微切片之分類圖解

印制電路板顯微剖切技術研究1 前言印制電路板制造質量的好壞、使用可靠性的高低、制造過程中問題的發(fā)生與解決、制程能力及改進的評估，往往都需要采用顯微剖切來作為客觀檢察、研究和判斷的依據(jù)。顯微剖切（Microsectioning），又稱微切片、金相切片，它的制作有著一套相對專業(yè)的制造技術和檢測手段。微切片制作質量的好壞，將直接關系到研究和判斷的正確性。俗話說得好，外行看熱鬧、內行看門道，各家有各家的高招。真應了那句名言條條大路通羅馬。作者長期從事各類印制電路板的制造工藝及品質控制技術的研究，曾專長于金相切片的制作，并有大量第一手金相切片照片在握。本不該在各位專家面前獻丑，但每每翻看這些照片，總有一種與人共研之沖動。今特將之分類后，陸續(xù)登出，望各位不吝賜教，共同為業(yè)界之發(fā)展貢獻些許綿力。2 微切片制作工藝流程2.1 取樣待檢印制電路板試樣的采取有以下幾種方法：（1） 采用機械裝置剪切或輥切、鋸切；（2） 平面沖頭之沖切；（3） 凹陷沖頭之沖切；（4） 銑切；（5） 帶鋸切割；上述諸種方法，各有利弊。從對待檢印制電路板部位的損傷來講，第一種和第二種較為嚴重；第三種和銑切則適中。至于帶鋸切割法，雖然同沖切和銑切一樣的快速、便捷，但對操作者來說，存在潛在的傷害危險。2.2 試樣續(xù)處理2.3 試樣入模方式用雙面膠粘住樣品的正截面（較薄的板用訂書子夾住樣品待檢測的側截邊），使樣品垂直立于凝膠模中央。如是試驗切片，建議一個模放兩個樣品，待檢測的側截邊分放于切片的兩面,以便從兩面磨孔均能磨到孔中央,但樣品間要保持最少2mm間距，以免固化后影響樣品的牢固性。2.4 調膠處理本處理的重點在于各組分混合充分均勻，且盡可能減少攪拌所造成的氣泡產(chǎn)生量。正誤攪拌方式對比請參見下左圖9。 攪拌方式對比 2.5 灌膠入模將上述攪拌均勻的膠料，緩慢倒入模內，直至淹沒橫擔試樣的鉛芯或魚線（對于待檢部位在模具底部之情況除外）。對于可能粘附于試樣上的氣泡，可通過輕敲模壁或用牙簽將其引出。對于多試樣于同一模內之情形，須將各試樣分開后灌膠，再緊密集中在一起，以利于鉛芯或魚線穿過之待檢孔內被膠料所填充。此處理過程，可采用牙簽來實現(xiàn)。2.6 微切片研磨處理待膠料固化徹底后，脫模取出微切片，通過以下步驟進行研磨處理：（1） 砂帶打磨： 對于采用鉛芯或魚線定位灌模之微切片，若一模內所承載之試樣數(shù)量較多，固化后之樹脂模上方會突出較多試樣之環(huán)氧樹脂部分。此時，如果直接采用金相切片專用砂紙進行研磨，會造成較大浪費?？刹捎蒙皫Т蚰C進行預處理。（2） 粗磨通過上述處理后，微切片樹脂模表面已基本平整。此時，可采用金相切片專用粗砂紙進行逐級研磨，與之配套的設備有手工處理、半機械化處理和機械化處理等三種類型。手工處理和半機械化處理設備， （3） 細磨 在對微切片樹脂磨至接近觀測部位時，須改用細金相砂紙進行逐級研磨（此轉換點的掌握，需經(jīng)過積累一定制作經(jīng)驗后，方能運用自如），直到符合要求。所用研磨設備與上述粗磨相同，機械化處理設備 2.7 拋光拋光處理，是決定微切片制作質量的關鍵步驟（這當然是建立在前期各級研磨效果的基礎之上的），如果處理不到位，會造成對一些缺陷的誤判，影響檢測結果的真實可靠性。一般情況下，拋光處理是通過專用拋光粉來進行的（也有采用拋光膏的）。對于表面氧化過度的微切片，也可通過再次拋光處理、微蝕，來實現(xiàn)微切片需檢測部位的有效觀測。2.8 微蝕處理微切片的微蝕處理，有時對各鍍層厚度的定量分析和缺陷之準確判定，起著至關重要的作用。各家所用的微蝕藥水體系不盡相同，但常用的無外乎氨水-過氧化氫體系。針對印制電路板微切片之銅、錫/鉛特性，常采用50/50的氨水-過氧化氫體系或等量水稀釋的氨水-過氧化氫體系。至于最佳微蝕刻時間，則需根據(jù)微蝕刻溶液的配置時間、各組分含量和來自于微切片制作的直接經(jīng)驗來決定。2.9 微切片之觀測微切片之觀測，可通過專用顯微鏡來進行。參見上圖15。它具備有多種放大倍率鏡頭自如轉換。此外，可根據(jù)具體觀測需要，進行粗調對焦和微調對焦。并配有自動拍攝微切片即得像片的功能。3 微切片之功用通過印制電路板顯微剖切技術制得的微切片，具有以下幾方面之功用。3.1 來自成品印制電路板的技術數(shù)據(jù)：（1） 外層底銅厚度；（2） 內層銅箔厚度；（3） 全板電鍍銅層厚度（印制板板表面和孔內壁）；（4） 圖形電鍍銅層厚度（印制板板表面和孔內壁）；（5） 熱風整平錫 / 鉛層厚度（印制板焊墊表面和孔內壁）；（6） 阻焊膜（或稱綠油）厚度（介質表面、線路表面和兩側肩部區(qū)域）；（7） 多層印制板之排板方式；（8） 多層印制板各層間介質層厚度；（9） 介質層填充之玻璃纖維特性（經(jīng)、緯向排列方式及纖維股數(shù)）；（10） 孔壁粗糙度。3.2 來自多層印制板可靠性方面的信息：（1） 熱應力測試可能出現(xiàn)的分層、拐角裂縫、鍍層裂縫和介質層裂縫；（2） 金屬化孔焊接返工模擬試驗可能出現(xiàn)的分層、拐角裂縫、鍍層裂縫和介質層裂縫；（3） 熱沖擊試驗可能產(chǎn)生之分層和裂縫。3.3 多層印制板過程控制中所起之作用：（1） 鉆孔后，孔壁粗糙度的測量；（2） DESMEAR制程結束后，內層銅表面去除樹脂鉆污效果之評判；（3） 多層印制板層間重合度度量；（4） 金屬化孔狀況檢測（鍍層是否有空洞、針孔；熱應力試驗后是否出現(xiàn)分層、裂縫現(xiàn)象。）；（5） 全板電鍍鍍層分散均勻性測定；（6） 全板電鍍穿孔電鍍能力評定；（7） 圖形電鍍鍍層分散均勻性測定；（8） 圖形電鍍穿孔電鍍能力評定；（9） 圖形電鍍錫電鍍能力的評判；（10） 側蝕現(xiàn)象之蝕刻因子評價。3.4 各類質量問題分析：（1） 金屬化孔孔壁與內層圖形之互連分離；（2） 金屬化孔內壁樹脂凹縮；（3） 金屬化孔之芯吸作用；（4） 內層釘頭；（5） 金屬化孔空洞；（6） 連接盤起翹；（7） 金屬化孔之負凹蝕；（8） 金屬化孔之環(huán)氧沾污；（9） 線路表面針孔、麻點、凹坑及劃痕；（10） 層壓空洞；（11） 鍍層空洞；（12） 鍍層裂縫；（13） 分層；（14） 起泡；（15） 鍍層剝離（全板電鍍層剝離、圖形電鍍層剝離）；（16） 缺孔口底銅；（17） 阻焊膜入孔造成不上錫；（18） 粉紅圈；4 微切片之分類圖解4.1 微蝕刻作用比較 （1）微切片制作過程中，微蝕所起的作用至關重要。下圖17和18是拋光處理后之微切片微蝕和未微蝕情況之直觀對比。 圖17 微切片經(jīng)過微蝕處理 圖18 微切片未經(jīng)微蝕處理 （2）其次，微切片微蝕刻程度的把握，將直接關系到測量數(shù)據(jù)的準確性，參見下圖19和圖20。 圖19 微蝕適度之各鍍層界限分明 圖20 微蝕刻過度之鍍層界限不清 圖21 微蝕適度鍍層界限分明 圖22 未經(jīng)微蝕鍍層分界困難（3）微蝕刻與否，直接關系到分析和判斷問題產(chǎn)生原因的正確性。對有針對性措施的采取，起關鍵作用。參見上圖21和圖22。 從上兩幅照片對比，左圖可準確判定該金屬化孔鍍層空洞，產(chǎn)生于圖形電鍍中的孔內氣泡夾持。而右圖則無法進行缺陷原因判斷。4.2 全貌一覽 （1）同為四層板之金屬化孔狀況比較。參見下圖23和圖24。 圖23 四層板金屬化孔全貌 圖24 四層板金屬化孔錫塞全貌（2）兩種PTH制程之印制板金屬化孔鍍層狀況全貌對比。詳見下圖25和圖26。 圖25 直接電鍍金屬化孔各鍍層微切片全貌 圖26化學沉銅金屬化孔各鍍層微切片全貌 上述兩圖中，左圖為采用膠體鈀體系直接電鍍，取代傳統(tǒng)PTH制程中的化學沉銅工序，所制造之金屬化孔各鍍層微切片全貌。 右圖則為采用傳統(tǒng)化學沉銅工序，制造出之印制板孔金屬化孔各鍍層微切片之全貌。最外層為熱風整平之錫鉛層。4.3 孔壁去除樹脂沾污效果判斷對于多層印制板的制造來說，層間之電氣互連，是依靠金屬化孔與內層圖形銅之連接來實現(xiàn)的。如果鉆孔參數(shù)選取不當、層壓板固化不完全、鉆頭質量差或單支鉆頭鉆孔數(shù)控制不當，均會導致鉆孔后之孔壁沾污現(xiàn)象出現(xiàn)，如果不及時處理，勢必會導致金屬化孔與內層圖形之互連，最終造成多層印制板的報廢。業(yè)界常采用的檢測DESMEAR效果的快速有效方法之一，是快速浸銀反應。如果DESMEAR處理OK的話，則完成快速浸銀反應后，所有內層銅表面均應為銀白色。參見下圖27、28、29、30。圖27 某六層板孔壁去沾污示意（氧化現(xiàn)象） 圖28 某十層板孔壁去沾污示意（正常） 圖29 某八層板孔壁去沾污示意（淺色） 圖30 某八層板孔壁去沾污示意（深色）4.4 各色微切片相片比較 為了形象直觀地獲得微切片之狀態(tài)，有時可通過專用微切片顯微鏡之濾光系統(tǒng)進行干預，拍攝之圖片更清晰，便于分析和進一步的判斷。下述幾例微切片相片，即為采用上述方法所得到的效果。圖31 成品印制板側蝕示意一 圖32 成品印制板側蝕示意二 圖33 成品印制板側蝕示意三 以上為成品多層印制板之線路側蝕現(xiàn)象，通過此類微切片圖片，可根據(jù)公式，對該種情況下之蝕刻因子進行計算。 同樣，在熱風整平前，也可進行此類評判。相應之微切片像片效果對比，參見下圖34、35和圖36。圖34 熱風整平前印制板側蝕示意一圖35 熱風整平前印制板側蝕示意二圖36 熱風整平前印制板側蝕示意三4.5 阻焊膜特性展示阻焊膜在多層印制板制造中所起之作用，無須所言。阻焊膜制作質量的好壞，將直接影響到后續(xù)工序的制作，甚至會影響到多層印制板的使用可靠性。通常可通過阻焊膜之附著力測試、耐磨性能檢測和耐溶劑特性試驗來控制其制作質量。而阻焊膜制作之厚度（介質面和線路面）、阻焊膜塞孔之狀況和阻焊膜咬邊現(xiàn)象，則可通過微切片相片來揭示。 圖37 線路面阻焊膜較厚之情形 圖38 線路面阻焊膜較薄之情形圖39 阻焊膜塞通孔示意 阻焊膜制作之側蝕（俗稱咬邊）現(xiàn)象，一旦操作參數(shù)控制不當即會產(chǎn)生。主要控制參數(shù)涉及到預烘、曝光和顯影三個方面。具體影響因素有以下諸條：（1） 預烘溫度過低；（2） 預烘時間不夠；（3） 曝光量不足；（4） 真空度差；（5） 顯影液濃度過高；（6） 顯影液溫度過高；（7） 顯影速度過慢；（8） 噴嘴壓力過高。圖40 深色阻焊膜塞孔板 圖41 淺色阻焊膜鍍金板以下是一組阻焊膜咬邊現(xiàn)象之像片。參見圖42、43、44、45。 圖42 金屬化孔焊盤邊綠油咬邊示意 圖43 方形焊墊邊綠油咬邊示意 圖44 矩形焊墊邊綠油咬邊示意 圖45 橢圓形焊墊邊綠油咬邊示意4.6 多層印制板釘頭的故事釘頭是指多層印制板在鉆孔后，其內層孔環(huán)在孔壁表面所呈現(xiàn)的厚度，比其原始銅箔來，顯得更厚。其原因是鉆頭尖部的刃角，在鉆過多孔后，失去了其原有的直角，而呈現(xiàn)出被磨圓的形狀，致使對銅箔切削不夠銳利，不能做到良好切削，反成為強行推擠，最終造成了孔環(huán)內緣之側面出現(xiàn)如“釘頭”的現(xiàn)象。因此，當選擇一種新鉆頭時，或決定單一鉆頭最大鉆孔數(shù)時，需進行試鉆試驗。例如，我們可以采用的是，通過單一鉆頭，對多層印制板試板進行連續(xù)鉆孔8000次，分別選取鉆孔數(shù)1000、2000、3000、4000、5000、6000、7000、8000時的孔，制作微切片，通過計算內層銅箔釘頭的大小，來最終確定其最大鉆孔數(shù)。具體結果，請參見圖46 53。圖46 鉆孔數(shù)1000之釘頭 圖47 鉆孔數(shù)2000之釘頭圖48 鉆孔數(shù)3000之釘頭 圖49 鉆孔數(shù)4000之釘頭 圖48 鉆孔數(shù)3000之釘頭 圖49 鉆孔數(shù)4000之釘頭 圖50 鉆孔數(shù)5000之釘頭 圖51 鉆孔數(shù)6000之釘頭 圖52 鉆孔數(shù)7000之釘頭 圖53 鉆孔數(shù)8000之釘頭4.7 多層印制板排板方式及介質層狀況 通過制作多層印制板之微切片，可清晰地判斷出層壓前之排板方式，一旦出現(xiàn)質量問題時，可由此查找出原因所在。參見圖54和圖55。 圖54 某四層板金屬化孔全貌（50） 圖55 某四層板金屬化孔半貌（50） 通過制作出之微切片，還能清晰地分辨出所用玻璃布的經(jīng)緯向排列方式，以及相對應之樹脂含量。下圖為兩種玻璃纖維之編織情況。圖56 玻璃纖維之經(jīng)緯向排列示意一 圖57 玻璃纖維之經(jīng)緯向排列示意二正如前面所述，有時改變一些觀察用顯微鏡之濾光系統(tǒng)，可拍攝出不同清晰度效果之圖片，當然，這取決于實際情況及各位之喜好。下圖58、59即為一例。 圖58 多層板成品板內部玻璃纖維狀況 圖59 多層板阻焊膜前內部玻璃纖維狀況 為了使大家對印制板內部玻璃纖維之經(jīng)緯排列方式和每束內之股數(shù)情況，有更全面地直觀認識，下面還提供了印制板阻焊膜制作完成后之微切片照片。從中可清晰看出其排列方式及數(shù)量差異。圖60 多層板阻焊膜后內部玻璃纖維示意一 圖61 多層板阻焊膜后內部玻璃纖維示意二4.8 層壓所造成之開、短路原因探究每當多層印制板制造中出現(xiàn)內層開、短路問題時，為探明產(chǎn)生缺陷之真正原因，必須對有問題之多層印制板，進行剖析。說至此處，我們又得重溫先前所介紹之多層印制板微切片制作設備。對于微切片之研磨，共分為粗磨、細磨和拋光。所采用的工具分為人工手動研磨設備、人工半自動研磨設備和全自動研磨設備。因此，我們可以借用上述所提及之研磨設備，逐步研磨除去外層銅層和樹脂層，直到磨至產(chǎn)生問題的內層處，用微切片專用顯微鏡進行觀察分析，并可拍攝出微切片照片。參見下圖62和圖63。 圖62 內層金屬絲造成之短路示意 圖63 鉚釘屑造成內層黑化線短路示意圖64 內層黑化線路斷裂造成之開路示意 圖65 內層纖維絲造成黑化線短路示意4.9 銅電鍍層剝離原因探究印制電路板的成功制造，需經(jīng)歷多道工序之考驗。其中，由于各制造廠家所選用的藥水體系各不相同，或多或少會出現(xiàn)銅電鍍層剝離之缺陷，造成產(chǎn)品的報廢，甚至影響到對客戶的按時交貨。分析銅鍍層剝離之原因，主要有以下兩個方面：（1） 印制電路板表面處理效果不理想；（2） 藥水體系出現(xiàn)問題。 探究銅鍍層剝離產(chǎn)生之工序，不外乎全板電鍍工序和圖形電鍍工序。為了有針對性地采取對策，使此類缺陷不再發(fā)生，可通過合理運用印制電路板之顯微剖切技術，制作缺陷位置之微切片，在微蝕刻恰當?shù)那闆r下，利用顯微鏡可清晰準確地找出產(chǎn)生問題的工序。下圖66和下圖67是針對線路銅電鍍層剝離缺陷，采用不同位置取樣制作之微切片的對比，可明確此剝離缺陷發(fā)生在全板電鍍工序。 圖66 未除去鍍銅剝離層之情況示意 圖67 未除去與除去銅剝離層之情況對比示意圖68焊盤邊緣銅鍍層剝離示意（200） 圖69焊盤邊緣銅鍍層剝離示意（400） 上圖68和上圖69，是針對某六層板，出現(xiàn)在金屬化孔焊盤邊緣之銅鍍層剝離缺陷，制作的微切片，在不同放大倍率觀察下之情況對比。 同樣，對于線路銅電鍍層剝離缺陷，也可采用不同放大倍率來進行問題原因探究，下面之圖70和圖71，即能說明此問題。 圖70 線路銅電鍍層剝離示意（400） 圖71 線路銅電鍍層剝離示意（200）為了能夠正確判斷出銅鍍層剝離產(chǎn)生之工序，微切片之獨特功用，由下圖72（某六層板200倍率下觀察）和下圖73（某四層板200倍率下觀察）表露無疑。圖72 產(chǎn)生于全板電鍍工序之剝離示意 圖73 產(chǎn)生于圖形電鍍工序之剝離示意 當然，在有些情況下，可將有缺陷發(fā)生之部位，采用人工的辦法加以適當處理（如將鍍銅之剝離層向上微微翹起）。這樣制作出的微切片效果對比將更加明顯，參見下圖74和下圖75之示意。 圖74 產(chǎn)生于全板電鍍工序之剝離示意 圖75 產(chǎn)生于圖形電鍍工序之剝離示意 作者在前面已提到，通過改變顯微鏡之濾光系統(tǒng)，可獲得意想不到之觀察效果。此話用在這里同樣有效，請看下圖76和下圖77給出之像片效果。 圖76 產(chǎn)生于圖形電鍍工序之剝離示意一 圖77 產(chǎn)生于圖形電鍍工序之剝離示意二4.10 關于鉆孔之孔口毛刺問題所謂孔口毛刺，是指鉆孔時，銅箔表面切割處所形成的尖銳突出。眾所周知，數(shù)控鉆孔時，鋁上蓋板和非樹脂類下墊板的使用，可減少鉆孔時孔口毛刺的產(chǎn)生。有時，對于選擇一種新鉆頭時，或決定單一鉆頭最大鉆孔數(shù)時，可通過試鉆試驗，根據(jù)對不同鉆孔數(shù)時，所產(chǎn)生孔口毛刺的具體情況，來作為評判鉆頭質量和確定每支鉆頭最大鉆孔數(shù)的參考標準。本次，我們采用的是，通過單一鉆頭，對多層印制板試板進行連續(xù)鉆孔8000次，分別選取鉆孔數(shù)1000、2000、3000、4000、5000、6000、7000、8000時的孔，制作微切片，通過觀察鉆孔后孔口毛刺的大小，來為最終確定其最大鉆孔數(shù)，提供一定的參考依據(jù)。參見圖78 85。 圖78 鉆孔數(shù)1000之孔口毛刺示意 圖79 鉆孔數(shù)2000之孔口毛刺示意 圖80 鉆孔數(shù)3000之孔口毛刺示意 圖81 鉆孔數(shù)4000之孔口毛刺示意圖82 鉆孔數(shù)5000之孔口毛刺示意 圖83 鉆孔數(shù)6000之孔口毛刺示意 圖84 鉆孔數(shù)7000之孔口毛刺示意 圖85 鉆孔數(shù)8000之孔口毛刺示意4.11 多層印制電路板內層狀態(tài)分析 對于一塊多層印制電路板成品板來說，單從外觀是很難判斷出其制造所采用的工藝方法的，但如果通過微切片的制作，則可準確尋找到答案。下圖86為一個表面沉金六層板之微切片照片。 圖86 表面沉金板之微切片照片全貌（50） 由上圖大概可看出，該六層印制板之內層似有電鍍銅加厚的痕跡，但無法判斷出其層壓排板方式。為進一步探明該多層印制板制造所選用之工藝技術，將上述位置微切片分開為三部分進行放大觀察，參見下圖87、88和圖89。圖87 表面沉金板之微切片放大照片上部示意 圖88 表面沉金板之微切片放大照片中部示意圖89 表面沉金板之微切片放大照片下部示意 由上述三張不同部位之放大照片，還無法清晰判斷出該六層板層壓之排板方式。隨后，作者又對其中部區(qū)域進行了更大倍率之放大觀察（參見下圖90）。最終證實了該六層板的制造工藝流程如下所示： 圖90 表面沉金六層板微切片放大照片中部示意（400）4.12 空洞問題聚會4.12.1 線路鍍銅層空洞印制電路板的成功制造，需經(jīng)歷多道工序之考驗。一般可分為干制程制造過程和濕制程制造過程。對于多層印制板制造來說，層間互連和精密微細電路的制造，和濕制程制造過程之電鍍能力密不可分。在全自動電鍍生產(chǎn)線運行過程中，若出現(xiàn)溶液參數(shù)失控、設備問題或電力故障，對正處于電鍍線各功能槽內的待處理印制板來說，是個考驗。如果應急措施不當，輕則影響產(chǎn)品質量，重則造成印制板的報廢。線路鍍銅層空洞就是其中一種缺陷類型。通過合理運用印制電路板之顯微剖切技術，制作缺陷位置之微切片，利用顯微鏡可清晰觀察出此類問題。參見下圖91和下圖92所示。 圖91 線路銅鍍層空洞缺陷示意一 圖92 線路銅鍍層空洞缺陷示意二4.12.2 層壓板空洞圖93 層壓板空洞缺陷示意（50）層壓板內部應當有樹脂或粘接劑，但充填不完全而有缺少的區(qū)域，稱之為層壓板空洞缺陷。上圖93和下圖94為此類層壓板空洞缺陷之同一位置，不同倍率下所拍攝之微切片照片示意。圖94 層壓板空洞缺陷示意（100）4.12.3 負凹蝕之孔壁鍍銅層空洞圖95負凹蝕造成之孔壁鍍銅層空洞示意一（400） 早期軍用多層印制電路板，為了獲得更好的可靠性，在鉆孔后進行孔壁去鉆污時，還進一步要求對孔壁介質層的回縮處理，使各內層孔環(huán)能夠突出，以便在完成孔壁鍍銅后，形成一種三面包夾式的結構。該種使介質層被溶蝕而退縮的制程，稱為凹蝕處理。但在一般多層印制電路板制程中，如果操作不當（微蝕過度），往往會造成內層銅環(huán)退縮的錯誤現(xiàn)象，我們稱之為負凹蝕。上圖95即為此種負凹蝕缺陷，經(jīng)電鍍銅后所形成的孔壁空洞缺陷示意。 下圖96和圖97，是某多層印制板孔壁負凹蝕所造成的孔壁鍍銅層空洞缺陷，經(jīng)三次熱應力試驗后之微切片情況示意，圖96和圖97分別為放大倍率200和400條件下之顯微切片照片。 圖96 孔壁鍍銅層空洞缺陷（200） 圖97 孔壁鍍銅層空洞缺陷（400）4.12.4 金屬化孔鍍層空洞多層印制板制造過程中，金屬化孔制造質量的重要性，是不言自明的。作為金屬化孔鍍層空洞缺陷的產(chǎn)生原因，大致有以下幾方面：（1） 化學鍍銅層不完整；（2） 鍍液里有微小顆粒雜質；（3） 鍍前酸洗或微蝕刻時間過長，將孔內鍍層蝕刻掉了；（4） 孔壁被顯影液或干膜的殘余物等污染；（5） 錫鍍液分散能力差；（6） 金屬化孔內氣泡夾持。針對上述造成金屬化孔鍍層空洞缺陷產(chǎn)生的原因，相應之對策簡述如下：（1） 嚴格控制化學鍍銅工藝；（2） 過濾鍍液，鍍前認真沖洗印制板；（3） 嚴格遵守操作規(guī)程；（4） 加強顯影后的質量控制，及時更換顯影液；（5） 調整錫鍍液，提高分散能力；（6） 電鍍線采用水平搖擺、主要功能槽垂直震動措施。下圖98和99，分別展示的是某雙面板金屬化孔鍍層空洞缺陷，整個金屬化孔全景情況和孔壁空洞缺陷位置之局部放大照片。 圖98 孔壁空洞全景示意 圖99 孔壁空洞缺陷局部放大示意上述金屬化孔空洞缺陷，往往發(fā)生在全板電鍍工序或圖形電鍍工序。通過對有問題多層印制板的微切片剖析，能有針對性的在相應工序采取對策，比如在對較小孔進行孔金屬化處理時，在相應的槽位啟動震動裝置、增加溶液過濾頻率和效果監(jiān)測、優(yōu)化水平搖擺作用和進行溶液參數(shù)的調整等。圖100 緣于全板電鍍工序空洞示意（100） 圖101 緣于圖形電鍍工序空洞示意（100）全板電鍍工序和圖形電鍍工序所產(chǎn)生的金屬化孔鍍層空洞缺陷，通過微切片觀測，可清晰加以判斷。上圖100和101，即為同樣放大倍率下之產(chǎn)生于全板電鍍工序、圖形電鍍工序的金屬化孔鍍層空洞缺陷情況示意。 對于多層印制板金屬化孔鍍層空洞缺陷來說，有時需要通過選取不同的放大倍率進行觀察，方能準確地判斷出其缺陷產(chǎn)生之根本原因。下圖102、103、104演示的是同一個產(chǎn)生于全板電鍍工序的金屬化孔孔壁鍍層空洞缺陷探因過程。圖102某多層板缺陷全貌（50） 圖103某多層板缺陷放大產(chǎn)生于全板電鍍（100）圖104某多層板缺陷再放大產(chǎn)生于全板電鍍（200）從以上圖片可得出金屬化孔孔壁鍍層空洞產(chǎn)生工序之判別方法：（1） 全板電鍍工序產(chǎn)生的金屬化孔孔壁鍍層空洞，其孔壁鍍層之斷面，呈現(xiàn)兩種鍍層包埋狀態(tài)，即全板電鍍鍍層被外層之圖形電鍍鍍層所包埋；（2） 圖形電鍍工序產(chǎn)生的鍍層空洞，其空洞處的鍍層斷面，兩種鍍層呈現(xiàn)臺階狀態(tài)，類似于線路蝕刻后之側面情況。說到這里，作者覺得有必要再次重申一下，微切片制作中的微蝕處理之重要性。試想，一個微切片如果未經(jīng)微蝕處理，或處理得不恰當，勢必對缺陷原因之判斷帶來不便，有時可能導致判斷根本不可能進行。以下，將列舉一個產(chǎn)生于圖形電鍍工序之金屬化孔鍍層空洞缺陷微切片照片，來說明這個問題。圖105 微蝕后可清晰判斷缺陷產(chǎn)生原因 圖106 未經(jīng)微蝕無法判斷缺陷產(chǎn)生原因多層印制電路板之金屬化孔孔壁鍍層空洞，常發(fā)生于內層銅箔附近之孔壁樹脂凹蝕處。如果兩個內層銅箔相鄰較近，其出現(xiàn)之幾率則較高。下圖107和108，即為此種情況下所形成之缺陷不同放大倍率下所拍照片示意。圖107 相鄰內層樹脂凹蝕處缺陷示意（100） 圖108 相鄰內層樹脂凹蝕處缺陷示意（200）從上述兩張照片，還能清晰判定此種金屬化孔孔壁鍍層空洞缺陷產(chǎn)生在全板電鍍工序。對由于孔壁夾持氣泡所造成之金屬化孔孔壁鍍層空洞缺陷來說，其缺陷形式是對稱的，且分為內層銅箔單側空洞缺陷和內層銅箔雙側空洞缺陷。圖19 內層銅箔單側鍍層空洞示意（50）請參見發(fā)生在某同一圖號六層板孔壁內層銅箔位置之空洞缺陷，在不同放大倍率下所攝之照片109和110。圖110 內層銅箔雙側鍍層空洞示意（100）由孔壁不同工序夾持氣泡所造成之孔壁鍍層空洞缺陷，一般情況下具有對稱結構之特點。由干膜等外來雜質所造成之孔壁鍍層空洞缺陷，則有時會顯現(xiàn)出非對稱性結構。下圖111和圖112，給出了此兩種情況之示意。 圖111對稱性鍍層空洞示意 圖112非對稱性鍍層空洞示意呼應前面所述，下圖為采用不同顯微鏡濾光條件所拍之金屬化孔孔壁鍍層空洞缺陷示意，最終選取何種濾光條件進行觀察，視具體情況而定。 圖113 綠色空洞缺陷照片示意 圖114 藍色空洞缺陷照片示意對照下述兩張空洞缺陷照片，可見其為阻焊膜入孔板，圖115為孔壁空洞處徹底無銅，而圖116則尚有很薄一層銅。 圖115 孔壁空洞處徹底無銅示意 圖116 孔壁空洞處尚有很薄銅示意 至此，本次空洞問題聚會暫告一段落。尚有幾張此類孔壁鍍層空洞照片，留待以后表來，請各位包涵。4.13 印制電路板線路制作問題匯集 首先，讓我們簡單回顧一下多層印制板制造工藝流程：從上述多層印制板制造工藝流程中，可看出影響線路制造精度的主要因素有以下幾方面：（1） 內層圖形制作過程；（2） 多層印制板的層壓過程；（3） 孔金屬化處理過程；（4） 圖形電鍍過程；（5） 外層圖形之堿性蝕刻過程；（6） 所有工序制作之前處理過程（尤其是機械前處理方式）。 下面將根據(jù)現(xiàn)有圖片分類進行粗略介紹，概括范圍肯定有限，作者期盼起個拋磚引玉之作用，引起各位對線路制作精度控制方面，更深層次的思考。4.13.1 層壓所造成之線凹 對于多層印制板來說，板面制作之平整度（無論是整個板面外形平整性、焊墊電鍍層厚度均勻性、焊墊表面處理之涂覆平整性等）很重要。但多層印制板表面之印制線路平整性也很重要，如果控制不當，有時甚至會導致多層印制板的報廢。下圖117和圖118展示的是由于層壓不當所造成之板面線路凹陷。該類缺陷僅靠放大鏡置于表面很難判明正確致因，但微切片剖切技術在此可發(fā)揮其無可替代的作用。圖117 多層板表面線凹示意一（200） 為了更清晰地判斷線凹產(chǎn)生之根本原因，作者又進行了放大拍攝，見下圖118。圖118 多層板表面線凹示意二（400） 由上圖二可清晰判斷出，此種多層印制板表面線凹缺陷，是由于層壓所造成的。因為經(jīng)過對微切片之微蝕處理，可觀察到底銅、全板電鍍銅和圖形電鍍銅整體下陷。4.13.2 層壓板之內層線路變形 對于多層印制板制造來說，內層線路制作狀態(tài)，無法通過常用檢測方法由外部進行監(jiān)控。但通過微切片的制作，利用微切片專用顯微鏡，卻能進行有效監(jiān)測。下圖119即為一多層印制板內層線路變形缺陷情況示意。 圖119 內層線路變形缺陷情況示意4.13.3 線路之圖形電鍍銅層針孔多層印制板生產(chǎn)過程中，有時會出現(xiàn)電鍍銅層表面之針孔問題。一般用來進行線路寬度控制的讀數(shù)顯微鏡，無法進行缺陷程度監(jiān)測。但可通過有針對性地制作微切片，較容易地觀察到針孔之深度和寬度，對該有問題多層印制板能否接受進行判定。下圖120，為一個線路面針孔情況示意。圖120 線路面針孔情況示意（400） 由于該微切片在觀察前進行了微蝕刻處理，將線路銅清晰地分為了底銅、全板電鍍銅和圖形電鍍銅，所以，無需多言，該線路面針孔缺陷，是發(fā)生在多層印制板外層線路之圖形電鍍銅層。4.13.4 線路之電鍍銅狀況探因多層印制板外層線路電鍍銅，可分為全板電鍍銅和圖形電鍍銅兩部分。如果出現(xiàn)一些制程設備故障或誤操作，勢必對線路之電鍍層厚度及表面狀況產(chǎn)生影響，最終可能導致產(chǎn)品的報廢。此時，通過微切片的制作，可揭開此類問題產(chǎn)生之原因。下圖121和圖122，均為電鍍銅層厚度出現(xiàn)問題之多層印制板缺陷示意。圖121外層線路電鍍銅層厚度問題示意一圖122外層線路電鍍銅層厚度問題示意二 從上述圖121可看出，該多層印制板在原有全板電鍍和圖形電鍍銅的基礎上，又進行了兩次電鍍銅過程。這樣，勢必增加了線路表面及孔內電鍍銅層的厚度，嚴重影響到線路之制作精度。 對比圖121，從圖122中，我們不僅看出該多層印制板在原有全板電鍍和圖形電鍍銅的基礎上，又進行了一次電鍍銅過程。且該電鍍銅層，可明顯觀察到存在有鍍層空洞現(xiàn)象，因此，線路之制作精度也無從談起，且直接影響到該多層印制板表面線路之鍍銅層狀況，最終作為廢品處理。另外，由上述兩圖之微切片照片可看出，微切片試樣之微蝕刻處理，對出現(xiàn)問題處之原因甄別，發(fā)揮了巨大的作用。4.13.5 線路制作之側蝕眾所周知，多層印制板的層間互連，是通過金屬化孔來實現(xiàn)的。而想要獲得高可靠性的多層印制板，對金屬化孔之孔壁銅層厚度有一定的要求。為此，需要通過一段時間的電鍍銅方能達到。但隨著電鍍銅層厚度的增加，勢必對線路制作精度帶來較大影響，也即圖形蝕刻時所存在的側蝕現(xiàn)象。無論你選用何種先進溶液體系、誰家制造的先進蝕刻設備或操作員工的控制水平有多高，線路制作之側蝕現(xiàn)象總難避免，無非是側蝕程度之深淺區(qū)別而已。線路在進行蝕刻銅處理時，除了要對正面向下的溶蝕之外，蝕刻液也同時會攻擊線路兩側無保護的銅面，這種現(xiàn)象稱之為側蝕，其結果造成如香菇般的蝕刻缺陷。業(yè)界一般采用蝕刻因子或蝕刻系數(shù)（它被定義成需蝕刻銅層的厚度與側蝕量之比值）的大小來衡量側蝕的程度。蝕刻因子越高，側蝕量越小。隨著多層印制板制作向高密度之精細線條方向發(fā)展，對于線路制作之蝕刻處理，希望其側蝕量越小越好，也即有較高的蝕刻因子。 線路制作蝕刻因子的度量，可通過微切片剖切技術來實現(xiàn)。參見下圖123和圖124。 下圖123之微切片制作取樣，是在完成外層圖形蝕刻、退錫保護前進行的。由于對微切片微蝕處理得當，故可清晰判明底銅、全板電鍍銅、圖形電鍍銅和鍍錫保護層之厚度，以及線路兩側側蝕寬度減小的程度。根據(jù)蝕刻因子計算公式，能評判出此次圖形蝕刻之側蝕程度，為蝕刻制程之監(jiān)控提供依據(jù)。圖123 線路制作之側蝕示意一圖124 線路制作之側蝕示意二上圖124之微切片制作取樣，是于退錫工序完成后，顯然，能同樣計算出該圖形蝕刻之蝕刻因子大小。4.13.6 孔口焊盤之無底銅現(xiàn)象 一般在數(shù)控鉆孔后，孔金屬化制作前，需進行去鉆孔毛刺操作，且通常采用機械磨刷的方法。如果控制不當，會導致孔口無底銅現(xiàn)象，這樣勢必會對多層印制板表面線路的制作精度造成影響。如果情況嚴重的話，還將影響到該多層印制板的使用可靠性，出現(xiàn)熱沖擊條件下的金屬化孔拐角斷裂缺陷。 下圖125和圖126，為該種金屬化孔孔口焊盤無底銅問題，在不同放大倍率下所拍攝之微切片照片。 圖125金屬化孔孔口焊盤無底銅示意（400）圖126金屬化孔孔口焊盤無底銅缺陷局部放大示意（1000）4.14 負凹蝕對電鍍質量影響剖析所謂負凹蝕，為孔壁內層導電材料相對于周圍之基材凹縮的凹蝕現(xiàn)象。如下圖127之微切片照片所示。圖127孔壁內層銅負凹蝕缺陷示意（200） 當多層印制板出現(xiàn)上述之孔壁內層銅負凹蝕現(xiàn)象后，緊接下來之孔金屬化質量，勢必很難保證。如果負凹蝕情況嚴重的話，會造成多層印制板孔金屬化后的孔壁鍍銅層空洞，一旦受到熱沖擊，會引起鍍銅層暴孔、裂縫等缺陷。話又說回來，具體問題需具體分析。多層印制板孔金屬化前的凹蝕處理，對于獲得高可靠性的金屬化孔質量，至關重要。因此，一旦出現(xiàn)凹蝕過度之現(xiàn)象，不可一概作為廢品論處，可通過工藝試驗，有針對性地制作微切片，依靠顯微鏡放大手段進行觀察和判斷，為最終之多層印制板質量把好關。下圖128和圖129，為兩種不同凹蝕程度下之孔，經(jīng)過孔金屬化及電鍍后，所制作之微切片顯微放大照片。 圖128 孔壁內層銅凹蝕后電鍍質量示意一 圖129 孔壁內層銅凹蝕后電鍍質量示意二 上圖128和圖129，同為顯微鏡放大倍率200下所拍之照片，從照片對比可看出，圖128之金屬化孔質量是可以接受的，而圖129之金屬化孔質量是不能接受的。究其原因，可以通過對比兩者之孔壁內層銅的凹蝕深度來進行。為了更清晰判斷負凹蝕對多層印制板孔金屬化制作的影響，將缺陷位置放大到400倍進行拍攝，參見下圖130和圖131。圖130 負凹蝕缺陷造成鍍層空洞示意一（400）圖131 負凹蝕缺陷造成鍍層空洞示意二（400）下圖132和圖133，同為顯微鏡放大倍率400下所拍之照片，從照片對比可看出，圖132之金屬化孔質量是可以接受的，而圖133之金屬化孔質量是不能接受的。 圖132 可接受之金屬化孔質量示意 圖133 不能接受之金屬化孔質量示意當然，所有由于孔壁內層銅負凹蝕造成之多層印制板金屬化孔電鍍銅質量，并不一定似上述之圖133那么嚴重。有時，發(fā)生此類缺陷之孔金屬化質量，通過微切片剖切技術也不一定能夠準確把握。需通過對此類缺陷板進行熱應力試驗，如288C錫鍋條件下，進行三次熱循環(huán)，每次10秒。然后，再選取有缺陷位置，制作微切片，通過顯微鏡進行觀測，對比試驗前判斷缺陷有無擴大，或有無新缺陷增加。最后需指出的是，在進行完必須試驗后，無論結果如何，有缺陷板之接受與否，應取決于客戶之最終認可。 下圖134和圖135給出了此類較輕負凹蝕缺陷板之微切片照片示意。圖134 較輕負凹蝕缺陷示意一圖135 較輕負凹蝕缺陷示意二 對比上述兩幅照片，同為較輕負凹蝕缺陷，圖134所示之多層印制板孔金屬化制作質量明顯強于圖135之情況。4.15 金屬化孔孔口缺基材銅解析眾所周知，多層印制板的制造，歷經(jīng)多道不同工序之處理。其中既有干法處理過程，如層壓、數(shù)控鉆孔、數(shù)控銑外形等；同時也不乏各類濕法化學處理過程，如化學沉銅、電鍍銅（錫）、酸性（或堿性）蝕刻、退錫處理、各類顯影等。但我們同時也不能忽略了，在各類處理過程中保證結合力質量的前處理過程。這包括數(shù)控鉆孔后進行孔金屬化制作前的DEBURRING處理、濕膜制板或干膜制板前的化學或機械前處理、阻焊膜制作前所必須進行的機械刷板加化學微蝕前處理、熱風整平板之化學微蝕前處理等。說到數(shù)控鉆孔后孔口鉆孔毛刺的去除，或孔金屬化制作前的DEBURRING處理，如果DEBURRING處理操作不當，或采用金屬鏟除去孔口毛刺的不規(guī)范操作，有可能會導致孔口基材銅的除去。這樣的板，在經(jīng)過電鍍處理后，由于孔口處鍍層下缺少底銅，使其結合力降低，最終影響產(chǎn)品質量。圖136 孔口無底銅且孔口質量差 上圖136顯示的是一種孔口處理質量較差情況下之圖片。這樣差的孔口狀況，孔金屬化處理后的質量狀況可想而知。下圖137，即為一孔口無底銅板，孔金屬化處理后之放大照片示意。 圖137孔口無底銅板孔金屬化后狀況示意 為了將正常板和孔口無底銅板孔金屬化后之鍍層狀況進行比較，下面給出了這兩者情況下之金屬化孔狀況對比。請參見下圖138和圖139。圖138 孔口無底銅缺陷板金屬化孔狀況示意圖139 孔口正常板金屬化孔狀況示意從上述兩張照片對比，我們對孔口有無基材底銅板，在完成金屬化孔制作后之狀況有了直觀上的了解。但孔口無基材底銅之多層印制板，在完成其整個制作過程后，其可靠性程度到底何如，尚不能一概而論，必須在經(jīng)過指定之可靠性試驗后，通過微切片剖切技術的運用，來最終確定。 通過上述兩幅圖片，我們還能更深切感受到，微切片制作完成后之微蝕刻處理的重要性。試想，如果沒有此項技術，或運用微蝕刻處理技術不當，必將難以判斷出此種孔口缺底銅缺陷，給多層印制板之產(chǎn)品質量控制帶來困難。下圖140和圖141，即為微蝕刻作用之又一例證。圖140 孔口無底銅狀況示意（400）圖141 孔口幾無PANEL銅狀況示意（400） 4.16 金屬化孔缺陷羅列電子工業(yè)的飛速發(fā)展，對印制電路制造業(yè)的要求越來越高，孔密且細小是印制電路板制造的最大挑戰(zhàn)。一塊印制電路板通常之孔數(shù)高達數(shù)千個，孔徑從0.1毫米到2毫米不等。他們一方面提供插裝元件，另一方面供作導電線路。因此，多層印制板的金屬化孔制造過程是多層印制板制造中最關鍵的工序之一。在多層印制板制造過程中，各生產(chǎn)廠家所選用的材料存在差異、設備各有長短、工藝規(guī)范及執(zhí)行狀況也各具特色，難免出現(xiàn)這樣那樣的問題，這是業(yè)界很正常的事情，當然，我們之共同目標是零缺陷。 下面，將就金屬化孔缺陷問題，限于手邊圖片，粗略加以羅列，肯定有所遺漏，望各位見諒。4.16.1 孔壁粗糙度問題 衡量數(shù)控鉆孔工序是否受控，一個簡單的辦法，就是對鉆孔后的板，選取板邊之附聯(lián)板圖形上的孔，經(jīng)金屬化孔制作完成后，通過制作微切片，進行孔壁粗糙度的度量，來加以判斷。下圖142和圖143為孔壁粗糙層度不同情況之示例。圖142 孔壁粗糙度較大狀況示意 圖143 孔壁粗糙度較小狀況示意影響鉆孔后之孔壁粗糙度的因素較多，我們不妨在此粗略列舉一下，俗話說得好，磨刀不誤砍材功。（1） 鉆頭質量；（2） 鉆頭鉆孔次數(shù)；（3） 鉆孔之鉆速；（4） 鉆孔之進給量；（5） 待鉆板之厚度及疊板厚度；（6） 待鉆孔之多層層壓板的樹脂固化狀況；（7） 鉆孔之孔徑尺寸；（8） 數(shù)控鉆床之性能；（9） 上、下墊板的使用情況。 4.16.2 金屬化孔之鍍層結瘤鉆孔質量一旦欠佳，相應之缺陷類型也就自然增多。金屬化孔鍍層結瘤現(xiàn)象，就是其中之一。參見下圖144和圖145所示。 圖144 金屬化孔鍍層結瘤示意一 圖145 金屬化孔鍍層結瘤示意二 有些情況下，孔壁粗糙和鍍層結瘤是同時發(fā)生的。下圖146和圖147就是一個例證。 圖146 孔壁粗糙和鍍層結瘤并存示意之一 圖147 孔壁粗糙和鍍層結瘤并存示意之二4.16.3 金屬化孔之芯吸現(xiàn)象 印制電路板之板材，經(jīng)過鉆孔后，其玻璃纖維紗束切斷處，常呈現(xiàn)疏松狀，當經(jīng)過后續(xù)之PTH制程時，各種槽液被吸入纖維內，最終導致化學銅層存留其中，此種現(xiàn)象稱之為芯吸。圖148 金屬化孔孔壁無芯吸現(xiàn)象上圖148和下圖149、圖150，分別顯示了無芯吸、較輕微芯吸和較嚴重芯吸示意。圖149金屬化孔孔壁較輕微芯吸現(xiàn)象圖150金屬化孔孔壁較嚴重芯吸現(xiàn)象4.16.4 金屬化孔孔壁樹脂沾