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PCB切片分析的作用、制作技術(shù)及相關(guān)切片解析

印制線路板的生產(chǎn)質(zhì)量與檢測技術(shù)密不可分。沒有必要的檢測手段，就無法有效的評估當(dāng)前的生產(chǎn)質(zhì)量水平及深化工藝制程改善。質(zhì)量就很難得到保障。印制線路板的檢測技術(shù)，是隨著印制板的制造技術(shù)的不斷發(fā)展而不斷提高的。但*普及、*經(jīng)濟、*準(zhǔn)確的、*可靠的就是金相切片檢測技術(shù)。

本文將主要介紹切片技術(shù)在印制板過程控制中的作用、金相切片技術(shù)在解決生產(chǎn)過程質(zhì)量問題中的作用、金相切片制作的詳細方法、部分切片解析，產(chǎn)生原因和解決辦法。供大家參考、討論。

一、金相切片技術(shù)在印制板過程控制中的作用
印制板的生產(chǎn)，是一個多種工序相互協(xié)作的過程。前道工序產(chǎn)品質(zhì)量的優(yōu)劣，直接影響下道工序的產(chǎn)品生產(chǎn)，甚至直接關(guān)系到*終產(chǎn)品的質(zhì)量。因而，關(guān)鍵工序的質(zhì)量控制，對*終產(chǎn)品的好壞起著至關(guān)重要的作用。作為檢測手段之—的金相切片技術(shù)，在這一領(lǐng)域發(fā)揮著不可替代的巨大作用。 金相切片技術(shù)在印制板過程控制中的作用，主要有以下幾個方面：

1.在原材料來料檢驗方面的作用
作為雙面板或多層印制板生產(chǎn)所需的覆銅箔板或?qū)訅喊?，其質(zhì)量的好壞將直接影響到印制板或多層印制板的生產(chǎn)。通過金相切片可得到以下重要信息：
（1）銅箔、基板厚度。檢驗銅箔、基板厚度是否符合印制板的制作需要。（2）絕緣介質(zhì)層厚度及半固化片的排布方式。
（3）絕緣介質(zhì)層中，玻璃纖維的經(jīng)緯向排列方式及樹脂含量。（4）層壓板缺陷信息

層壓板的缺陷主要有以下幾種：
1.皺褶
皺褶是指層壓板表面銅箔的折痕或皺紋。通過金相切片可見該缺陷的存在是不允許的。

2.針孔
指*穿透一層金屬的小孔。對制作較高布線密度的印制板或多層印制板，往往是不允許出現(xiàn)的缺陷。

3.劃痕
劃痕是指由尖銳物體在銅箔表面劃出的細淺溝紋。通過金相切片對劃痕寬度和深度的測量，決定該缺陷的存在是否允許。

4.麻點和凹坑
麻點指未*穿透金屬箔的小孔；凹坑指在壓制過程中，可能所用壓磨鋼板局部有點狀突出物，造成壓好后的銅箔面上出現(xiàn)緩和的下陷現(xiàn)象?？赏ㄟ^金相切片對小孔大小及下陷深度的測量，決定該缺陷的存在是否允許。

5.層壓空洞、白斑和起泡
層壓空洞是指層壓板內(nèi)部應(yīng)當(dāng)有樹脂和粘接劑但充填不*而有缺少的區(qū)域；白斑是發(fā)生在基材內(nèi)部的，在織物交織處玻璃纖維與樹脂分離的現(xiàn)象，表現(xiàn)為在基材表面下出現(xiàn)分散的白色斑點或“十字紋”；起泡指基材的層間或基材與導(dǎo)電銅箔間，產(chǎn)生局部膨脹而引起局部分離的現(xiàn)象。該類缺陷的存在，視具體情況決定是否允許。

2.在生產(chǎn)過程質(zhì)量控制中的作用
金相切片技術(shù)在印制板生產(chǎn)的過程控制中，發(fā)揮著重要的作用。在不同工序完成后，對制程板取樣，進行金相切片分析，可對該工序完成后的印制板質(zhì)量進行檢測；同時，對該工序是否處于正常工作狀態(tài)，進行評判，對印制板的質(zhì)量起到保障的作用。它主要表現(xiàn)在以下方面：
（1）鉆孔工序后的孔壁粗糙度檢測
為保證雙面板或多層印制板的孔金屬化質(zhì)量，必須對鉆孔后的孔壁粗糙度進行檢測。取樣后，制作金相切片，用讀數(shù)顯微鏡進行粗糙度的度量。為使度量清晰準(zhǔn)確，可將試樣進行沉銅、板電處理后，再做金相切片。

（2）多層印制板層壓工序后的重合度檢測
為保證多層印制板層與層之間的圖形、孔或其他特征位置的一致性，在進行層壓操作時，都有各自所采用的定位系統(tǒng)。但某些客觀因素的存在，還是會造成層間的偏離。為此，必須對層壓后的多層印制板進行金相切片抽檢，以保證層壓后的板符合質(zhì)量要求。

（3）孔壁去鉆污和凹蝕效果檢測
經(jīng)過鉆孔工序后的印制板或多層印制板，受多種因素的影響，會造成孔壁的環(huán)氧樹脂沾污，如不去除將會影響如：孔壁鍍層的附著力、內(nèi)層連接等。因而，在進行孔金屬化前，必須去除孔壁上的熔融樹脂和鉆屑，同時進行凹蝕處理。為判明去沾污和凹蝕的效果，就要通過金相切片加以檢測。

（4）孔金屬化狀況檢測
1.將全板電鍍工序后的雙面板或多層板，取電鍍試孔或鉆房試孔，制作金相切片，檢測孔金屬化情況，是否有鍍層空洞、針孔等缺陷存在。
2.將圖形電鍍工序后的雙面板或多層板，取樣后，在錫鍋內(nèi)（288℃±5℃，10S），進行三個循環(huán)的浸錫試驗。然后，制作金相切片，檢測孔金屬化情況，觀察是否有分層、裂縫等現(xiàn)象出現(xiàn)。

（5）電鍍能力評定
印制板的電鍍過程，包括全板電鍍和圖形電鍍兩部分。電鍍能力則包括整板鍍層分散均勻性和穿孔電鍍能力兩種。
1.全板電鍍工序電鍍能力評定
鍍層分散均勻性
取一定量的試板，按編號沿飛巴從左到右排開，經(jīng)全板電鍍工序后，按下圖（1）A、B、C、D、E、F、G、H、I 位置取樣后，制作金相切片。按圖（2）讀取孔壁和孔口板面銅厚后，經(jīng)計算可得飛巴上不同位置的板面鍍銅層厚度分布和每板上不同位置的銅厚分布。


穿孔電鍍能力
按上法讀取各點銅厚數(shù)據(jù)后，將每點的孔壁銅厚均值除以孔口板面銅厚均值，即可得到該位置的穿孔電鍍能力值。（現(xiàn)在有部分廠使用另一種讀數(shù)法即：孔內(nèi)第2點和第5點的均值除以孔口板面銅厚均值的做法）

2.圖形電鍍銅工序電鍍能力評定 鍍層分散均勻性
按全板電鍍銅的方法，試板經(jīng)全板電鍍后，采用特定的試驗用模版，進行圖形轉(zhuǎn)移，再經(jīng)圖形電鍍工序后，按1.中的方法取樣、制作金相切片。所不同的是，每一位置分隔離孔位和圍繞孔位兩種情況。

穿孔電鍍能力
將每點的孔壁銅厚除以孔口板面銅厚值，即得該位置的穿孔電鍍能力值。同樣，每一位置分隔離孔位和圍繞孔位兩種情況。

3.圖形電鍍錫工序電鍍能力評定
參照圖形電鍍銅工序電鍍能力評定方法進行。

（6）蝕刻因子評價
多層印制板的外層圖形，是通過蝕刻工序而得到的。隨著不需要的基材銅箔的去除，蝕刻液也會攻擊線路兩側(cè)無保護的銅面，造成如蘑菇云般的蝕刻缺陷，稱為側(cè)蝕。蝕刻因子即為蝕刻品質(zhì)的一種指標(biāo)，定義為蝕刻深度與側(cè)向蝕刻量之比。通過對板邊測試線條的金相切片，可用讀數(shù)顯微鏡測出蝕刻深度和側(cè)向蝕刻量從而計算出蝕刻因子。

（7）SPC 統(tǒng)計制程管制圖評價
管制圖之應(yīng)用有許多方式，在大多數(shù)之應(yīng)用上，管制圖是用來做制程之線上監(jiān)視(on-line monitor)。 管制圖也可用來做為估計之工具，當(dāng)制程是在管制內(nèi)時，則可預(yù)測一些制程參數(shù)，例如平均數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)差、不合格率等。 管制圖之用途：
1.判斷制程是否穩(wěn)定。2.使用制程穩(wěn)定,可以預(yù)測而掌握品質(zhì)成本。3.制程異常警報。4.直接由作業(yè)員繪制管制圖,管制制程問題,反應(yīng)迅速。5.制程檢討的語言。6.解析制程的工具。但是這些管制圖的制定，需要大量的金相切片測試數(shù)據(jù)作為支持。比如：各鍍層厚度的管控、層間對位管控、蝕刻因子管控等。

3.在產(chǎn)品可靠性試驗中的作用
雙面板或多層印制板制造完成后，針對不同客戶的要求，需對印制板成品進行可靠性試驗。由于有些試驗是破壞性的，故經(jīng)常使用報廢板進行。下面對金相切片技術(shù)在可靠性試驗中所發(fā)揮的作用，簡要介紹如下：

（1）鍍層厚度測量
鍍層厚度往往是客戶對印制板的*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、純錫厚度。有時，應(yīng)客戶要求，還需提供阻焊膜厚度值（分為大銅板面、線條面和樹脂面）、絕緣介質(zhì)層厚度值和孔壁鉆孔粗糙度值。這些均可通過金相切片進行測量。

（2）熱應(yīng)力試驗
熱應(yīng)力試驗，通常為模擬焊接過程，將試樣浮置于熔融焊錫表面（錫鍋溫度維持在288℃±5℃，10S），試樣經(jīng)受迅速加熱而使內(nèi)部結(jié)構(gòu)受到應(yīng)力的試驗。試驗結(jié)束后，進行金相切片觀察，須沒有分層、拐角裂縫、鍍層裂縫和介質(zhì)層裂縫現(xiàn)象出現(xiàn)。

（3）熱沖擊試驗
熱沖擊試驗，是使試樣經(jīng)受多次高溫及低溫迅速變化循環(huán)的試驗。試驗結(jié)束后，通過金相切片觀察，須沒有分層及裂縫的情況出現(xiàn)。

（4）金屬化孔模擬重復(fù)焊接試驗
用金屬絲進行金屬化孔反復(fù)焊接試驗，共進行三個循環(huán)。試驗結(jié)束后，制作金相切片進行觀察，須無分層、裂縫（包括拐角裂縫、鍍層裂縫和介質(zhì)層裂縫）等情況發(fā)生。

（二）金相切片技術(shù)在解決生產(chǎn)過程質(zhì)量問題中的作用
印制板的生產(chǎn)過程中，常常會發(fā)生各種各樣的質(zhì)量問題。用金相切片技術(shù)，能較快找到產(chǎn)生問題的原因。及時采取措施，避免更大浪費，且能按時交貨，贏得客戶的滿意。下面簡要介紹一下。

1.釘頭問題
釘頭的起源是鉆頭的過度損耗，或鉆孔操作管理不良，使鉆頭在鉆孔的過程中，未對銅箔進行正常的切削，在強行切削穿過之際，對銅箔產(chǎn)生推擠的動作，使孔環(huán)的側(cè)壁在瞬間的高溫和擠壓下被擠扁變寬形成釘頭。而且當(dāng)孔環(huán)寬度很窄時，鉆頭的高熱可能會傳到環(huán)體的另一頭，造成該界面的樹脂凹縮，此缺陷有可能會在漂錫后加劇。所以發(fā)現(xiàn)釘頭后對鉆孔制程進行注意、改善是必要的。

2.鍍層分離問題
目前，雖然印制板生產(chǎn)廠家采用的藥水體系不同，但或多或少會出現(xiàn)鍍層剝離的問題。分析其產(chǎn)生原因，可能是印制板表面處理效果不理想，或藥水體系出現(xiàn)問題。究其產(chǎn)生的工序，外乎產(chǎn)生于全板電鍍工序和圖形電鍍工序。為解決問題，使其不再發(fā)生，須判斷出問題產(chǎn)生的工序。此時，若借助于金相切片技術(shù)，可以清晰準(zhǔn)確的找出產(chǎn)生問題的工序。因為金相切片試樣經(jīng)微蝕后，可以將底銅、全板電鍍銅和圖形電鍍銅清晰地區(qū)分開來，故根據(jù)鍍層剝離發(fā)生的位置，就可斷定出發(fā)生問題的工序。
3.金屬化孔鍍層空洞問題
造成金屬化孔鍍層空洞的原因較多。由氣泡、干膜碎片、灰塵及其他雜質(zhì)進入需金屬化孔的孔內(nèi)，而造成金屬化孔鍍層空洞的情況，往往發(fā)生在全板電鍍工序或圖形電鍍工序。通過對有問題板的金相切片剖析，能有針對性的在相應(yīng)工序采取對策，比如在對較小孔徑進行金屬化時，在相應(yīng)槽位添加震動裝置；增加溶液過濾頻率和效果；優(yōu)化水平搖擺作用；溶液參數(shù)的調(diào)整（高酸低銅）等。全板電鍍和圖形電鍍工序產(chǎn)生的鍍層空洞，可通過金相切片照片區(qū)別如下：

1.全板電鍍工序產(chǎn)生的鍍層空洞，其孔壁鍍層斷面，兩種鍍層呈包埋狀，即全板電鍍的鍍層被圖形電鍍的鍍層所包埋。

2.圖形電鍍工序產(chǎn)生的鍍層空洞，其空洞處的鍍層斷面，兩種鍍層呈臺階狀，類似于線路蝕刻后的側(cè)面情況。

3.多層板之內(nèi)層開、短路問題
當(dāng)多層板發(fā)生內(nèi)層開、短路問題時，為找到產(chǎn)生缺陷的原因，必須對有問題板進行剖析。我們可以采用制作金相切片的研磨方法，去除外層銅層和樹脂層，直至磨到產(chǎn)生問題之內(nèi)層，然后，通過金相顯微鏡進行觀察分析。

4.負凹蝕及對電鍍質(zhì)量的影響
負凹蝕為孔壁內(nèi)層導(dǎo)電材料相對于周圍的基材凹縮的凹蝕現(xiàn)象。此種情況下進行電鍍，會造成孔壁鍍層內(nèi)空洞。當(dāng)經(jīng)受熱沖擊時，會引起鍍層裂縫等缺陷。

5.孔口底銅空洞問題
由于孔口毛刺去除不當(dāng)，磨刷壓力太大。會造成孔口底銅空洞現(xiàn)象。電鍍后，由于孔口處鍍層下缺少底銅，使其結(jié)合力降低，影響產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性。

6.鍍層針孔問題 多層板生產(chǎn)中，有時會出現(xiàn)鍍層表面針孔問題，為判明缺陷嚴(yán)重程度，須制作金相切片進行剖析，可明顯觀察到針孔深度和寬度，對板子能否接受進行判定。

7.粉紅圈缺陷分析
由于黑化制程的本身特點：在銅表面形成氧化銅、氧化亞銅膜（俗稱黑化），對提高銅與粘結(jié)片之間的粘結(jié)強度是行之有效的，因此被廣泛采用。但在后續(xù)制作是容易產(chǎn)生粉紅圈。這是由于壓合后多層板在濕工序制作時，通孔孔內(nèi)黑化層過厚并且遭到酸液過度攻擊，產(chǎn)升粉紅圈?？赏ㄟ^金相切片進行觀察。（使用棕化制程代替可基本避免）

8.上錫困難
多層板熱風(fēng)整平時，會出現(xiàn)有些孔吹不上錫。通過金相切片可找到原因，進行改善。如阻焊膜入孔、孔壁空洞等。

9.其它問題
金相切片還可以觀察的問題有：內(nèi)層*小環(huán)寬、內(nèi)層銅厚、絕緣介質(zhì)厚、樹脂凹陷、芯吸現(xiàn)象、鍍層裂縫、銅層裂縫、樹脂凹縮、層間對準(zhǔn)度等

（三）金相切片的詳細制作方法和切片解析
金相切片的制作需要十分的細心和耐心，不可以操之過急。下面我就介紹一下它的種類、制作技巧、部分切片解析及問題改善。

1.微切片種類
PCB破壞性微切片法，大體上可分為三類：
普通微切片 ：
指通孔區(qū)或其他板材區(qū)，經(jīng)截取切樣灌滿，封膠后，垂直于板面方向所做的縱斷面切片，或?qū)ν鬃鰴M斷面之水平切片，都是一般常見的微切片。

剖孔微切孔 ：
指用慢速鋸片或鉆石刀片，將一排待檢通孔自正直立剖成兩半，或用砂紙將一排通孔垂直縱向磨去一般，將此等不封膠直接切到的半壁的通孔，置于立體顯微鏡下，在全視野下觀察剩余半壁的整體情況。此時如果將通孔的背后板材也磨到很薄時，則其半透明底材的半孔，還可進行背光法檢查其*初孔銅層的覆蓋情形。
用鉆石刀片將孔腔剖開后，孔的兩個半壁將立即可以看見，切孔后可根據(jù)需要選用立體顯微鏡或SEM觀察．如：孔粗情況、鉆污殘留情況、孔壁鍍層情況等

斜切片 ：
多層板填膠通孔，對其直立方向進行45°或30°的斜剖斜磨，然后以實體顯微鏡或高倍斷層顯微鏡，觀察其斜切平面上各層導(dǎo)體線路的情形。這樣可兼顧直切與橫剖的雙重特性。

2.制作技巧
除第二類微切孔法是用以觀察半個孔壁的原始表面情況外，其余*及第三種都需要灌膠、拋光與微蝕，才能看清各種真實品質(zhì)、問題．以下為制作過程的幾個重點：
取樣
可以用鉆石鋸、剪床剪掉無用板材得到切樣，單頭銑刀也可以。注意后二者不可太逼近孔邊，以防造成通孔受到拉扯變形。此時，*好先將大樣剪下來，再用鉆石鋸片切出或砂紙打磨出所要的樣片，以減少機械應(yīng)力造成的失真情況。

封膠
封膠的目的是為夾緊樣片減少變形，采用適宜的樹脂膠將通孔灌滿及將板樣封牢。把要觀察的孔壁與板材進行夾緊固定，使其在削磨過程中其銅層不致被拖拉延伸而產(chǎn)生失真情況。

封膠一般多采用透明壓克力專用封膠，也可用其他環(huán)氧樹脂類膠，要求透明度良好、硬度大、氣泡少。 (AB膠、各種商品樹脂，甚至熱固型綠油等都可以)。注意以氣泡少者為好，為使其硬化*，需要烘箱催化加快反應(yīng)以節(jié)省時間。

為方便進行切樣的封膠，正式做法是用金屬片材卷擾式的彈性夾具或耐高溫塑料片材卷擾式彈性夾具，將樣片直立夾入，使樣片在封膠時保持直立狀態(tài)。正式標(biāo)準(zhǔn)切片的封膠體，是灌注于小杯狀的橡皮模具內(nèi)（有一洞和多洞之分），硬化后只要推擠橡皮模子即可輕易將切樣之柱體推出，非常方便。而且平坦度良好容易顯微觀察，并可在膠的柱面上書寫文字進行記錄。

如果待檢部位為通孔，孔徑合適，則可用細鉛筆芯或魚線等穿過待檢孔，再將其固定于模內(nèi)。每?？勺龆鄠€試樣。魚線穿孔制作效果*好，灌膠飽滿，不會壓迫孔壁。

磨片
在高速轉(zhuǎn)盤上利用砂紙的切削力，將切樣磨到通孔正的剖面，即孔心所在平面上，以便正確觀察孔壁之截面情況。
以上所使用的砂紙與順序如下：
(1) 先以150號粗磨到通孔的兩行平行孔壁即將出現(xiàn)為止，注意適量沖水以方便散熱與滑潤。

(2)改用600或800號再磨到“孔中間”所預(yù)設(shè)“指示線”的出現(xiàn)，并修平改正已磨歪磨斜的表面。如未畫指示線，則可以在孔側(cè)面觀察打磨面反射的剩余半孔環(huán)是否與反射出的半孔環(huán)組成一個完整的孔環(huán)，如可以看到完整的孔環(huán)則此切片基本打磨到位。

(3)改用1200號與2400號細砂紙，盡量小心消除切面上的傷痕，以減少拋光的時間。

拋 光
要看清切片的真相必須仔細、細致的拋光，以消除砂紙的刮痕。但一定記得不可以過度拋光。過度拋光會使部分外部銅面成圓滑狀，影響鍍層厚度的讀數(shù)。

切片快速拋光法：是在轉(zhuǎn)盤打濕的毛氈或拋光布，加氧化鋁白色懸浮液當(dāng)作拋光助劑，隨后進行輕微接觸之快速摩擦拋光。注意切樣在拋光時要時常改變方向，使產(chǎn)生更均勻的效果，知道砂痕*消失切面光亮為止。

一般切片的拋光不需要加氧化鋁白色懸浮液，在毛氈或拋光布上以牙膏，拋光粉就可進行細膩的拋光。此方法也要時常改變拋光方向，以得到均勻的拋光效果．

微 蝕
將拋光面洗凈擦干后即可進行微蝕，分出金屬之各層面與其結(jié)晶狀況。要看到清楚真相很不容易，不是每次都會成功的。效果不好時只有重新拋掉不良銅面重做微蝕。一次成功*好，多次微蝕會使結(jié)果失真。

微蝕液常用的分為兩種：
一種是氨水加雙氧水微蝕液，以氨水和雙氧水混合配制。氨水加雙氧水法配制的微蝕液得到的銅面結(jié)晶較為細膩，錫鉛面呈現(xiàn)潔白。

另一種是重鉻酸微蝕液，以重鉻酸加入少量硫酸和氯化銨混合配制。重鉻酸微蝕液銅面微蝕的效果不錯，但會使鉛錫層發(fā)黑，使用有局限性。 我這里只介紹氨水加雙氧水法配制的微蝕液。

微蝕液配方如下：
5-10ml 氨水+30ml 純水+2-3滴雙氧水（濃度33%）。微蝕液配比和微蝕時間依據(jù)個人的制作經(jīng)驗，各有不同。

混合均勻后靜置1-2min用棉花棒沾著蝕液，在切片表面輕擦約2-10秒，要注意銅層表面產(chǎn)生的氣泡現(xiàn)象，氣泡太大和產(chǎn)生太快證明微蝕反應(yīng)過于劇烈，不利于微蝕。2-10秒后立即用衛(wèi)生紙擦干，不能使銅面繼續(xù)變色氧化，否則高倍顯微下會出現(xiàn)粗糙不堪的銅面。良好的微蝕將看到鮮紅的銅色，結(jié)晶分界清楚，層次分明。然后立即拍攝保存圖片，以免逐漸氧化。

微蝕液至多只能維持一小時左右，棉花棒擦過后也要換掉，以免少量銅鹽污染微觀銅面的結(jié)晶。

3.切片解析和改善
切片畫面所呈現(xiàn)的各種問題，需要詳細的觀察、考量，才能作出解釋和分析。并做為決策和改善的依據(jù)，但是還要細心的把制程的各種情況、數(shù)據(jù)和切片的分析情況綜合討論后才可以判斷、得出真實的問題所在，才可以有針對性的進行改善。這需要豐富的切片制作經(jīng)驗和PCB制程經(jīng)驗。但由于PCB切片情況復(fù)雜多樣、問題品目繁多。不可能一一道來。所以我只能根據(jù)我見到的和碰到的情況和問題截取部分，簡單介紹一下供大家參考、討論：



以上為兩種常見板材的切片圖。切片時可以根據(jù)板材特點進行區(qū)分。具體如下：
CEM-3板材：面料和芯料由不同增強材料構(gòu)成的剛性覆銅板，稱為復(fù)合基覆銅板。主要由銅箔、面料、芯料三部分組成。面料的增強材料一般用7628或2116玻璃纖維布。芯料的增強材料采用玻璃纖維紙（簡稱玻纖紙，又稱玻璃纖維無紡布、玻璃纖維氈、玻璃紙等）

從IPC-4101標(biāo)準(zhǔn)可知，CEM-3與FR-4的電性能指標(biāo)相同，非電性能與FR-4的非電性能差不多。由于芯料采用非編織的玻纖紙為增強材料，CEM-3 的機械強度介于FR-4 和紙基覆銅板、CEM-1 之間，它的彎曲強度要比全玻纖布結(jié)構(gòu)的FR-4略低，高于全纖維素紙結(jié)構(gòu)的紙基覆銅板及芯層采用纖維素紙為增強材料的CEM-1，并且，CEM-3 的厚度愈薄，其彎曲強度愈接近FR-4水平，這是因為板材中玻纖布對玻纖紙的比例增大。CEM-3具有優(yōu)秀的機械加工性，開料時，板材邊緣平整，沒有毛刺?？梢詻_孔加工。在沖孔前不用進行預(yù)熱處理，在室溫條件下即可沖出優(yōu)質(zhì)的孔，而FR-4 的沖孔加工性較差，紙基板沖孔則需要預(yù)熱處理。

FR-4板材：當(dāng)前為一大類可適用于不同用途的環(huán)氧玻纖布覆銅板的總稱。主要由銅箔、基材、粘合劑三大部分構(gòu)成。

基材以7628、2116、1080玻璃纖維布為主。常用的粘合劑有酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、改性環(huán)氧樹脂、聚酰亞胺樹脂、氰酸酯樹脂、PPO樹脂、BT樹脂等。由于以環(huán)氧樹脂制造的覆銅板具有成本較低廉、生產(chǎn)工藝性好，產(chǎn)品介電性能、機械加工性能優(yōu)良，而被廣泛用于單面，雙面及一般多層印制電路板上。以環(huán)氧樹脂或改性環(huán)氧樹脂為粘合劑制作的玻纖布覆銅板是當(dāng)前覆銅板中產(chǎn)量*大，使用*多的一類。


上圖為多層板FR-4芯板基材內(nèi)部玻璃布斷紗及樹脂空洞的切片，主要是由于板材廠家使用的增強材料即玻璃纖維布有品質(zhì)缺陷或板材壓制時趕氣不*等造成，如此區(qū)域被鉆頭打到將是不折不扣的孔破。

板材的常見缺陷有：表面出現(xiàn)淺坑或凹陷、多層板內(nèi)層有空洞、外來夾雜物等。產(chǎn)生的原因也多種多樣比如銅箔內(nèi)存有銅瘤或樹脂突起及外來顆粒疊壓所至；經(jīng)蝕刻后發(fā)現(xiàn)基扳表面透明狀，經(jīng)切片是空洞；特別是經(jīng)蝕刻后的薄基材有黑色斑點。

解決方法：原材料問題，需向供應(yīng)商提出更換或索賠。不過有些問題如玻璃纖維斷紗等問題就比較難發(fā)現(xiàn)和證實，索賠困難。


此照片是十層板層間偏移切片的照片，可以清楚的看到橫向偏移全部超標(biāo)?？v向偏移基本合格。多層板的偏移我主要碰過這么幾個情況：基板尺寸變化、多層板經(jīng)層壓后，出現(xiàn)慢性的配準(zhǔn)不良、由于某一塊內(nèi)層板尺寸不穩(wěn)定，導(dǎo)致成品板部分層次的偏移、內(nèi)層偏移。

具體改善如下：
印制板制造過程基板尺寸的變化

原因：（1）經(jīng)緯方向差異造成基板尺寸變化；由于剪切時，未注意纖維方向，造成剪切應(yīng)力殘留在基板內(nèi)，一旦釋放，直接影響基板尺寸的收縮。（2）基板表面銅箔部分被蝕刻掉對基板的變化限制，當(dāng)應(yīng)力消除時產(chǎn)生尺寸變化。（3）刷板時由于采用壓力過大，致使產(chǎn)生壓拉應(yīng)力導(dǎo)致基板變形。（4）基板中樹脂未*固化，導(dǎo)致尺寸變化。（5）特別是多層板在層壓前，存放的條件差，使薄基板或半固化片吸濕，造成尺寸穩(wěn)定性差。（6）多層板經(jīng)壓合時，過度流膠造成玻璃布形變所致。

解決方法：（1）確定經(jīng)緯方向的變化規(guī)律按照收縮率在底片上進行補償（光繪前進行此項工作）。同時剪切時按纖維方向加工，或按生產(chǎn)廠商在基板上提供的字符標(biāo)志進行加工（一般是字符的豎 方向為基板的縱方向）。（2）在設(shè)計電路時應(yīng)盡量使整個板面分布均勻。如果不可能也要必須在空間留下過渡段（不影響電路位置為主）。這由于板材采用玻璃布結(jié)構(gòu)中經(jīng)緯紗密度的差異而導(dǎo)致板材經(jīng)緯向強度的差異。（3）應(yīng)采用試刷，使工藝參數(shù)處在*佳狀態(tài)，然后進行刷板。對薄型基材，清潔處理時應(yīng)采用化學(xué)清洗工藝方法。（4）采取烘烤方法解決。特別是鉆孔前進行烘烤，溫度120℃4小時，以確保樹脂固化，減少由于冷熱的影響，導(dǎo)致基板尺寸的變形。（5）內(nèi)層經(jīng)氧化處理的基材，必須進行烘烤以除去濕氣。并將處理好的基板存放在真空干燥箱內(nèi)，以免再次吸濕。（6）需進行工藝試壓，調(diào)整工藝參數(shù)然后進行壓制。同時還可以根據(jù)半固化片的特性，選擇合適的流膠量。

多層板經(jīng)層壓后，出現(xiàn)慢性的配準(zhǔn)不良
原因：（1）定位銷太短，導(dǎo)致定位不準(zhǔn)（2）定位銷尺寸較小造成與基板的定位孔之間的松動（3）針對工具孔的位置，內(nèi)層板底片圖形已出現(xiàn)失真。（4）各內(nèi)層板上的工具孔無法與銷釘對正穿過，也無法對正疊合模板（5）內(nèi)層薄板上的工具孔發(fā)生撕破或變形（6）高溫中所施加的高壓力，造成內(nèi)層薄板形變。（7）壓機每個開口中放置過多的疊層板的數(shù)量，造成板材各自漲縮程度增大特別是八層以上高層數(shù)多層板更甚（8）單一開口中所放置的疊層，是采取獨產(chǎn)分離的而不是整片性的散板。（9）每個開口中所放置的待壓散板未對正鋼板的中心點 。

解決方法：（1）適當(dāng)?shù)倪x用較長的定位銷。（2）更換尺寸合適的定位銷。重新設(shè)定各定位孔的新位置。采用精修定位銷達到工藝要求。（3）重新檢查生產(chǎn)用底片，將各內(nèi)層底片重合在一起，詳檢其上下對準(zhǔn)情形，并更換失準(zhǔn)的內(nèi)層底片。（4）重新設(shè)定與制作內(nèi)層板工具孔（*好采用一次沖孔法）（5）工具孔的外圍要預(yù)留增強用的額外銅面，以減少孔形變異。（6）按照板面積大小與厚薄，重新檢查及設(shè)定適當(dāng)?shù)膲毫姸?。特別要注意壓力表的數(shù)據(jù)是否正確。在不影響半固化片流膠情況下，對薄板采取較低的壓力強度。改用直徑較粗的工具銷。檢查上下加熱板的平行度和平整度。（7）適當(dāng)減少每個開口疊板的套數(shù)，通常壓制四層板以十套為宜，特別是高層數(shù)應(yīng)酌量減 少其套數(shù)。（8）根據(jù)經(jīng)驗每個開口中*好放置整片性未分離的散板。（9）所放置的疊層板必須對正鋼板的或加熱板的中心，以減少壓力不均所造成的偏滑。

由于某一塊內(nèi)層板尺寸不穩(wěn)定，導(dǎo)致成品板部分層次的偏移
原因：（1）某單張內(nèi)層板尺寸穩(wěn)定性原本就差（2）內(nèi)層板制作過程中，尤其是大銅面以外殘銅率不足的線路層面，其尺寸較易發(fā)生變形（3）內(nèi)層板線路面的銅層厚度超過35 微米(1oz)，造成填膠量增多而尺寸不穩(wěn)定

解決方法：（1）對于薄基板制作前應(yīng)進行烘烤，以穩(wěn)定其尺寸。設(shè)定的工具孔的位置主要考慮到分散可能產(chǎn)生的應(yīng)力。為此，可以增多工具銷釘或增大銷釘直徑。采用“中心零點定位法”即四槽孔定位系統(tǒng)進行疊層壓合。在不影響*終成品板總厚度的情況下，盡量選用較厚的內(nèi)層板，以減少薄板變形。（2）在設(shè)計時盡量加大內(nèi)層板的銅面比例或有意加做板邊遏止流膠的增強銅邊。前處理應(yīng)避免機械刷磨及溶劑式顯影與退膜。不度烘烤經(jīng)棕化處理后的內(nèi)層薄板，只要*干燥就可，以防過度收縮（3）經(jīng)與設(shè)計溝通*好采用較薄銅箔的板材。改用低輪廓型銅箔，以減少壓合薄板所產(chǎn)生的應(yīng)力 。

內(nèi)層偏移
原因：（1）內(nèi)層薄板上局部銅面太少，造成該處基材強度不足而變形（2）工具孔加工不良 解決方法：（1）改善原設(shè)計或根據(jù)圖形狀態(tài)在板邊銅面制作延滯流膠的增強點的圖案。（2）將數(shù)控鉆逐次鉆孔改成一次沖孔成型。所用的材料在鉆孔或沖孔前要進行烘烤穩(wěn)定處理。



以上二圖為鉆孔制程的較為常見問題，以鉆頭針尖上兩個切削前緣出現(xiàn)崩破，無法切削玻璃束所形成?；蜥樇馔鈧?cè)兩刃角發(fā)生圓角，失去直角無法修整孔壁的原因占多數(shù)。鉆孔問題的改善還要看實際情況，對癥下藥。

上圖問題具體改善如下：
玻璃纖維突出原因：（1）退刀速率過慢（2）鉆頭過度損耗（3）主軸轉(zhuǎn)遵太慢（4）進刀速率過快
解決方法：（1）應(yīng)選擇*佳的退刀速率。（2）應(yīng)按照工藝規(guī)定限制鉆頭鉆孔數(shù)量及檢測后重磨。（3）根據(jù)公式與實際經(jīng)驗重新調(diào)整進刀速率與主軸轉(zhuǎn)速之間的*佳數(shù)據(jù)。（4）降低進刀速率至合適的速率數(shù)據(jù)。

孔壁粗糙，挖破原因：（1）進刀量變化過大（2）進刀速率過快（3）蓋板材料選用不當(dāng)（4）固定鉆頭的真空度不足（5）退刀速率不適宜（6）鉆頭頂角的切削前緣出現(xiàn)破口或損壞（7）主軸產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)太大（8）切屑排出性能差

解決方向：（1）保持*隹的進刀量。（2）根據(jù)經(jīng)驗與參考數(shù)據(jù)進行調(diào)整進刀速率與轉(zhuǎn)速達到*佳匹配。（3）更換蓋板材料。（4）檢查數(shù)控鉆機真空系統(tǒng)并檢查主軸轉(zhuǎn)速是否有變化。（5）調(diào)整退刀速率與鉆頭轉(zhuǎn)速達到*佳狀態(tài)。（6）檢查鉆頭使用狀態(tài)，或者進行更換。（7）對主軸、彈簧夾頭進行檢查并進行清理。（8）改善切屑排屑性能，檢查排屑槽及切刃的狀態(tài)。


上左圖孔內(nèi)無銅的現(xiàn)象，注意箭頭處，全部發(fā)生較大的凹陷、粗糙。這是由于下鉆時突然的主軸偏轉(zhuǎn)或不正常鉆頭震動造成孔壁的粗糙太大，PTH線整孔很難發(fā)揮全部效用，化學(xué)銅難以得到良好的沉積效果導(dǎo)致孔徑失真和無銅。改善方向應(yīng)該還是先在鉆孔改善孔壁粗糙情況。

中圖孔壁異常隆起一般是由于鉆污過多沒處理干凈或PTH雜質(zhì)太多，貼附孔壁被銅層包裹。右圖內(nèi)層孔環(huán)鉆污未除凈、釘頭，如不改善內(nèi)層孔環(huán)側(cè)面，在化學(xué)銅時未除凈的鉆污或氧化皮膜會使鍍銅層與內(nèi)層孔環(huán)間附著力不足，遭受熱應(yīng)力時導(dǎo)致內(nèi)層孔環(huán)與孔壁鍍層的分離。而釘頭的起源是鉆頭的過度損耗，或鉆孔操作管理不良，使鉆頭在鉆孔的過程中，未對銅箔進行正常的切削，在強行切削穿過之際，對銅箔產(chǎn)生推擠的動作，使孔環(huán)的側(cè)壁在瞬間的高溫和擠壓下被擠扁變寬形成釘頭。而且當(dāng)孔環(huán)寬度很窄時，鉆頭的高熱可能會傳到環(huán)體的另一頭，造成該界面的樹脂凹縮，此缺陷有可能會在漂錫后加劇。所以發(fā)現(xiàn)釘頭后對鉆孔制程進行注意、改善。釘頭改善要求同孔粗和孔挖破的改善。其它問題在鉆孔及PTH雙管齊下，改善效果*佳，

具體改善如下：
孔徑失真原因：（1）鉆頭尺寸錯誤（2）進刀速率或轉(zhuǎn)速不恰當(dāng)所至（3）鉆頭過度磨損（4）鉆頭重磨次數(shù)過多或退屑槽長度低于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。（5）鉆軸本身過度偏轉(zhuǎn)。

解決方法：（1）操作前應(yīng)進行檢查鉆頭尺寸及控制系統(tǒng)是否指令發(fā)生錯誤。（2）調(diào)整進刀速率和轉(zhuǎn)速至*理想狀態(tài)。（3）更換鉆頭，并限制每個鉆頭鉆孔數(shù)量。（4）限制鉆頭重磨的次數(shù)及重磨尺寸變化。通過工具顯微鏡測量，在兩條主切削刃全長內(nèi)磨損深度應(yīng)小于0.2mm重磨時要磨去0.25mm。定柄鉆頭可重磨3 次，鏟形鉆頭重磨2次。（5）使用動態(tài)偏轉(zhuǎn)測試儀檢查主軸運行過程的偏轉(zhuǎn)情況或嚴(yán)重時由*的供應(yīng)商進行修理。
孔壁內(nèi)鉆污過多原因：（1）進刀速率或轉(zhuǎn)速不恰當(dāng)（2）基板樹脂聚合不*（3）鉆頭擊打數(shù)次過多損耗過度（4）鉆頭重磨次數(shù)過多或退屑槽長度低于拄術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（5）蓋板與墊板的材料品質(zhì)差（6）鉆頭幾何外形有問題（7）鉆頭停留基材內(nèi)時間過長

解決方法：（1）調(diào)整進刀速率或轉(zhuǎn)速至*佳狀態(tài)。（2）鉆孔前應(yīng)放置在烘箱內(nèi)溫度120℃，烘4小時。（3）應(yīng)限制每個鉆頭鉆孔數(shù)量。（4）應(yīng)按工藝規(guī)定重磨次數(shù)及執(zhí)行技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。（5）應(yīng)選用工藝規(guī)定的蓋板與墊板材料。（6）檢測鉆頭幾何外形應(yīng)符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。（7）提高進刀速率，
減少疊板層數(shù)。

PTH雜質(zhì)多的原因：（1）過濾不良，保養(yǎng)不及時。（2）外來雜質(zhì)進入 解決方法：（1）加強過濾，及時保養(yǎng)（2）注意操作，避免雜質(zhì)帶入

鉆污未*除干凈原因：（1）鉆頭在孔內(nèi)停留時間過長，積累的熱量過多，致使鉆污厚度超過正常工藝范圍。（2）除鉆污前的溶脹處理中的溶脹劑失效（3