PCB金相切片制作过程1

1、深圳市三昊仪器设备有限公司金相切片制作过程金相切片的制作过程， 通过采用大量图片和举例的方式， 论述了金相切片技术在印制板生产 中的应用，特别是在解决生产中出现质量问题方面的应用。印制电路板是电子元器件不可缺少的一部分，广泛应用于电子行业，其质量可靠与否 必须通过一定的检测技术来判定。 印制板制造工艺复杂， 若其中某一环节出现质量问题， 将 导致印制板报废。 那么检验印制板须分过程中检验和成品检验。 我们常用的检验手段有用放 大镜目检，背光检验等。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 被印制板生产厂家采用。 金相切片是一种破坏性测试，可测试印制板的多项性能。 例如：树 脂

2、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。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。本人在工作中对其有一定了解。 现分几方面简述如下：1. 金相切片 （Microsectioning） 的制作过程金相切片制作工艺流程如下：抽取待检生产板T 取样T精密切割到符合模具大小T镶嵌T粗磨T细磨T抛光T微蚀T观测1 ）生产线上抽取需做金相切片的生产板。2 ）用剪床切取试样中心和边缘需做金相切片的部分。3 ）使用精密切割机， 切割试样到符合装模尺寸大小， 注意

3、保持切割面与待观测面平行或 垂直。4 ）取一金相切片专用模具， 将试样直立于模内，让待检部位朝上。 取一纸杯将冷埋树脂 （固态）与固化剂（液态）按 1.4:1 体积比混合，搅拌均匀，倒入模具内，直到样品完全 浸没，将模具静置10-20 分钟，待树脂完全固化。5 ）待固化完全后， 先用较粗的金相砂纸将样品磨至接近待检部位， 再按金相专用砂纸目 数由小到大的顺序进行粗磨和细磨。 注意要磨到截面圆心的孔中央， 且截面上两条孔壁平行， 不出现喇叭孔 （ 如图 1） ，样品表面无明显划痕为止。深圳市三昊仪器设备有限公司深圳市三昊仪器设备有限公司I bo o ooo图1喇叭孔示意（50 X）6 ）用抛光粉

4、（粒径 0.05um），换上抛光布，对待检表面进行抛光处理，使待检表面光 亮，无划痕，通过显微镜可观察到平整的待检表面的图像。7） 用微蚀溶液（浓氨水和 30轴勺双氧水按体积比 9: 1的比例混合）对待检表面进行涂 抹处理，时间约10秒钟，然后用清水将表面清洗干净，吹干。8）将样品的待检部位朝下，平放于显微镜的观测台上，依据待检部位的具体情况，选 择适当的放大倍数，直到能够清晰地观察其真实图像为准。2.金相切片技术在印制板生产过程中的作用印制电路板质量的好坏，问题的发生与解决，工艺的改进和评估，都需要金相切片来作 为客观检查，研究与判断的根据。2.1在生产过程质量检测及控制中的作用印制电路板生

5、产过程复杂，各工序之间是相互关联的，要最终产品质量可靠，则中间环 节各工序的半成品板质量必须优良。如何判断过程中生产板的质量状况呢？金相切片技术将 给我们提供依据。2.1.1 钻孔工序后的孔壁粗糙度（hole rough ness ）检测为保证印制板的孔金属化质量，必须对钻孔后的孔壁粗糙度进行检测（如图2）。可做深圳市三昊仪器设备有限公司深圳市三昊仪器设备有限公司试验板，用不同大小的钻头钻孔，取样后，作金相切片，用读数显微镜进行粗糙度的度量。为了使度量更准确，可将试样进行金属化孔后，再做金相切片。图2左图为多层板孔壁粗糙示意，右图为双面板孔壁粗糙示意。2.1.2树脂沾污和凹蚀效果的检测印制板钻

6、孔时产生瞬时的高温，而环氧玻璃基材为不良热导体，在钻孔时热量高度积累，孔壁表面温度超过环氧树脂玻璃化温度，而产生一层薄的环氧树脂沾污（如图3）。多层板钻孔后，若不经凹蚀就进行孔金属化，将会造成多层板内信号线连接不通，而影响板的质量。通过制作金相切片，可以检测到凹蚀后，树脂沾污的去除效果，有利于控制多层板的质量。图3左图因有环氧沾污，受热冲击而出现拱形拉离，右图孔壁边缘与内层铜环处因为有环 氧沾污而连接不可靠。2.1.3镀铜层厚度检测镀层厚度往往是客户对印制板的最基本要求，它包括基材铜箔厚度、镀铜层厚度、孔壁铜层厚度、孔壁及表面铅锡厚度（见图4）。GJB对镀铜层厚度要求其平均厚度为25um最小厚

7、度20um除可用测厚仪来测铜层厚度外，作金相切片，用读数显微镜也可读取其厚度，深圳市三昊仪器设备有限公司从而判断是否符合国军标要求。我厂采用Tiger3000金相图像分析软件，可以准确测出孔 内任何一处的铜厚及孔口表面铜层厚度，对孔内镀层的判断更直观。图4镀铜层厚度检测示意，孔铜平均厚度在25um以上。2.1.4 镀层状况检测将全板电镀或图形电镀后的试验板，制作金相切片，可检测孔金属化状况，是否有镀层裂缝，孔壁分层，镀层空洞，针孔，结瘤等（见图5）。图5左图为镀层有结瘤，右图局部有镀层空洞。深圳市三昊仪器设备有限公司2.1.5层间重合度检测（见图 6）为保证多层板层与层之间的图形、孔或其它特征

8、位置的一致性，层压工序采用了定位系 统。但某些因素的影响，会造成层间的偏离。为此，必须对多层板进行金相切片抽检，以保 证其符合质量要求。图6左图10层电路板的层间重合度比右图的好。2.2在解决生产过程质量问题中的作用印制板生产过程中，常常会发生各种各样的质量问题。若借助金相切片技术能较快找到解决问题的原因，及时对症下药，采取有效措施，节约生产成本，保证按时交货，赢得顾客的满意。先将解决某些问题作一介绍：2.2.1 镀层空洞问题（plating void）镀层出现空洞问题，常会引起印制板业内管理人员的重视。造成镀层空洞的原因多种多样，而镀层空洞的现象就有好几种：金属化孔漏基材金属化孔内镀铜层不大

9、于板厚的5聽孔壁与各内环交接处出现镀层空洞孔内出现环状孔破楔形孔破等。出现以上现象的原因各异。其中孔内漏基材的原因就有很多。如1）钻孔粗糙挖破玻璃纤维布，以致深陷处不能完成孔金属和电镀铜层，2）孔金属化前处理不干净，导致局部化学铜层无法导电，电镀铜层无法镀上，3）孔内有气泡，在化学铜时，药水无法浸润而未沉上铜，4）孔内有杂质堵塞，无法沉上铜，5）药液浓度、温度未达到操作范围，6）镀层孔壁原本良好，因过分蚀 刻后，铜层被腐掉，造成破孔。深圳市三昊仪器设备有限公司现在选取典型的两种问题来进行分析。1.沉铜不佳。a.切片特征为：孔内出现对称状的环状孔破（见图7），切片中可以看见图形电镀铜包裹着全板电

10、镀铜和化学铜。b.原因分析:对称状孔内无铜 ：其实质为环状无铜，是因为沉铜过程中，孔内有气泡存在，使药液与孔 壁无法接触，从而不能发生沉铜反应所致。2.干膜入孔。a.切片特征：空口位置无铜（见图8），出现不对称情况。b.原因分析：干膜贴膜后，板子停留时间过长，且为竖直方向放板， 造成干膜流动进入孔内，在进行图形电镀时， 该位置无法镀上铜锡， 退膜后此处的干膜被除掉，蚀刻时该位置的铜也被蚀刻掉，导致孔口无铜。通过对有问题的板作金相切片分析，能有针对性的在相应工序采取对策，比如在对较小孔径的板进行孔金属化时，先检测孔内有无残渣，若有尽量吸干灰尘，配置振动和水平摆动装置， 增加溶液的过滤频率， 优化

11、溶液参数 缩短干膜贴膜后板子的停留时间等。2.2.2 侧蚀问题（undercut ）多层印制板的外层图形是通过蚀刻工序而得到的。当板经过蚀刻溶液，去除不需要的铜层，对于电镀镀厚的铜板，由于积液效应的存在，蚀刻液也会攻击线路两侧无保护的铜面， 造成象香菇般的蚀刻缺陷， 对于正常的铜板在蚀刻时， 蚀刻液不仅在垂直方向侵蚀线条铜层， 同时会在水平方向腐蚀铜层，使蚀刻后的线条截面呈一个类似梯形，一般线底部宽于顶部， 均称为侧蚀（见图9）。侧蚀的程度是以侧向蚀刻的宽度来表示。在生产中，侧蚀若过于严 重，将影响印制导线的精度，制作精细导线更不可行。而且侧蚀易产生突沿，突沿过度，将 会造成导线短路。通过制作

12、金相切片，可以观测到侧蚀的严重状况，从而找出影响蚀刻的原 因加以改进。对于线宽/线间距为6mil以上的板，蚀刻线宽控制上比较简单，可增加底片 线宽补偿。而对于线宽/线间距4-5mil的板，蚀刻线宽控制上则困难得多，一般以90%勺板蚀刻干净的速度来控制生产。为了减少其侧蚀，通常采取严格控制铜浓度，PH值，温度和喷淋方式。比如蚀刻方式的影响，由泼溅改为喷淋，蚀刻效果好，侧蚀也减小；蚀刻速率的深圳市三昊仪器设备有限公司调整，蚀刻速率慢会造成严重侧蚀，便加快蚀刻速率；检查蚀刻液PH值，因PH值较高,阳h Mt小尼丘*侧蚀增大，就想办法降低其PH值；蚀刻液密度低也易造成侧蚀，就选用高铜浓度的蚀刻液。 经

13、过有针对性的改进后，侧蚀问题将得到很好解决。阳-石Ifi命丄*梱心筋北铜牺.223镀层分层问题印制板生产厂家，在孔金属化和图形电镀工序采用了大量药液生产，若药液体系不同，偶尔会出现镀层分层的现象（见图10）。分析其产生的原因，可能是印制板前处理效果不良，或药液出现问题。究其产生的工序，离不开孔金属化、全板电镀和图形电镀工序。为解决问题，首先必须判断问题产生的工序。此时，借助金相切片技术，可以清晰准确地找出产生问题的工序。因为金相切片试样经微蚀后，基铜、全板电镀铜和图形电镀铜可以清晰地区分开来，故根据镀层发生分层的位置，就可找出发生问题的工序，从而缩小范围，能更有效解决问题。下图镀层分层点在基铜

14、与全板电镀铜之间。分析原因是全板电镀前表面处理不干净造成的，更换前处理药液后，分层现象未再发生。2.2.4镀层断裂问题电镀铜的镀层厚度不足及镀层性能不佳会导致镀层断裂（孔壁与内层互联断裂）（如图11），镀层厚度不够（低于 10微米），吸潮后未烘板，在 240C热冲击下，也会造成镀层 断裂。镀层断裂不仅影响了内外层电路互连，而且金属化孔的耐焊性和拉脱强度也不符合质量要求。为了避免此类现象的发生，必须保证图形电镀铜厚大于25微米，在120C条件烘板2小时后，再进行热冲击（热风整平或焊接）。根据电镀理论科学，镀层本身应力的大小将严重影响镀层与基体的结合力。镀层的内应力主要指宏观应力，它分为张应力（+

15、）和压应力（-），张应力倾向使镀层脱落，从而造成镀层与基体分层；压应力倾向于使镀层向基体贴紧，从而提高镀层与基体的结合力。铜离子和氯离子含量增加， 镀液温度升高，镀层的内应力会下降。 而且镀液中添加剂的含量会影响深圳市三昊仪器设备有限公司镀层的延展性，添加剂、光亮剂等的分解产物溶解于镀液中，去油不净等有机物在电镀槽过多都会使镀层应力变大，延展性变差。因此镀液成份和各工艺参数必须控制良好，才能有效提高镀层的良好性能。否则镀层在热冲击后容易在外层拐角处发生镀层断裂（图12）。mn恫鼻薄导秋氧童易内层車底嘶和*困12片屈用*灶岌足粽足斷罠3.结论印制板的生产过程，是一个工艺流程复杂的，多工序间相互协作的过程。过