PCB金相切片制作过程1

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，孔镀层厚度，侧蚀，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→ 取样→ 精密切割到符合模具大小→ 镶嵌→ 粗磨→ 细磨→ 抛光→ 微蚀→ 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，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，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。

图1 喇叭孔示意（50×）

6）用抛光粉（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%的双氧水按体积比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 roughness）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

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，

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，可以准确测出孔任何一处的铜厚及孔口表面铜层厚度，对孔镀层的判断更直观。

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。

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：①金属化孔漏基材②金属化孔镀铜层不大于板厚的5%③孔壁与各环交接处出现镀层空洞④孔出现环状孔破⑤楔形孔破等。出现以上现象的原因各异。其中孔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）孔有气泡，在化学铜时，药水无法浸润而未沉上铜，4）孔有杂质堵塞，无法沉上铜，5）药液浓度、温度未达到操作围，6）镀层孔壁原本良好，因过分蚀刻后，铜层被腐掉，造成破孔。

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镀铜和化学铜。b.原因分析：