摘要：本文詳細介紹了
金相切片的制作過程，通過采用大量圖片和舉例的方式，論述了金相切片技術在印制
電路板生產中的應用，特別是在解決生產中出現質量問題方面的應用。
關鍵詞：金相切片 印制電路板 應用
印制電路板是電子元器件不可缺少的一部分，廣泛應用于電子行業(yè)，其質量可靠與否必須通過一定的檢測技術來判定。印制電路板制造工藝復雜，若其中某一環(huán)節(jié)出現質量問題，將導致印制電路板報廢。那么檢驗印制電路板須分過程中檢驗和成品檢驗。我們常用的檢驗手段有用放大鏡目檢，背光檢驗等。作為檢驗手段之一的金相切片技術，因其投資小，應用范圍廣，而被印制電路板生產廠家采用。金相切片是一種破壞性測試，可測試印制電路板的多項性能。例如：樹脂沾污，鍍層裂縫，孔壁分層，焊料涂層情況，層間厚度，鍍層厚度，孔內鍍層厚度，側蝕，內層環(huán)寬，層間重合度，鍍層質量，孔壁粗糙度等。總之，如同醫(yī)生用x 光給病人看病一樣，它可以觀察印制電路板表層和斷面微細結構的缺陷和狀況。本人在工作中對其有一定了解。現分幾方面簡述如下：
1. 金相切片(Microsectioning)的制作過程
金相切片制作工藝流程如下：
抽取待檢生產板→ 取樣→ 精密切割到符合模具大小→ 鑲嵌→ 粗磨→ 細磨→ 拋光→ 微蝕→ 觀測
1）生產線上抽取需做金相切片的生產板。
2）用剪床切取試樣中心和邊緣需做金相切片的部分。
3）使用精密切割機，切割試樣到符合裝模尺寸大小，注意保持切割面與待觀測面平行或垂直。
4）取一金相切片專用模具，將試樣直立于模內，讓待檢部位朝上。取一紙杯將冷埋樹脂（固態(tài)）與固化劑（液態(tài)）按2:1 體積比混合，攪拌均勻，倒入模具內，直到樣品完全浸沒，將模具靜置10-20 分鐘，待樹脂完全固化。
5）待固化完全后，先用較粗的金相砂紙將樣品磨至接近待檢部位，再按金相專用砂紙目數由小到大的順序進行粗磨和細磨。注意要磨到截面圓心的孔中央，且截面上兩條孔壁平行，不出現喇叭孔，樣品表面無明顯劃痕為止。
6）用拋光粉（粒徑0.05um），換上拋光布，對待檢表面進行拋光處理，使待檢表面光亮，無劃痕，通過顯微鏡可觀察到平整的待檢表面的圖像。
7） 用微蝕溶液（濃氨水和30%的雙氧水按體積比9：1 的比例混合）對待檢表面進行涂抹處理，時間約10 秒鐘，然后用清水將表面清洗干凈，吹干。
8） 將樣品的待檢部位朝下，平放于顯微鏡的觀測臺上，依據待檢部位的具體情況，選擇適當的放大倍數，直到能夠清晰地觀察其真實圖像為準。
2. 金相切片技術在印制電路板生產過程中的作用
印制電路板質量的好壞，問題的發(fā)生與解決，工藝的改進和評估，都需要金相切片來作為客觀檢查，研究與判斷的根據。
2.1 在生產過程質量檢測及控制中的作用
印制電路板生產過程復雜，各工序之間是相互關聯(lián)的，要最終產品質量可靠，則中間環(huán)節(jié)各工序的半成品板質量必須優(yōu)良。如何判斷過程中生產板的質量狀況呢？金相切片技術將給我們提供依據。
2.1.1 鉆孔工序后的孔壁粗糙度（hole roughness）檢測
為保證印制電路板的孔金屬化質量，必須對鉆孔后的孔壁粗糙度進行檢測。可做試驗板，用不同大小的鉆頭鉆孔，取樣后，作金相切片，用讀數顯微鏡進行粗糙度的度量。為了使度量更準確，可將試樣進行金屬化孔后，再做金相切片。
2.1.2 樹脂沾污和凹蝕效果的檢測
印制
電路板鉆孔時產生瞬時的高溫，而環(huán)氧玻璃基材為不良熱導體，在鉆孔時熱量高度積累，孔壁表面溫度超過環(huán)氧樹脂玻璃化溫度，而產生一層薄的環(huán)氧樹脂沾污。多層板鉆孔后,若不經凹蝕就進行孔金屬化，將會造成多層板內信號線連接不通，而影響板的質量。通過制作金相切片，可以檢測到凹蝕后，樹脂沾污的去除效果，有利于控制多層板的質量。
2.1.3 鍍銅層厚度檢測
鍍層厚度往往是客戶對印制電路板的最基本要求，它包括基材銅箔厚度、鍍銅層厚度、孔壁銅層厚度、孔壁及表面鉛錫厚度（見圖4）。GJB 對鍍銅層厚度要求其平均厚度為25um，最小厚度20um。除可用測厚儀來測銅層厚度外，作金相切片，用讀數顯微鏡也可讀取其厚度，從而判斷是否符合國軍標要求。我廠采用Tiger3000 金相圖像分析軟件，可以準確測出孔內任何一處的銅厚及孔口表面銅層厚度，對孔內鍍層的判斷更直觀。
2.1.4 鍍層狀況檢測
將全板電鍍或圖形電鍍后的試驗板，制作金相切片，可檢測孔金屬化狀況，是否有鍍層裂縫，孔壁分層，鍍層空洞，針孔，結瘤等。
2.1.5 層間重合度檢測
為保證多層板層與層之間的圖形、孔或其它特征位置的一致性，層壓工序采用了定位系統(tǒng)。但某些因素的影響，會造成層間的偏離。為此，必須對多層板進行金相切片抽檢，以保證其符合質量要求。
2.2 在解決生產過程質量問題中的作用
印制電路板生產過程中，常常會發(fā)生各種各樣的質量問題。若借助金相切片技術能較快找到解決問題的原因，及時對癥下藥，采取有效措施，節(jié)約生產成本，保證按時交貨，贏得顧客的滿意。先將解決某些問題作一介紹：
2.2.1 鍍層空洞問題(plating void)
鍍層出現空洞問題，常會引起印制電路板業(yè)內管理人員的重視。造成鍍層空洞的原因多種多樣，而鍍層空洞的現象就有好幾種：①金屬化孔漏基材②金屬化孔內鍍銅層不大于板厚的5%③孔壁與各內環(huán)交接處出現鍍層空洞④孔內出現環(huán)狀孔破⑤楔形孔破等。出現以上現象的原因各異。其中孔內漏基材的原因就有很多。
如1)鉆孔粗糙挖破玻璃纖維布，以致深陷處不能完成孔金屬和電鍍銅層，2) 孔金屬化前處理不干凈，導致局部化學銅層無法導電，電鍍銅層無法鍍上，3）孔內有氣泡，在化學銅時，藥水無法浸潤而未沉上銅，4）孔內有雜質堵塞，無法沉上銅，5）藥液濃度、溫度未達到操作范圍，6）鍍層孔壁原本良好，因過分蝕刻后，銅層被腐掉，造成破孔。
現在選取典型的兩種問題來進行分析。
1.沉銅不佳。a.切片特征為：孔內出現對稱狀的環(huán)狀孔破，切片中可以看見圖形電鍍銅包裹著全板電鍍銅和化學銅。b.原因分析：對稱狀孔內無銅 ：其實質為環(huán)狀無銅，是因為沉銅過程中，孔內有氣泡存在，使藥液與孔壁無法接觸，從而不能發(fā)生沉銅反應所致。
2.干膜入孔。a.切片特征：空口位置無銅，出現不對稱情況。b.原因分析：干膜貼膜后，板子停留時間過長，且為豎直方向放板，造成干膜流動進入孔內，在進行圖形電鍍時，該位置無法鍍上銅錫，退膜后此處的干膜被除掉，蝕刻時該位置的銅也被蝕刻掉，導致孔口無銅。
通過對有問題的板作金相切片分析，能有針對性的在相應工序采取對策，比如在對較小孔徑的板進行孔金屬化時，先檢測孔內有無殘渣，若有盡量吸干灰塵，配置振動和水平擺動裝置，增加溶液的過濾頻率，優(yōu)化溶液參數,縮短干膜貼膜后板子的停留時間等。
2.2.2 側蝕問題（undercut）
多層印制電路板的外層圖形是通過蝕刻工序而得到的。當板經過蝕刻溶液，去除不需要的銅層，對于電鍍鍍厚的銅板，由于積液效應的存在，蝕刻液也會攻擊線路兩側無保護的銅面，造成象香菇般的蝕刻缺陷，對于正常的銅板在蝕刻時，蝕刻液不僅在垂直方向侵蝕線條銅層，同時會在水平方向腐蝕銅層，使蝕刻后的線條截面呈一個類似梯形，一般線底部寬于頂部，均稱為側蝕。側蝕的程度是以側向蝕刻的寬度來表示。
在生產中，側蝕若過于嚴重，將影響印制導線的精度，制作精細導線更不可行。而且側蝕易產生突沿，突沿過度，將會造成導線短路。通過制作金相切片，可以觀測到側蝕的嚴重狀況，從而找出影響蝕刻的原因加以改進。對于線寬/線間距為6mil 以上的板，蝕刻線寬控制上比較簡單，可增加底片線寬補償。而對于線寬/線間距4-5mil 的板，蝕刻線寬控制上則困難得多，一般以90%的板蝕刻干凈的速度來控制生產。為了減少其側蝕，通常采取嚴格控制銅濃度，PH 值，溫度和噴淋方式。比如蝕刻方式的影響，由潑濺改為噴淋，蝕刻效果好，側蝕也減小；蝕刻速率的調整，蝕刻速率慢會造成嚴重側蝕，便加快蝕刻速率；檢查蝕刻液PH 值，因PH 值較高，側蝕增大，就想辦法降低其PH 值；蝕刻液密度低也易造成側蝕，就選用高銅濃度的蝕刻液。經過有針對性的改進后，側蝕問題將得到很好解決。
2.2.3 鍍層分層問題
印制電路板生產廠家，在孔金屬化和圖形電鍍工序采用了大量藥液生產，若藥液體系不同，偶爾會出現鍍層分層的現象。分析其產生的原因，可能是印制電路板前處理效果不良，或藥液出現問題。究其產生的工序，離不開孔金屬化、全板電鍍和圖形電鍍工序。為解決問題，首先必須判斷問題產生的工序。此時，借助金相切片技術，可以清晰準確地找出產生問題的工序。因為金相切片試樣經微蝕后，基銅、全板電鍍銅和圖形電鍍銅可以清晰地區(qū)分開來，故根據鍍層發(fā)生分層的位置，就可找出發(fā)生問題的工序，從而縮小范圍，能更有效解決問題。下圖鍍層分層點在基銅與全板電鍍銅之間。分析原因是全板電鍍前表面處理不干凈造成的，更換前處理藥液后，分層現象未再發(fā)生。
2.2.4 鍍層斷裂問題
電鍍銅的鍍層厚度不足及鍍層性能不佳會導致鍍層斷裂（孔壁與內層互聯(lián)斷裂），鍍層厚度不夠（低于10 微米），吸潮后未烘板，在240℃熱沖擊下，也會造成鍍層斷裂。鍍層斷裂不僅影響了內外層電路互連，而且金屬化孔的耐焊性和拉脫強度也不符合質量要求。為了避免此類現象的發(fā)生，必須保證圖形電鍍銅厚大于25 微米，在120℃條件烘板2 小時后，再進行熱沖擊（熱風整平或焊接）。
根據電鍍理論科學，鍍層本身應力的大小將嚴重影響鍍層與基體的結合力。鍍層的內應力主要指宏觀應力，它分為張應力（+）和壓應力（-），張應力傾向使鍍層脫落，從而造成鍍層與基體分層；壓應力傾向于使鍍層向基體貼緊，從而提高鍍層與基體的結合力。銅離子和氯離子含量增加，鍍液溫度升高，鍍層的內應力會下降。而且鍍液中添加劑的含量會影響鍍層的延展性，添加劑、光亮劑等的分解產物溶解于鍍液中，去油不凈等有機物在電鍍槽過多都會使鍍層應力變大，延展性變差。因此鍍液成份和各工藝參數必須控制良好，才能有效提高鍍層的良好性能。否則鍍層在熱沖擊后容易在外層拐角處發(fā)生鍍層斷裂。
3. 結論
印制電路板的生產過程，是一個工藝流程復雜的，多工序間相互協(xié)作的過程。過程質量控制的好壞，將直接影響到最終產品的質量，在質量控制方面，金相切片技術發(fā)揮著重要的作用。此外，印制電路板生產中，總會出現這樣那樣的質量問題，要很好的解決這些問題，我們要有效利用金相切片技術，發(fā)揮它快速、準確的優(yōu)點，準確找出問題的原因。在此基礎上，通過優(yōu)化工藝參數，改進人為失誤，進行嚴格的生產管理，避免出現的質量問題再次發(fā)生，使印制電路板的生產質量穩(wěn)步提高。由于本人的水平經驗有限，在此列舉了一些平時生產中遇到的實際問題，與同行共享和交流。
深圳宏力捷推薦服務：PCB設計打樣 | PCB抄板打樣 | PCB打樣&批量生產 | PCBA代工代料
簡體中文
English
