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摘要：本稿详细介绍了金相切片的制作过程，使用大量图片和例子，描述了金相切片技术在印制电路板生产中的应用，特别是在生产中质量问题的解决中的应用。
关键词：金相切片印制电路板应用
印制电路板是电子元器件不可或缺的一部分，广泛应用于电子行业，其质量是否可靠必须通过一定的检测技术进行判定。印制电路板制造工序复杂，其中一部分发生质量问题时，会导致印制电路板废弃。那么，检查印制电路板必须分为过程检查和成品检查。我们经常使用的检查手段有放大镜目视检查、背光检查等。作为检查手段之一的金相切片技术，因为投资小，应用范围大，所以被印制电路板制造商采用。金相切片是破坏性测试，能够测试印制电路板的多个性能。例如，树脂污渍、镀层裂纹、孔壁层叠、焊接涂层的情况下，是层间厚度、镀层厚度、孔内镀层厚度、侧蚀、内层环宽度、层间聚合度、镀层质量、孔壁粗糙度等。总之，就像医生用X光检查患者一样，能够观察印制电路板表层和截面的微观结构的缺陷和状况。我在工作中对那个有一定的了解。以下将分几个方面简要叙述。
1.金相切片（Microssectioning）的制作步骤
金相切片制造过程如下。
抽取检查对象生产板rarr。采样rarr；精密切断到适合模具大小的rarr。马赛克拉；粗磨削rarr；磨光；磨光；研磨机；微蚀rarr; 观测
1）抽取需要在生产线上进行金相切片的生产板。
2）用刀截取样品的中心和边缘金相切片部分。
3）使用精密切断机，将样品切断成适合模具尺寸的大小，注意切断面与观察到的面平行或垂直。
4）金相切片取一个专用模具，将样品直立在模具内，待检查部位朝上。取一杯纸杯，将冷埋树脂（固体）和固化剂（液体）以2:1体积比混合，均匀搅拌，注入模具内，直至样品完全浸渍，模具静置10-20分钟，放置直至树脂完全硬化。
5）完全固化后，首先用比较粗的金相砂纸将样品研磨至接近检查部位，金相专用砂纸按目数小的顺序进行粗磨和细磨。注意：研磨至断面圆心孔中央，断面上的两个孔壁平行，不出现喇叭口，研磨至样品表面无明显损伤。
6）抛光粉（粒径0.05mm）更换研磨布，对被检面进行研磨处理，使被检面明亮，无损伤，可以用显微镜观察被检面的图像。
7）用微蚀刻溶液（将浓氨水和30%的双氧水以体积比9:1的比例混合）在检查表面进行涂敷处理，约10秒后，用水将表面洗净并晾干。
8）将待检样品的待检部位放在下方，平放在显微镜的观察台上，根据待检部位的具体情况，选择适当的放大倍数，直至能够正确观察正确的图像。
2.金相切片技术的印制电路板生产过程中的作用
印制电路板品质的好坏、问题的发生和解决、过程的改善和评价作为客观的检查、研究和判断的依据金相切片是必要的。
2.1生产过程在质量检查和控制方面的作用
印制电路板生产过程复杂，各工序间相互关联，最终为了使产品的品质可靠，中间阶段各工序的半成品板的品质必须优秀。如何判断过程中生产板的品质状况？金相切片技术为我们提供依据。
2.1.1钻头工序后的孔壁粗糙度hole roughness）检测
为了保证印制电路板的孔金属化品质，必须检测钻头后的孔壁粗糙度。作为测试板，可以用不同大小的钻头钻孔，采样后，在金相切片、读数显微镜中进行粗糙度的测定。为了使测量更准确，在进行金属化孔样品后，可以金相切片。
2.1.2树脂脏污和腐蚀效果的检测
印制电路板钻头时会产生瞬间的高温，环氧玻璃基材是不良热导体，钻头时热会高度蓄积，孔壁表面温度超过环氧树脂的玻璃化温度，会产生薄的环氧树脂污渍。多层板钻头后，如果不凹陷地进行孔金属化，则多层板内的信号线不连接，影响板的质量。通过制作金相切片，检测蚀刻后的树脂污渍的去除效果，有利于多层板的品质控制。
2.1.3镀铜层的厚度检查
镀层的厚度往往是客户对包括基材铜箔的厚度、镀铜层的厚度、孔壁铜层厚度、孔壁和表面铅锡的厚度印制电路板的最基本要求（参见图4）。GJB关于镀铜层的厚度，要求其平均厚度为25um最小厚度20um。除了可以使用厚度测量器来测量铜层的厚度之外，金相切片，读数显微镜也可以读取其厚度，判断是否符合国军标的要求。我厂采用Tiger 3000金相图像分析软件，可以正确测定孔内何处的铜厚和孔口表面的铜层厚，可以更直观地判断孔内镀层。
2.1.4电镀情况检查
制作全板镀层或图形镀层后的试验板金相切片、孔金属化状况、有无镀层、孔壁层、镀层空洞、针孔、结瘤等。
2.1.5层间聚合度检测
为了保证多层板层与层之间的图形、孔或其他特征位置的一致性，层叠工序采用了定位系统。然而，一些因素的影响导致层间的偏差。因此，为了满足品质要求，必须对多层板进行抽取检查金相切片。
2.2生产过程中解决品质问题的作用
印制电路板在制造过程中，经常发生各种品质问题。如果金相切片借用技术能找到比较快解决问题的原因，及时服药，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。首先，说明几个问题。
2.2.1电镀空洞问题
镀层发生空洞问题，引起行业内管理者的重视。镀层的空洞的原因多种多样，但是镀层的空洞现象有几个：①金属化孔基材泄漏②金属化孔内镀铜层在板厚的5%以下③在孔壁和各内环的交接中出现镀层的空洞④孔内出现环状孔破⑤楔形孔破等。以上现象的原因各不相同。其中有很多基材泄漏到孔内的原因。
1）钻孔粗大，钻破玻璃纤维布，深陷处孔金属和电镀铜层，2）孔金属化的预处理不干净，局部化学铜层不能导电，电镀铜层不能电镀，3）孔内有气泡，化学铜不能浸润，铜不沉淀，4）孔内杂质堵塞铜不沉淀，5）药液浓度温度达不到操作范围，6）镀层的孔壁本来良好，蚀刻后铜层腐烂开洞。
接下来，选择并分析两个典型的问题。
1.铜沉淀不良。a.像条的特征在于，孔内出现对称状的环状的孔破，在像条中可以看到图形电镀铜包着全板电镀铜和化学铜。b.原因分析：对称孔内没有铜：实质上没有环状铜是因为在铜沉淀过程中，孔内存在气泡，药液和孔壁不能接触，从而不能产生沉淀铜的反应。
2.干胶卷入孔。a.切片特征：空口位置无铜，呈现不对称状态。b.原因分析：由于粘贴干膜后，板的滞留时间过长，垂直放置板，所以干膜在孔内流动，进行图案化时，不能在该位置镀铜锡，返回膜后，这里的干膜被除去蚀刻时该位置的铜也被蚀刻，孔口没有铜。
通过分析有问题的板金相切片，在对小孔直径的板进行孔金属化时，首先检测孔内是否有残渣，尽量吸引灰尘，配置振动和水平摆动装置，增加溶液的过滤频率，优化溶液参数，缩短干膜贴膜后的板的滞留时间等可以在对应的工序中研究对策。
2.2.2侧蚀问题undercut
通过蚀刻工序获得多层印制电路板的外层图案。通过蚀刻溶液除去不需要的铜层，对于镀层厚的铜板，由于存在液体积聚效果蚀刻液攻击线路两侧不受保护的铜面，造成香菇那样的蚀刻缺陷，对正常的铜板进行蚀刻时蚀刻液不仅会在垂直方向上侵蚀线铜层水平方向腐蚀铜层，蚀刻后的线截面为梯形，一般的线的底部比上部宽，都被称为侧蚀。侧蚀的程度由侧蚀刻的宽度表示。
在制造中，如果侧蚀若过于严重，则会影响印刷布线的精度，更不可能制作精细布线。另外侧蚀容易产生突起，突起过度，导线短路。通过制造金相切片，观察到侧蚀的严重状况，能够确定影响蚀刻的原因并改善。对于线宽度/线间隔在6mil以上的板，蚀刻线宽度控制相对简单，能够增加基板线宽度补偿。另一方面，线宽/线间隔4~5mil的板难以控制蚀刻线宽，一般90%的板蚀刻以清洁的速度控制生产。为了减少侧蚀，一般严格控制铜浓度、PH值、温度和淋浴方式。例如，蚀刻方式的影响从飞溅变更为淋浴，蚀刻效果良好，侧蚀也减少。蚀刻速率的调整、蚀刻速率延迟时变严重侧蚀，加速蚀刻速率。蚀刻液检查PH的值，因为PH的值高，所以侧蚀变大时，考虑降低该PH的值的方法。蚀刻液即使密度低也容易变成侧蚀，所以选择高铜浓度的蚀刻液。经过切实的改善，侧蚀问题会得到很好的解决吧。
2.2.3电镀层的分层问题
印制电路板制造商在孔金属化和图形镀层工序中采用了大量的药液生产，药液系统不同的话，镀层有时会变成层状。分析原因的话，印制电路板预处理效果不好，药液有问题的可能性。要弄清那个发生工程，孔金属化，全板镀金，图形镀金工程是不可缺少的。为了解决问题，首先必须判断出问题发生的工序。在这种情况下，通过金相切片技术，能够明确且正确地发现问题发生的工序。金相切片在对样品进行微蚀刻后，可以明确区分基铜、全板电镀铜、图案电镀铜，因此可以根据镀层成层状的位置找到产生问题的工序，可以缩小范围，可以更有效地解决问题。下图所示的镀层的层叠点在基铜和全板电镀铜之间。分析的原因是镀全板的前表面处理不干净，换了预处理药液后，层状现象没有再发生。
2.2.4镀金的断裂问题
如果电镀铜的镀层厚度不足、镀层性能差，镀层就会断裂（孔壁和内层之间的相互连接断裂），镀层厚度不足（不足10微米），吸湿后不烘烤板，在240°C的热冲击下镀层也会断裂。镀层的断裂不仅影响内外层电路的相互连接，金属化孔的耐熔性和拉伸强度也不符合质量要求。为了避免这种现象，需要保证图案电镀铜的厚度大于25微米，在120°C的条件下烘烤2小时后进行热冲击（热风调整平或焊接）。
根据电镀理论科学，电镀层本身的应力大小对电镀层和矩阵的结合力有严重影响。镀层的内应力主要指宏观应力，其分为张应力（+）和压应力（-），张应力有使镀层脱落，从而镀层和基体呈层状的倾向。压应力有使镀层紧贴在基体上的倾向，提高镀层与基体的结合力。铜离子和氯离子的含量增加，镀液温度上升时镀层的内应力降低。另外，镀液中的添加剂的含量影响电镀层的延展性，添加剂、光亮剂等分解生成物溶解于镀液，脱油不净等有机物电镀槽过多的话电镀层的应力变大，延展性变差。因此镀液成分和各过程参数必须被良好地控制以有效地提高镀层的良好性能。否则，镀层在热冲击后在外层的角容易发生镀层的断裂。
3.结论
印制电路板的生产过程是过程复杂、多工序间相互合作的过程。过程质量控制的好坏直接影响最终产品的质量，在质量控制中，金相切片技术发挥着重要的作用。另外，在印制电路板生产中，经常发生这样的品质问题，为了很好地解决这些问题，必须有效地利用金相切片技术，发挥其迅速准确的优点，正确地找出问题的原因。在此基础上，优化工艺参数，改善人为错误，进行严格的生产管理，避免质量问题的再次发生，切实提高印制电路板的生产品质。由于本人的水平经验有限，在此列举了平时生产中遇到的实际问题，与同行共享交流。
