微切片之分类图解

印制电路板显微剖切技术研究1 前言印制电路板制造质量的好坏、使用可靠性的高低、制造过程中问题的发生与解决、制程能力及改进的评估，往往都需要采用显微剖切来作为客观检察、研究和判断的依据。显微剖切（Microsectioning），又称微切片、金相切片，它的制作有着一套相对专业的制造技术和检测手段。微切片制作质量的好坏，将直接关系到研究和判断的正确性。俗话说得好，外行看热闹、内行看门道，各家有各家的高招。真应了那句名言条条大路通罗马。作者长期从事各类印制电路板的制造工艺及品质控制技术的研究，曾专长于金相切片的制作，并有大量第一手金相切片照片在握。本不该在各位专家面前献丑，但每每翻看这些照片，总有一种与人共研之冲动。今特将之分类后，陆续登出，望各位不吝赐教，共同为业界之发展贡献些许绵力。2 微切片制作工艺流程2.1 取样待检印制电路板试样的采取有以下几种方法：（1） 采用机械装置剪切或辊切、锯切；（2） 平面冲头之冲切；（3） 凹陷冲头之冲切；（4） 铣切；（5） 带锯切割；上述诸种方法，各有利弊。从对待检印制电路板部位的损伤来讲，第一种和第二种较为严重；第三种和铣切则适中。至于带锯切割法，虽然同冲切和铣切一样的快速、便捷，但对操作者来说，存在潜在的伤害危险。2.2 试样续处理2.3 试样入模方式用双面胶粘住样品的正截面（较薄的板用订书子夹住样品待检测的侧截边），使样品垂直立于凝胶模中央。如是试验切片，建议一个模放两个样品，待检测的侧截边分放于切片的两面,以便从两面磨孔均能磨到孔中央,但样品间要保持最少2mm间距，以免固化后影响样品的牢固性。2.4 调胶处理本处理的重点在于各组分混合充分均匀，且尽可能减少搅拌所造成的气泡产生量。正误搅拌方式对比请参见下左图9。 搅拌方式对比 2.5 灌胶入模将上述搅拌均匀的胶料，缓慢倒入模内，直至淹没横担试样的铅芯或鱼线（对于待检部位在模具底部之情况除外）。对于可能粘附于试样上的气泡，可通过轻敲模壁或用牙签将其引出。对于多试样于同一模内之情形，须将各试样分开后灌胶，再紧密集中在一起，以利于铅芯或鱼线穿过之待检孔内被胶料所填充。此处理过程，可采用牙签来实现。2.6 微切片研磨处理待胶料固化彻底后，脱模取出微切片，通过以下步骤进行研磨处理：（1） 砂带打磨： 对于采用铅芯或鱼线定位灌模之微切片，若一模内所承载之试样数量较多，固化后之树脂模上方会突出较多试样之环氧树脂部分。此时，如果直接采用金相切片专用砂纸进行研磨，会造成较大浪费。可采用砂带打磨机进行预处理。（2） 粗磨通过上述处理后，微切片树脂模表面已基本平整。此时，可采用金相切片专用粗砂纸进行逐级研磨，与之配套的设备有手工处理、半机械化处理和机械化处理等三种类型。手工处理和半机械化处理设备， （3） 细磨 在对微切片树脂磨至接近观测部位时，须改用细金相砂纸进行逐级研磨（此转换点的掌握，需经过积累一定制作经验后，方能运用自如），直到符合要求。所用研磨设备与上述粗磨相同，机械化处理设备 2.7 抛光抛光处理，是决定微切片制作质量的关键步骤（这当然是建立在前期各级研磨效果的基础之上的），如果处理不到位，会造成对一些缺陷的误判，影响检测结果的真实可靠性。一般情况下，抛光处理是通过专用抛光粉来进行的（也有采用抛光膏的）。对于表面氧化过度的微切片，也可通过再次抛光处理、微蚀，来实现微切片需检测部位的有效观测。2.8 微蚀处理微切片的微蚀处理，有时对各镀层厚度的定量分析和缺陷之准确判定，起着至关重要的作用。各家所用的微蚀药水体系不尽相同，但常用的无外乎氨水-过氧化氢体系。针对印制电路板微切片之铜、锡/铅特性，常采用50/50的氨水-过氧化氢体系或等量水稀释的氨水-过氧化氢体系。至于最佳微蚀刻时间，则需根据微蚀刻溶液的配置时间、各组分含量和来自于微切片制作的直接经验来决定。2.9 微切片之观测微切片之观测，可通过专用显微镜来进行。参见上图15。它具备有多种放大倍率镜头自如转换。此外，可根据具体观测需要，进行粗调对焦和微调对焦。并配有自动拍摄微切片即得像片的功能。3 微切片之功用通过印制电路板显微剖切技术制得的微切片，具有以下几方面之功用。3.1 来自成品印制电路板的技术数据：（1） 外层底铜厚度；（2） 内层铜箔厚度；（3） 全板电镀铜层厚度（印制板板表面和孔内壁）；（4） 图形电镀铜层厚度（印制板板表面和孔内壁）；（5） 热风整平锡 / 铅层厚度（印制板焊垫表面和孔内壁）；（6） 阻焊膜（或称绿油）厚度（介质表面、线路表面和两侧肩部区域）；（7） 多层印制板之排板方式；（8） 多层印制板各层间介质层厚度；（9） 介质层填充之玻璃纤维特性（经、纬向排列方式及纤维股数）；（10） 孔壁粗糙度。3.2 来自多层印制板可靠性方面的信息：（1） 热应力测试可能出现的分层、拐角裂缝、镀层裂缝和介质层裂缝；（2） 金属化孔焊接返工模拟试验可能出现的分层、拐角裂缝、镀层裂缝和介质层裂缝；（3） 热冲击试验可能产生之分层和裂缝。3.3 多层印制板过程控制中所起之作用：（1） 钻孔后，孔壁粗糙度的测量；（2） DESMEAR制程结束后，内层铜表面去除树脂钻污效果之评判；（3） 多层印制板层间重合度度量；（4） 金属化孔状况检测（镀层是否有空洞、针孔；热应力试验后是否出现分层、裂缝现象。）；（5） 全板电镀镀层分散均匀性测定；（6） 全板电镀穿孔电镀能力评定；（7） 图形电镀镀层分散均匀性测定；（8） 图形电镀穿孔电镀能力评定；（9） 图形电镀锡电镀能力的评判；（10） 侧蚀现象之蚀刻因子评价。3.4 各类质量问题分析：（1） 金属化孔孔壁与内层图形之互连分离；（2） 金属化孔内壁树脂凹缩；（3） 金属化孔之芯吸作用；（4） 内层钉头；（5） 金属化孔空洞；（6） 连接盘起翘；（7） 金属化孔之负凹蚀；（8） 金属化孔之环氧沾污；（9） 线路表面针孔、麻点、凹坑及划痕；（10） 层压空洞；（11） 镀层空洞；（12） 镀层裂缝；（13） 分层；（14） 起泡；（15） 镀层剥离（全板电镀层剥离、图形电镀层剥离）；（16） 缺孔口底铜；（17） 阻焊膜入孔造成不上锡；（18） 粉红圈；4 微切片之分类图解4.1 微蚀刻作用比较 （1）微切片制作过程中，微蚀所起的作用至关重要。下图17和18是抛光处理后之微切片微蚀和未微蚀情况之直观对比。 图17 微切片经过微蚀处理 图18 微切片未经微蚀处理 （2）其次，微切片微蚀刻程度的把握，将直接关系到测量数据的准确性，参见下图19和图20。 图19 微蚀适度之各镀层界限分明 图20 微蚀刻过度之镀层界限不清 图21 微蚀适度镀层界限分明 图22 未经微蚀镀层分界困难（3）微蚀刻与否，直接关系到分析和判断问题产生原因的正确性。对有针对性措施的采取，起关键作用。参见上图21和图22。 从上两幅照片对比，左图可准确判定该金属化孔镀层空洞，产生于图形电镀中的孔内气泡夹持。而右图则无法进行缺陷原因判断。4.2 全貌一览 （1）同为四层板之金属化孔状况比较。参见下图23和图24。 图23 四层板金属化孔全貌 图24 四层板金属化孔锡塞全貌（2）两种PTH制程之印制板金属化孔镀层状况全貌对比。详见下图25和图26。 图25 直接电镀金属化孔各镀层微切片全貌 图26化学沉铜金属化孔各镀层微切片全貌 上述两图中，左图为采用胶体钯体系直接电镀，取代传统PTH制程中的化学沉铜工序，所制造之金属化孔各镀层微切片全貌。 右图则为采用传统化学沉铜工序，制造出之印制板孔金属化孔各镀层微切片之全貌。最外层为热风整平之锡铅层。4.3 孔壁去除树脂沾污效果判断对于多层印制板的制造来说，层间之电气互连，是依靠金属化孔与内层图形铜之连接来实现的。如果钻孔参数选取不当、层压板固化不完全、钻头质量差或单支钻头钻孔数控制不当，均会导致钻孔后之孔壁沾污现象出现，如果不及时处理，势必会导致金属化孔与内层图形之互连，最终造成多层印制板的报废。业界常采用的检测DESMEAR效果的快速有效方法之一，是快速浸银反应。如果DESMEAR处理OK的话，则完成快速浸银反应后，所有内层铜表面均应为银白色。参见下图27、28、29、30。图27 某六层板孔壁去沾污示意（氧化现象） 图28 某十层板孔壁去沾污示意（正常） 图29 某八层板孔壁去沾污示意（浅色） 图30 某八层板孔壁去沾污示意（深色）4.4 各色微切片相片比较 为了形象直观地获得微切片之状态，有时可通过专用微切片显微镜之滤光系统进行干预，拍摄之图片更清晰，便于分析和进一步的判断。下述几例微切片相片，即为采用上述方法所得到的效果。图31 成品印制板侧蚀示意一 图32 成品印制板侧蚀示意二 图33 成品印制板侧蚀示意三 以上为成品多层印制板之线路侧蚀现象，通过此类微切片图片，可根据公式，对该种情况下之蚀刻因子进行计算。 同样，在热风整平前，也可进行此类评判。相应之微切片像片效果对比，参见下图34、35和图36。图34 热风整平前印制板侧蚀示意一图35 热风整平前印制板侧蚀示意二图36 热风整平前印制板侧蚀示意三4.5 阻焊膜特性展示阻焊膜在多层印制板制造中所起之作用，无须所言。阻焊膜制作质量的好坏，将直接影响到后续工序的制作，甚至会影响到多层印制板的使用可靠性。通常可通过阻焊膜之附着力测试、耐磨性能检测和耐溶剂特性试验来控制其制作质量。而阻焊膜制作之厚度（介质面和线路面）、阻焊膜塞孔之状况和阻焊膜咬边现象，则可通过微切片相片来揭示。 图37 线路面阻焊膜较厚之情形 图38 线路面阻焊膜较薄之情形图39 阻焊膜塞通孔示意 阻焊膜制作之侧蚀（俗称咬边）现象，一旦操作参数控制不当即会产生。主要控制参数涉及到预烘、曝光和显影三个方面。具体影响因素有以下诸条：（1） 预烘温度过低；（2） 预烘时间不够；（3） 曝光量不足；（4） 真空度差；（5） 显影液浓度过高；（6） 显影液温度过高；（7） 显影速度过慢；（8） 喷嘴压力过高。图40 深色阻焊膜塞孔板 图41 浅色阻焊膜镀金板以下是一组阻焊膜咬边现象之像片。参见图42、43、44、45。 图42 金属化孔焊盘边绿油咬边示意 图43 方形焊垫边绿油咬边示意 图44 矩形焊垫边绿油咬边示意 图45 椭圆形焊垫边绿油咬边示意4.6 多层印制板钉头的故事钉头是指多层印制板在钻孔后，其内层孔环在孔壁表面所呈现的厚度，比其原始铜箔来，显得更厚。其原因是钻头尖部的刃角，在钻过多孔后，失去了其原有的直角，而呈现出被磨圆的形状，致使对铜箔切削不够锐利，不能做到良好切削，反成为强行推挤，最终造成了孔环内缘之侧面出现如“钉头”的现象。因此，当选择一种新钻头时，或决定单一钻头最大钻孔数时，需进行试钻试验。例如，我们可以采用的是，通过单一钻头，对多层印制板试板进行连续钻孔8000次，分别选取钻孔数1000、2000、3000、4000、5000、6000、7000、8000时的孔，制作微切片，通过计算内层铜箔钉头的大小，来最终确定其最大钻孔数。具体结果，请参见图46 53。图46 钻孔数1000之钉头 图47 钻孔数2000之钉头图48 钻孔数3000之钉头 图49 钻孔数4000之钉头 图48 钻孔数3000之钉头 图49 钻孔数4000之钉头 图50 钻孔数5000之钉头 图51 钻孔数6000之钉头 图52 钻孔数7000之钉头 图53 钻孔数8000之钉头4.7 多层印制板排板方式及介质层状况 通过制作多层印制板之微切片，可清晰地判断出层压前之排板方式，一旦出现质量问题时，可由此查找出原因所在。参见图54和图55。 图54 某四层板金属化孔全貌（50） 图55 某四层板金属化孔半貌（50） 通过制作出之微切片，还能清晰地分辨出所用玻璃布的经纬向排列方式，以及相对应之树脂含量。下图为两种玻璃纤维之编织情况。图56 玻璃纤维之经纬向排列示意一 图57 玻璃纤维之经纬向排列示意二正如前面所述，有时改变一些观察用显微镜之滤光系统，可拍摄出不同清晰度效果之图片，当然，这取决于实际情况及各位之喜好。下图58、59即为一例。 图58 多层板成品板内部玻璃纤维状况 图59 多层板阻焊膜前内部玻璃纤维状况 为了使大家对印制板内部玻璃纤维之经纬排列方式和每束内之股数情况，有更全面地直观认识，下面还提供了印制板阻焊膜制作完成后之微切片照片。从中可清晰看出其排列方式及数量差异。图60 多层板阻焊膜后内部玻璃纤维示意一 图61 多层板阻焊膜后内部玻璃纤维示意二4.8 层压所造成之开、短路原因探究每当多层印制板制造中出现内层开、短路问题时，为探明产生缺陷之真正原因，必须对有问题之多层印制板，进行剖析。说至此处，我们又得重温先前所介绍之多层印制板微切片制作设备。对于微切片之研磨，共分为粗磨、细磨和抛光。所采用的工具分为人工手动研磨设备、人工半自动研磨设备和全自动研磨设备。因此，我们可以借用上述所提及之研磨设备，逐步研磨除去外层铜层和树脂层，直到磨至产生问题的内层处，用微切片专用显微镜进行观察分析，并可拍摄出微切片照片。参见下图62和图63。 图62 内层金属丝造成之短路示意 图63 铆钉屑造成内层黑化线短路示意图64 内层黑化线路断裂造成之开路示意 图65 内层纤维丝造成黑化线短路示意4.9 铜电镀层剥离原因探究印制电路板的成功制造，需经历多道工序之考验。其中，由于各制造厂家所选用的药水体系各不相同，或多或少会出现铜电镀层剥离之缺陷，造成产品的报废，甚至影响到对客户的按时交货。分析铜镀层剥离之原因，主要有以下两个方面：（1） 印制电路板表面处理效果不理想；（2） 药水体系出现问题。 探究铜镀层剥离产生之工序，不外乎全板电镀工序和图形电镀工序。为了有针对性地采取对策，使此类缺陷不再发生，可通过合理运用印制电路板之显微剖切技术，制作缺陷位置之微切片，在微蚀刻恰当的情况下，利用显微镜可清晰准确地找出产生问题的工序。下图66和下图67是针对线路铜电镀层剥离缺陷，采用不同位置取样制作之微切片的对比，可明确此剥离缺陷发生在全板电镀工序。 图66 未除去镀铜剥离层之情况示意 图67 未除去与除去铜剥离层之情况对比示意图68焊盘边缘铜镀层剥离示意（200） 图69焊盘边缘铜镀层剥离示意（400） 上图68和上图69，是针对某六层板，出现在金属化孔焊盘边缘之铜镀层剥离缺陷，制作的微切片，在不同放大倍率观察下之情况对比。 同样，对于线路铜电镀层剥离缺陷，也可采用不同放大倍率来进行问题原因探究，下面之图70和图71，即能说明此问题。 图70 线路铜电镀层剥离示意（400） 图71 线路铜电镀层剥离示意（200）为了能够正确判断出铜镀层剥离产生之工序，微切片之独特功用，由下图72（某六层板200倍率下观察）和下图73（某四层板200倍率下观察）表露无疑。图72 产生于全板电镀工序之剥离示意 图73 产生于图形电镀工序之剥离示意 当然，在有些情况下，可将有缺陷发生之部位，采用人工的办法加以适当处理（如将镀铜之剥离层向上微微翘起）。这样制作出的微切片效果对比将更加明显，参见下图74和下图75之示意。 图74 产生于全板电镀工序之剥离示意 图75 产生于图形电镀工序之剥离示意 作者在前面已提到，通过改变显微镜之滤光系统，可获得意想不到之观察效果。此话用在这里同样有效，请看下图76和下图77给出之像片效果。 图76 产生于图形电镀工序之剥离示意一 图77 产生于图形电镀工序之剥离示意二4.10 关于钻孔之孔口毛刺问题所谓孔口毛刺，是指钻孔时，铜箔表面切割处所形成的尖锐突出。众所周知，数控钻孔时，铝上盖板和非树脂类下垫板的使用，可减少钻孔时孔口毛刺的产生。有时，对于选择一种新钻头时，或决定单一钻头最大钻孔数时，可通过试钻试验，根据对不同钻孔数时，所产生孔口毛刺的具体情况，来作为评判钻头质量和确定每支钻头最大钻孔数的参考标准。本次，我们采用的是，通过单一钻头，对多层印制板试板进行连续钻孔8000次，分别选取钻孔数1000、2000、3000、4000、5000、6000、7000、8000时的孔，制作微切片，通过观察钻孔后孔口毛刺的大小，来为最终确定其最大钻孔数，提供一定的参考依据。参见图78 85。 图78 钻孔数1000之孔口毛刺示意 图79 钻孔数2000之孔口毛刺示意 图80 钻孔数3000之孔口毛刺示意 图81 钻孔数4000之孔口毛刺示意图82 钻孔数5000之孔口毛刺示意 图83 钻孔数6000之孔口毛刺示意 图84 钻孔数7000之孔口毛刺示意 图85 钻孔数8000之孔口毛刺示意4.11 多层印制电路板内层状态分析 对于一块多层印制电路板成品板来说，单从外观是很难判断出其制造所采用的工艺方法的，但如果通过微切片的制作，则可准确寻找到答案。下图86为一个表面沉金六层板之微切片照片。 图86 表面沉金板之微切片照片全貌（50） 由上图大概可看出，该六层印制板之内层似有电镀铜加厚的痕迹，但无法判断出其层压排板方式。为进一步探明该多层印制板制造所选用之工艺技术，将上述位置微切片分开为三部分进行放大观察，参见下图87、88和图89。图87 表面沉金板之微切片放大照片上部示意 图88 表面沉金板之微切片放大照片中部示意图89 表面沉金板之微切片放大照片下部示意 由上述三张不同部位之放大照片，还无法清晰判断出该六层板层压之排板方式。随后，作者又对其中部区域进行了更大倍率之放大观察（参见下图90）。最终证实了该六层板的制造工艺流程如下所示： 图90 表面沉金六层板微切片放大照片中部示意（400）4.12 空洞问题聚会4.12.1 线路镀铜层空洞印制电路板的成功制造，需经历多道工序之考验。一般可分为干制程制造过程和湿制程制造过程。对于多层印制板制造来说，层间互连和精密微细电路的制造，和湿制程制造过程之电镀能力密不可分。在全自动电镀生产线运行过程中，若出现溶液参数失控、设备问题或电力故障，对正处于电镀线各功能槽内的待处理印制板来说，是个考验。如果应急措施不当，轻则影响产品质量，重则造成印制板的报废。线路镀铜层空洞就是其中一种缺陷类型。通过合理运用印制电路板之显微剖切技术，制作缺陷位置之微切片，利用显微镜可清晰观察出此类问题。参见下图91和下图92所示。 图91 线路铜镀层空洞缺陷示意一 图92 线路铜镀层空洞缺陷示意二4.12.2 层压板空洞图93 层压板空洞缺陷示意（50）层压板内部应当有树脂或粘接剂，但充填不完全而有缺少的区域，称之为层压板空洞缺陷。上图93和下图94为此类层压板空洞缺陷之同一位置，不同倍率下所拍摄之微切片照片示意。图94 层压板空洞缺陷示意（100）4.12.3 负凹蚀之孔壁镀铜层空洞图95负凹蚀造成之孔壁镀铜层空洞示意一（400） 早期军用多层印制电路板，为了获得更好的可靠性，在钻孔后进行孔壁去钻污时，还进一步要求对孔壁介质层的回缩处理，使各内层孔环能够突出，以便在完成孔壁镀铜后，形成一种三面包夹式的结构。该种使介质层被溶蚀而退缩的制程，称为凹蚀处理。但在一般多层印制电路板制程中，如果操作不当（微蚀过度），往往会造成内层铜环退缩的错误现象，我们称之为负凹蚀。上图95即为此种负凹蚀缺陷，经电镀铜后所形成的孔壁空洞缺陷示意。 下图96和图97，是某多层印制板孔壁负凹蚀所造成的孔壁镀铜层空洞缺陷，经三次热应力试验后之微切片情况示意，图96和图97分别为放大倍率200和400条件下之显微切片照片。 图96 孔壁镀铜层空洞缺陷（200） 图97 孔壁镀铜层空洞缺陷（400）4.12.4 金属化孔镀层空洞多层印制板制造过程中，金属化孔制造质量的重要性，是不言自明的。作为金属化孔镀层空洞缺陷的产生原因，大致有以下几方面：（1） 化学镀铜层不完整；（2） 镀液里有微小颗粒杂质；（3） 镀前酸洗或微蚀刻时间过长，将孔内镀层蚀刻掉了；（4） 孔壁被显影液或干膜的残余物等污染；（5） 锡镀液分散能力差；（6） 金属化孔内气泡夹持。针对上述造成金属化孔镀层空洞缺陷产生的原因，相应之对策简述如下：（1） 严格控制化学镀铜工艺；（2） 过滤镀液，镀前认真冲洗印制板；（3） 严格遵守操作规程；（4） 加强显影后的质量控制，及时更换显影液；（5） 调整锡镀液，提高分散能力；（6） 电镀线采用水平摇摆、主要功能槽垂直震动措施。下图98和99，分别展示的是某双面板金属化孔镀层空洞缺陷，整个金属化孔全景情况和孔壁空洞缺陷位置之局部放大照片。 图98 孔壁空洞全景示意 图99 孔壁空洞缺陷局部放大示意上述金属化孔空洞缺陷，往往发生在全板电镀工序或图形电镀工序。通过对有问题多层印制板的微切片剖析，能有针对性的在相应工序采取对策，比如在对较小孔进行孔金属化处理时，在相应的槽位启动震动装置、增加溶液过滤频率和效果监测、优化水平摇摆作用和进行溶液参数的调整等。图100 缘于全板电镀工序空洞示意（100） 图101 缘于图形电镀工序空洞示意（100）全板电镀工序和图形电镀工序所产生的金属化孔镀层空洞缺陷，通过微切片观测，可清晰加以判断。上图100和101，即为同样放大倍率下之产生于全板电镀工序、图形电镀工序的金属化孔镀层空洞缺陷情况示意。 对于多层印制板金属化孔镀层空洞缺陷来说，有时需要通过选取不同的放大倍率进行观察，方能准确地判断出其缺陷产生之根本原因。下图102、103、104演示的是同一个产生于全板电镀工序的金属化孔孔壁镀层空洞缺陷探因过程。图102某多层板缺陷全貌（50） 图103某多层板缺陷放大产生于全板电镀（100）图104某多层板缺陷再放大产生于全板电镀（200）从以上图片可得出金属化孔孔壁镀层空洞产生工序之判别方法：（1） 全板电镀工序产生的金属化孔孔壁镀层空洞，其孔壁镀层之断面，呈现两种镀层包埋状态，即全板电镀镀层被外层之图形电镀镀层所包埋；（2） 图形电镀工序产生的镀层空洞，其空洞处的镀层断面，两种镀层呈现台阶状态，类似于线路蚀刻后之侧面情况。说到这里，作者觉得有必要再次重申一下，微切片制作中的微蚀处理之重要性。试想，一个微切片如果未经微蚀处理，或处理得不恰当，势必对缺陷原因之判断带来不便，有时可能导致判断根本不可能进行。以下，将列举一个产生于图形电镀工序之金属化孔镀层空洞缺陷微切片照片，来说明这个问题。图105 微蚀后可清晰判断缺陷产生原因 图106 未经微蚀无法判断缺陷产生原因多层印制电路板之金属化孔孔壁镀层空洞，常发生于内层铜箔附近之孔壁树脂凹蚀处。如果两个内层铜箔相邻较近，其出现之几率则较高。下图107和108，即为此种情况下所形成之缺陷不同放大倍率下所拍照片示意。图107 相邻内层树脂凹蚀处缺陷示意（100） 图108 相邻内层树脂凹蚀处缺陷示意（200）从上述两张照片，还能清晰判定此种金属化孔孔壁镀层空洞缺陷产生在全板电镀工序。对由于孔壁夹持气泡所造成之金属化孔孔壁镀层空洞缺陷来说，其缺陷形式是对称的，且分为内层铜箔单侧空洞缺陷和内层铜箔双侧空洞缺陷。图19 内层铜箔单侧镀层空洞示意（50）请参见发生在某同一图号六层板孔壁内层铜箔位置之空洞缺陷，在不同放大倍率下所摄之照片109和110。图110 内层铜箔双侧镀层空洞示意（100）由孔壁不同工序夹持气泡所造成之孔壁镀层空洞缺陷，一般情况下具有对称结构之特点。由干膜等外来杂质所造成之孔壁镀层空洞缺陷，则有时会显现出非对称性结构。下图111和图112，给出了此两种情况之示意。 图111对称性镀层空洞示意 图112非对称性镀层空洞示意呼应前面所述，下图为采用不同显微镜滤光条件所拍之金属化孔孔壁镀层空洞缺陷示意，最终选取何种滤光条件进行观察，视具体情况而定。 图113 绿色空洞缺陷照片示意 图114 蓝色空洞缺陷照片示意对照下述两张空洞缺陷照片，可见其为阻焊膜入孔板，图115为孔壁空洞处彻底无铜，而图116则尚有很薄一层铜。 图115 孔壁空洞处彻底无铜示意 图116 孔壁空洞处尚有很薄铜示意 至此，本次空洞问题聚会暂告一段落。尚有几张此类孔壁镀层空洞照片，留待以后表来，请各位包涵。4.13 印制电路板线路制作问题汇集 首先，让我们简单回顾一下多层印制板制造工艺流程：从上述多层印制板制造工艺流程中，可看出影响线路制造精度的主要因素有以下几方面：（1） 内层图形制作过程；（2） 多层印制板的层压过程；（3） 孔金属化处理过程；（4） 图形电镀过程；（5） 外层图形之碱性蚀刻过程；（6） 所有工序制作之前处理过程（尤其是机械前处理方式）。 下面将根据现有图片分类进行粗略介绍，概括范围肯定有限，作者期盼起个抛砖引玉之作用，引起各位对线路制作精度控制方面，更深层次的思考。4.13.1 层压所造成之线凹 对于多层印制板来说，板面制作之平整度（无论是整个板面外形平整性、焊垫电镀层厚度均匀性、焊垫表面处理之涂覆平整性等）很重要。但多层印制板表面之印制线路平整性也很重要，如果控制不当，有时甚至会导致多层印制板的报废。下图117和图118展示的是由于层压不当所造成之板面线路凹陷。该类缺陷仅靠放大镜置于表面很难判明正确致因，但微切片剖切技术在此可发挥其无可替代的作用。图117 多层板表面线凹示意一（200） 为了更清晰地判断线凹产生之根本原因，作者又进行了放大拍摄，见下图118。图118 多层板表面线凹示意二（400） 由上图二可清晰判断出，此种多层印制板表面线凹缺陷，是由于层压所造成的。因为经过对微切片之微蚀处理，可观察到底铜、全板电镀铜和图形电镀铜整体下陷。4.13.2 层压板之内层线路变形 对于多层印制板制造来说，内层线路制作状态，无法通过常用检测方法由外部进行监控。但通过微切片的制作，利用微切片专用显微镜，却能进行有效监测。下图119即为一多层印制板内层线路变形缺陷情况示意。 图119 内层线路变形缺陷情况示意4.13.3 线路之图形电镀铜层针孔多层印制板生产过程中，有时会出现电镀铜层表面之针孔问题。一般用来进行线路宽度控制的读数显微镜，无法进行缺陷程度监测。但可通过有针对性地制作微切片，较容易地观察到针孔之深度和宽度，对该有问题多层印制板能否接受进行判定。下图120，为一个线路面针孔情况示意。图120 线路面针孔情况示意（400） 由于该微切片在观察前进行了微蚀刻处理，将线路铜清晰地分为了底铜、全板电镀铜和图形电镀铜，所以，无需多言，该线路面针孔缺陷，是发生在多层印制板外层线路之图形电镀铜层。4.13.4 线路之电镀铜状况探因多层印制板外层线路电镀铜，可分为全板电镀铜和图形电镀铜两部分。如果出现一些制程设备故障或误操作，势必对线路之电镀层厚度及表面状况产生影响，最终可能导致产品的报废。此时，通过微切片的制作，可揭开此类问题产生之原因。下图121和图122，均为电镀铜层厚度出现问题之多层印制板缺陷示意。图121外层线路电镀铜层厚度问题示意一图122外层线路电镀铜层厚度问题示意二 从上述图121可看出，该多层印制板在原有全板电镀和图形电镀铜的基础上，又进行了两次电镀铜过程。这样，势必增加了线路表面及孔内电镀铜层的厚度，严重影响到线路之制作精度。 对比图121，从图122中，我们不仅看出该多层印制板在原有全板电镀和图形电镀铜的基础上，又进行了一次电镀铜过程。且该电镀铜层，可明显观察到存在有镀层空洞现象，因此，线路之制作精度也无从谈起，且直接影响到该多层印制板表面线路之镀铜层状况，最终作为废品处理。另外，由上述两图之微切片照片可看出，微切片试样之微蚀刻处理，对出现问题处之原因甄别，发挥了巨大的作用。4.13.5 线路制作之侧蚀众所周知，多层印制板的层间互连，是通过金属化孔来实现的。而想要获得高可靠性的多层印制板，对金属化孔之孔壁铜层厚度有一定的要求。为此，需要通过一段时间的电镀铜方能达到。但随着电镀铜层厚度的增加，势必对线路制作精度带来较大影响，也即图形蚀刻时所存在的侧蚀现象。无论你选用何种先进溶液体系、谁家制造的先进蚀刻设备或操作员工的控制水平有多高，线路制作之侧蚀现象总难避免，无非是侧蚀程度之深浅区别而已。线路在进行蚀刻铜处理时，除了要对正面向下的溶蚀之外，蚀刻液也同时会攻击线路两侧无保护的铜面，这种现象称之为侧蚀，其结果造成如香菇般的蚀刻缺陷。业界一般采用蚀刻因子或蚀刻系数（它被定义成需蚀刻铜层的厚度与侧蚀量之比值）的大小来衡量侧蚀的程度。蚀刻因子越高，侧蚀量越小。随着多层印制板制作向高密度之精细线条方向发展，对于线路制作之蚀刻处理，希望其侧蚀量越小越好，也即有较高的蚀刻因子。 线路制作蚀刻因子的度量，可通过微切片剖切技术来实现。参见下图123和图124。 下图123之微切片制作取样，是在完成外层图形蚀刻、退锡保护前进行的。由于对微切片微蚀处理得当，故可清晰判明底铜、全板电镀铜、图形电镀铜和镀锡保护层之厚度，以及线路两侧侧蚀宽度减小的程度。根据蚀刻因子计算公式，能评判出此次图形蚀刻之侧蚀程度，为蚀刻制程之监控提供依据。图123 线路制作之侧蚀示意一图124 线路制作之侧蚀示意二上图124之微切片制作取样，是于退锡工序完成后，显然，能同样计算出该图形蚀刻之蚀刻因子大小。4.13.6 孔口焊盘之无底铜现象 一般在数控钻孔后，孔金属化制作前，需进行去钻孔毛刺操作，且通常采用机械磨刷的方法。如果控制不当，会导致孔口无底铜现象，这样势必会对多层印制板表面线路的制作精度造成影响。如果情况严重的话，还将影响到该多层印制板的使用可靠性，出现热冲击条件下的金属化孔拐角断裂缺陷。 下图125和图126，为该种金属化孔孔口焊盘无底铜问题，在不同放大倍率下所拍摄之微切片照片。 图125金属化孔孔口焊盘无底铜示意（400）图126金属化孔孔口焊盘无底铜缺陷局部放大示意（1000）4.14 负凹蚀对电镀质量影响剖析所谓负凹蚀，为孔壁内层导电材料相对于周围之基材凹缩的凹蚀现象。如下图127之微切片照片所示。图127孔壁内层铜负凹蚀缺陷示意（200） 当多层印制板出现上述之孔壁内层铜负凹蚀现象后，紧接下来之孔金属化质量，势必很难保证。如果负凹蚀情况严重的话，会造成多层印制板孔金属化后的孔壁镀铜层空洞，一旦受到热冲击，会引起镀铜层暴孔、裂缝等缺陷。话又说回来，具体问题需具体分析。多层印制板孔金属化前的凹蚀处理，对于获得高可靠性的金属化孔质量，至关重要。因此，一旦出现凹蚀过度之现象，不可一概作为废品论处，可通过工艺试验，有针对性地制作微切片，依靠显微镜放大手段进行观察和判断，为最终之多层印制板质量把好关。下图128和图129，为两种不同凹蚀程度下之孔，经过孔金属化及电镀后，所制作之微切片显微放大照片。 图128 孔壁内层铜凹蚀后电镀质量示意一 图129 孔壁内层铜凹蚀后电镀质量示意二 上图128和图129，同为显微镜放大倍率200下所拍之照片，从照片对比可看出，图128之金属化孔质量是可以接受的，而图129之金属化孔质量是不能接受的。究其原因，可以通过对比两者之孔壁内层铜的凹蚀深度来进行。为了更清晰判断负凹蚀对多层印制板孔金属化制作的影响，将缺陷位置放大到400倍进行拍摄，参见下图130和图131。图130 负凹蚀缺陷造成镀层空洞示意一（400）图131 负凹蚀缺陷造成镀层空洞示意二（400）下图132和图133，同为显微镜放大倍率400下所拍之照片，从照片对比可看出，图132之金属化孔质量是可以接受的，而图133之金属化孔质量是不能接受的。 图132 可接受之金属化孔质量示意 图133 不能接受之金属化孔质量示意当然，所有由于孔壁内层铜负凹蚀造成之多层印制板金属化孔电镀铜质量，并不一定似上述之图133那么严重。有时，发生此类缺陷之孔金属化质量，通过微切片剖切技术也不一定能够准确把握。需通过对此类缺陷板进行热应力试验，如288C锡锅条件下，进行三次热循环，每次10秒。然后，再选取有缺陷位置，制作微切片，通过显微镜进行观测，对比试验前判断缺陷有无扩大，或有无新缺陷增加。最后需指出的是，在进行完必须试验后，无论结果如何，有缺陷板之接受与否，应取决于客户之最终认可。 下图134和图135给出了此类较轻负凹蚀缺陷板之微切片照片示意。图134 较轻负凹蚀缺陷示意一图135 较轻负凹蚀缺陷示意二 对比上述两幅照片，同为较轻负凹蚀缺陷，图134所示之多层印制板孔金属化制作质量明显强于图135之情况。4.15 金属化孔孔口缺基材铜解析众所周知，多层印制板的制造，历经多道不同工序之处理。其中既有干法处理过程，如层压、数控钻孔、数控铣外形等；同时也不乏各类湿法化学处理过程，如化学沉铜、电镀铜（锡）、酸性（或碱性）蚀刻、退锡处理、各类显影等。但我们同时也不能忽略了，在各类处理过程中保证结合力质量的前处理过程。这包括数控钻孔后进行孔金属化制作前的DEBURRING处理、湿膜制板或干膜制板前的化学或机械前处理、阻焊膜制作前所必须进行的机械刷板加化学微蚀前处理、热风整平板之化学微蚀前处理等。说到数控钻孔后孔口钻孔毛刺的去除，或孔金属化制作前的DEBURRING处理，如果DEBURRING处理操作不当，或采用金属铲除去孔口毛刺的不规范操作，有可能会导致孔口基材铜的除去。这样的板，在经过电镀处理后，由于孔口处镀层下缺少底铜，使其结合力降低，最终影响产品质量。图136 孔口无底铜且孔口质量差 上图136显示的是一种孔口处理质量较差情况下之图片。这样差的孔口状况，孔金属化处理后的质量状况可想而知。下图137，即为一孔口无底铜板，孔金属化处理后之放大照片示意。 图137孔口无底铜板孔金属化后状况示意 为了将正常板和孔口无底铜板孔金属化后之镀层状况进行比较，下面给出了这两者情况下之金属化孔状况对比。请参见下图138和图139。图138 孔口无底铜缺陷板金属化孔状况示意图139 孔口正常板金属化孔状况示意从上述两张照片对比，我们对孔口有无基材底铜板，在完成金属化孔制作后之状况有了直观上的了解。但孔口无基材底铜之多层印制板，在完成其整个制作过程后，其可靠性程度到底何如，尚不能一概而论，必须在经过指定之可靠性试验后，通过微切片剖切技术的运用，来最终确定。 通过上述两幅图片，我们还能更深切感受到，微切片制作完成后之微蚀刻处理的重要性。试想，如果没有此项技术，或运用微蚀刻处理技术不当，必将难以判断出此种孔口缺底铜缺陷，给多层印制板之产品质量控制带来困难。下图140和图141，即为微蚀刻作用之又一例证。图140 孔口无底铜状况示意（400）图141 孔口几无PANEL铜状况示意（400） 4.16 金属化孔缺陷罗列电子工业的飞速发展，对印制电路制造业的要求越来越高，孔密且细小是印制电路板制造的最大挑战。一块印制电路板通常之孔数高达数千个，孔径从0.1毫米到2毫米不等。他们一方面提供插装元件，另一方面供作导电线路。因此，多层印制板的金属化孔制造过程是多层印制板制造中最关键的工序之一。在多层印制板制造过程中，各生产厂家所选用的材料存在差异、设备各有长短、工艺规范及执行状况也各具特色，难免出现这样那样的问题，这是业界很正常的事情，当然，我们之共同目标是零缺陷。 下面，将就金属化孔缺陷问题，限于手边图片，粗略加以罗列，肯定有所遗漏，望各位见谅。4.16.1 孔壁粗糙度问题 衡量数控钻孔工序是否受控，一个简单的办法，就是对钻孔后的板，选取板边之附联板图形上的孔，经金属化孔制作完成后，通过制作微切片，进行孔壁粗糙度的度量，来加以判断。下图142和图143为孔壁粗糙层度不同情况之示例。图142 孔壁粗糙度较大状况示意 图143 孔壁粗糙度较小状况示意影响钻孔后之孔壁粗糙度的因素较多，我们不妨在此粗略列举一下，俗话说得好，磨刀不误砍材功。（1） 钻头质量；（2） 钻头钻孔次数；（3） 钻孔之钻速；（4） 钻孔之进给量；（5） 待钻板之厚度及叠板厚度；（6） 待钻孔之多层层压板的树脂固化状况；（7） 钻孔之孔径尺寸；（8） 数控钻床之性能；（9） 上、下垫板的使用情况。 4.16.2 金属化孔之镀层结瘤钻孔质量一旦欠佳，相应之缺陷类型也就自然增多。金属化孔镀层结瘤现象，就是其中之一。参见下图144和图145所示。 图144 金属化孔镀层结瘤示意一 图145 金属化孔镀层结瘤示意二 有些情况下，孔壁粗糙和镀层结瘤是同时发生的。下图146和图147就是一个例证。 图146 孔壁粗糙和镀层结瘤并存示意之一 图147 孔壁粗糙和镀层结瘤并存示意之二4.16.3 金属化孔之芯吸现象 印制电路板之板材，经过钻孔后，其玻璃纤维纱束切断处，常呈现疏松状，当经过后续之PTH制程时，各种槽液被吸入纤维内，最终导致化学铜层存留其中，此种现象称之为芯吸。图148 金属化孔孔壁无芯吸现象上图148和下图149、图150，分别显示了无芯吸、较轻微芯吸和较严重芯吸示意。图149金属化孔孔壁较轻微芯吸现象图150金属化孔孔壁较严重芯吸现象4.16.4 金属化孔孔壁树脂沾