最短;

(3)制作过程中使用之耗材最少。

6.2 镶埋/镶嵌

将样品埋在树脂中(冷埋树脂或水晶树脂胶)，从而保证后续研磨抛光制作的方便，并提高样品标本的最终结果的准确性。

镶埋分为冷埋、热埋及真空镶埋三种方式。

我们目前选用冷埋方式:将样品放入模具中，然后再把搅拌好的树脂和硬化剂的混合物倒入模具中，然后在常温、常压之下硬化成透明固体状物体，这种镶埋的方式比较经济使用。

如下图所示:

图7 镶埋——冷埋方式示意图

(1)保持切割面与待观测面平行或垂直。

(2)将样品直立于模内，并用夹具使样品稳定其位置，让待检部位朝下。

(3)取一小纸杯将冷埋树脂(固态粉末)与固化剂(液态)按2∶1体积比混合，同时沿同一方向缓慢搅拌至均匀。

沿同一方向缓慢搅拌的目的:

尽量不能让混合物产生气泡，从而影响观测效果。

(4)用引流棒把匀质的混合物沿同一位置缓慢倒入样品杯内，直到样品完全浸没。

沿同一位置缓慢倒入模具的目的:

尽量不能让混合物从多个位置注入样品杯内，减少流胶封住气体，使气体无法完全排出，凝胶后产生气腔、气室，从而影响研磨和观测效果。

(5)将模具静置10～20 min，待树脂完全固化［3］。

6.3 粗磨

样品研磨分为:粗磨、细磨。

切片样品的前期处理过程基本相同，即用180#砂纸磨到接近理想的观察位后，在依次用600#、1000#砂纸对先前的粗糙形变予以基本的消除处理，然后用2000#或3000#砂纸做最后细磨处理。在整个的研磨过程中，先前的形变将随着砂纸的不断更换而逐渐消除。但是一味的依靠提高砂纸的型号，并不能将样品样品的形变全部消除［4］。

下面以铜箔样品－35μm为例加以阐述其过程:

图8 研磨——粗磨、细磨示意图

用固定在研磨盘上的砂纸(600#～1200#)，从样品表面切削掉多余的微小碎片，从而使样品表面达到需要的较理想的界面。研磨粒子越大，研磨率也就越高，表面也越粗糙。

粗磨是最初步骤，其主要目的是确保样品表面的平整性，如果样品表面一开始就已经很平，那么粗磨步骤就可以节省一些时间。

注意:研磨也可能会同时造成样品变形。

研磨所使用的砂纸型号:600#。

样品标本的厚度为52.30μm，比实际样品厚度的35μm超出17.30μm，误差率为49.43%。

图9 使用600#砂纸研磨效果图

研磨所使用的砂纸型号:1000#。

样品标本的厚度为51.16μm，比实际样品厚度的35μm超出16.16μm，误差率为46.17%。形变已经有进一步的减少和消除。

图10 使用1000#砂纸研磨效果图

6.4 细磨

细磨是定型步骤(砂纸型号:2000#～3000#)，细磨的最主要目的是将切割或粗磨时对样品所造成的变形降到最小，以便于抛光过程中能将所有的变形都清除。

研磨所使用的砂纸型号:2000#。

样品标本的厚度为43.60μm，比实际样品厚度的35μm超出8.60μm，误差率为24.57%。形变已经有更进一步的减少和消除。基本接近实际的理论值。

图11 使用2000#砂纸研磨效果图

研磨所使用的砂纸型号:3000#。

样品标本的厚度为42.46μm，比实际样品厚度的35μm超出7.46μm，误差率为21.31%。形变已经有更进一步的减少和消除。基本接近实际的理论值。但仍不能作为最后的理论值加以评估，否则将导致实验数据的严重失真。

图12 使用3000#砂纸研磨效果图

研磨技术要点:

(1)保持待观测面与研磨面平行。

(2)粗磨样品时要来回转动样品90°，使研磨面平整。

(3)若切片样是用于观测铜芽，细磨样品时，研磨面的运动方向要与铜芽生长方向垂直。

(4)若切片样是用于观测内层爆板、空洞等缺陷，细磨样品时，研磨面的运动方向要与铜箔亮面平行。

(5)观测双面板铜箔的某一面时，研磨面的圆周运动方向应背离待观测面铜箔。

样品用砂纸研磨的结果:

通过以上砂纸的研磨过程我们可以看出:

随着砂纸型号的不断提升，样品标本的实际值也将越接近理论值。但是光靠砂纸型号的提升，根本无法使实际值达到理论值，而且其误差也根本非实验数据分析所能接受。由此切片的后期处理也就显得非常重要。

切片的后期处理过程:

金相切片的后期处理乃为最终形变消除的过程。常规处理的方法有两种:金相液微蚀法和抛光法。两种方法都能将标本的形变基本完全消除，从而是标本的实际值达到理论值的效果［5］。仍以上述样品为例加以阐述说明:(我们目前使用较多的方法:抛光法)

6.5 抛光

将少量抛光粉、研磨膏或抛光液放置于抛光布上，然后将样品放在旋转的抛光布上进行镜面抛光。

抛光目的在于去除研磨过程中的变形及刮痕，从而得到无刮痕的反射镜面，同时便于在显微镜下进行微观结构分析。

抛光处理:

样品标本的厚度为38.27μm，已经基本达成样品标本的理论值。考虑样品标本本身所固有的系统误差，我们可以认为该实际值即为标本样品厚度的理论值。

图15 抛光处理后切片图

微蚀处理:

样品标本的厚度为37.14μm，已经基本达成样品标本的理论值。考虑样品标本本身所固有的系统误差，我们可以认为该实际值即为标本样品厚度的理论值。

图16 微蚀处理后切片图

6.6 微蚀处理的另一种应用

铜箔镀铜后总厚度发生了改变，可通过切片的微蚀处理，重现铜箔与镀铜层的分界线，可应用于追溯铜箔的原始厚度，缺陷所产生的对应工序［6］。

图17 铜箔与镀铜层的分界线

6.7 切片制作过程中可能出现的问题

(1)待观测面与样品不垂直;影响测量精度。

图18 待观测面与样品不垂直(研磨面倾斜)

(2)待观测面与样品不垂直(样品倾斜);影响测量精度。

图19 待观测面与样品不垂直(样品倾斜)

(3)待观测面研磨成多个面;影响观测效果和测量精度。

图20 待观测面研磨成多个面

(4)研磨成多个面的观测效果

图21 研磨成多个面的观测效果图

7 结语

切片分析技术虽然是最直观、低成本、高效率的分析技术，但需要娴熟的切片制作技术才能真正发挥其作用。

［1］张怀武.何为现代印制原理与工艺［M］.北京:机械工业出版社，2006，3.

［2］辛国胜，杨兴全.印制电路资讯［J］.深圳:电子行业协会，2009，11.

［3］辛国胜，杨兴全.印制电路资讯［J］.深圳:电子行业协会，2010，2.

［4］祝大同.印制电路用覆铜箔层压板新技术［M］.北京:水利水电出版社，2006，2.

［5］祝大同.覆铜板资讯［J］.陕西:覆铜板行业协会主办，2009，6.

［6］林金堵.例子制电路信息［J］.上海:例子制电路行业协会主办，2009，9.

Exploration and Application of Copper Foil Defect Analysis Technology

PENG Yong－zhong

(JCC－Yates Copper Foil Inc.，Nanchang，China 330096)

Printed circuit boards must pass certain tests to determine their quality reliability.Manufacturing printed circuit board is a complex process.If there is a quality problem，it will scrap printed circuit board and make it useless.Cross section technology is the analysis technology with the most intuitive，cost－effective and high efficiency.

section;copper foil;CCL;PCB;detection technology;microscopy technology

TN41

B

1009－3842(2011)01－0046－05

2010－12－23

彭永忠(1965－)，男，汉族，江西新余人，工业工程硕士，主要从事铜箔品质管理工作，E－mail:pyzjxtb@sina.com