覆銅板表面樹脂層厚度測(cè)量方法

尹建洪 葉錦榮

（廣東生益科技股份有限公司，廣東 東莞 523039）

覆銅板（CCL）或印制電路板（PCB）基材的表面樹脂層，一般理解為在絕緣介質(zhì)層中增強(qiáng)材料玻璃纖維布與銅箔之間的一層絕緣樹脂層。表面樹脂層厚度可能會(huì)一定程度上影響印制電路板的相關(guān)基材特性或絕緣可靠性。比如說，表面樹脂層厚度過低，絕緣基材中玻璃纖維布交織點(diǎn)上方樹脂含量不足，可能導(dǎo)致玻璃纖維布交織點(diǎn)與銅箔局部接觸，從而產(chǎn)生一定的絕緣可靠性潛在風(fēng)險(xiǎn)（如到電阻極絲CAF失效）。因此，一般的印制板疊層設(shè)計(jì)，尤其是涉及高可靠性或高壓應(yīng)用需求，除考慮整板厚度外，還建議考慮合適的絕緣層樹脂含量和樹脂層厚度，以保證材料的綜合性能。理論的表面樹脂層厚度可通過計(jì)算獲得，但實(shí)際測(cè)量和驗(yàn)證時(shí)，厚度數(shù)據(jù)容易受到測(cè)量位置的變化而波動(dòng)導(dǎo)致結(jié)果不夠準(zhǔn)確，故如何準(zhǔn)確測(cè)量并如實(shí)反映最小的表面樹脂層厚度是目前行業(yè)的技術(shù)難點(diǎn)之一。

1 表面樹脂層厚度的測(cè)量方法

對(duì)于表面樹脂層厚度的實(shí)際測(cè)量，目前常規(guī)的垂直切片方法，通過金相顯微鏡或電子顯微鏡讀取玻璃纖維交織點(diǎn)與銅箔之間的樹脂層厚度即可。可是，在實(shí)際操作中此方法存在較明顯的不足，由于垂直切片僅能反映研磨截面的特征，而玻璃纖維布為平紋布，在玻璃紗交織處并不是完全平整的，而是呈現(xiàn)一定的交織弧度，這勢(shì)必造成不同的截面位置所讀取的樹脂層厚度存在差異，因此常規(guī)的垂直切片容易引起厚度誤判，相關(guān)厚度數(shù)據(jù)隨著切片的位置變化而波動(dòng)。

為了獲得相對(duì)準(zhǔn)確結(jié)果，也可定位同一玻璃纖維紗交織點(diǎn)，結(jié)合多次控深研磨獲得不同的厚度數(shù)據(jù)，基于多組數(shù)據(jù)確定最小的表面樹脂層厚度。此方法在一定程度上可以較準(zhǔn)確獲得表面樹脂層厚度分布，但存在操作相對(duì)復(fù)雜、耗時(shí)和研磨深度不易控制等因素影響。

2 優(yōu)化預(yù)制樣理論依據(jù)

常規(guī)的覆銅板或印制板基材通常采用E-glass玻璃纖維布作為增強(qiáng)材料，此類玻璃纖維布為平紋交織布，經(jīng)緯向具有規(guī)則的凹凸弧度表面，如圖1所示。

圖1 7628玻璃纖維布平面與傾斜基準(zhǔn)線

由于玻璃纖維布為平紋布，交織點(diǎn)并不是完全平整且表現(xiàn)出一定的交織弧度，這勢(shì)必會(huì)引起不同的截面位置所讀取的表面樹脂層厚度存在一定差異?；诓ＡЮw維布的特點(diǎn)，本方法優(yōu)化截面方向，考慮選擇性地傾斜于經(jīng)向或緯向預(yù)制樣，具體是以經(jīng)向或緯向作為水平基準(zhǔn)，再以一定的傾斜高度或角度制定取樣基準(zhǔn)線，采用傾斜基準(zhǔn)線進(jìn)行預(yù)制樣和垂直切片。

采用傾斜的基準(zhǔn)線制作的垂直切片，可見截面能斜跨不同的玻璃紗交織點(diǎn)的不同位置（如圖1所示）。各玻璃紗交織點(diǎn)上方的樹脂層厚度是隨著交切位置的差異而變化的（如圖2所示），各玻璃紗交織點(diǎn)隨著截面交切位置而變化，對(duì)應(yīng)的上方樹脂層厚度也隨之變化。其中交織點(diǎn)的中心頂點(diǎn)位置可理解為最小的表面樹脂層厚度。在觀察垂直切片時(shí)，通過測(cè)量連續(xù)玻璃紗交織點(diǎn)上方的樹脂層厚度數(shù)據(jù)，可獲得連續(xù)性的厚度數(shù)據(jù)分布和確定較準(zhǔn)確的最小樹脂層厚度。此方法通過優(yōu)化預(yù)制樣，一次垂直切片可獲得較為準(zhǔn)確的厚度數(shù)據(jù)需求，操作簡(jiǎn)便、省時(shí)。

圖2 傾斜預(yù)制樣垂直截面實(shí)例

3 傾斜預(yù)制樣切片評(píng)估過程

3.1 預(yù)制樣傾斜高度

采用15 mm寬度的切片尺寸基準(zhǔn)，通過調(diào)整傾斜基準(zhǔn)線的高度，控制斜跨不同數(shù)量的玻璃紗，原則上可以獲得相應(yīng)個(gè)數(shù)最小表面樹脂層厚度。

根據(jù)不同玻璃纖維布的經(jīng)緯紗密度，可以理論計(jì)算出各主要型號(hào)玻璃纖維布的單根紗寬度，如表1所示。

根據(jù)表1數(shù)據(jù)，7628玻璃纖維布單根紗的寬度經(jīng)向約0.6 mm，緯向約0.8 mm，其他薄型玻璃纖維布則略小于0.5 mm，如果傾斜高度在1 mm以上，理論上可以斜跨至少一根玻璃紗以上，可得出連續(xù)性的表面樹脂層厚度變化數(shù)據(jù)。隨著傾斜高度的增大，斜跨的玻璃紗數(shù)也就增多，數(shù)據(jù)的變化梯度也就相應(yīng)變大。

表1 主要玻璃纖維布的單根紗寬度

為了評(píng)估較為合適的傾斜高度或角度范圍，本次試驗(yàn)采用1.5 mm厚板和0.10 mm薄板作為分析樣本，涉及7628和3313玻璃纖維布，采用不同高度的傾斜基準(zhǔn)線進(jìn)行預(yù)制樣，如圖3實(shí)例和表2所示。

圖3 傾斜預(yù)制樣方式

表2 傾斜高度考察方案

3.2 垂直切片表面樹脂層測(cè)量

采用金相顯微鏡進(jìn)行表面樹脂層觀察，并連續(xù)測(cè)量最外層玻璃纖維布交織點(diǎn)與銅箔之間的最小絕緣層間距。由于是平紋交織布，所讀取的連續(xù)數(shù)據(jù)應(yīng)交錯(cuò)分別對(duì)應(yīng)于經(jīng)紗和緯紗交織點(diǎn)上方樹脂層，所以間隔取數(shù)分為兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，連線如圖4所示。7628玻璃纖維布的單根玻璃紗寬度約0.6 mm～0.8 mm，通過選擇性傾斜預(yù)制樣，各垂直切片基本上都能測(cè)量最小表面樹脂層厚度；另外，因傾斜高度差異，斜跨玻璃紗數(shù)不同，數(shù)據(jù)連續(xù)變化的梯度存在波動(dòng)。

根據(jù)圖4數(shù)據(jù)分析，若傾斜高度過小，表面樹脂層厚度數(shù)據(jù)變化梯度不夠，未必能夠得出最小值結(jié)果；若傾斜高度過大，數(shù)據(jù)變化梯度過大則連續(xù)性不好，但也基本滿足最小值測(cè)量。對(duì)此，為了獲得較優(yōu)的數(shù)據(jù)分布和連續(xù)性，對(duì)于7628玻璃纖維布等厚布來說，建議傾斜高度至少3倍于單紗寬度，大致3 mm～5 mm范圍，可獲得較好的連續(xù)性厚度數(shù)據(jù)分布和相對(duì)準(zhǔn)確的最小表面樹脂層厚度。

圖4 15 mm厚板傾斜預(yù)制垂直切片分析

3313玻璃纖維布單根紗的寬度約0.4 mm，傾斜高度2～3 mm可以斜跨約4-6根紗，理論上可以獲得4～6個(gè)最小表面樹脂層厚度數(shù)據(jù)。根據(jù)數(shù)據(jù)分析，單組數(shù)據(jù)確實(shí)可見4～5個(gè)低點(diǎn)，雖然并非所有數(shù)據(jù)均符合最小值要求，整體上還是能較準(zhǔn)確反映最小表面樹脂層厚度，故對(duì)于薄型玻璃纖維布2～4 mm傾斜高度仍然是比較好的范圍。

3.3 評(píng)估結(jié)果

綜合上述樣品評(píng)估，通過優(yōu)化預(yù)制樣垂直切片測(cè)量表面樹脂層厚度，在理論上和實(shí)際上均是可行的，而且對(duì)于薄型和厚型玻璃纖維布也均適用，較為優(yōu)選的傾斜高度約3～5 mm（15 mm寬度基準(zhǔn)），轉(zhuǎn)換為傾斜角度約10～20度，通過連續(xù)測(cè)量玻璃紗交織點(diǎn)上方樹脂層厚度數(shù)據(jù)，可以較準(zhǔn)確和便捷地得出最小表面樹脂層厚度及其均值（較為簡(jiǎn)便的，也可以利用金相顯微鏡直接測(cè)量玻璃紗交織點(diǎn)最小厚度后取均值，結(jié)果也接近實(shí)際水平）。

4 結(jié)論

通過對(duì)實(shí)際CCL樣品的評(píng)估和分析，采用傾斜基準(zhǔn)線預(yù)制樣的垂直切片對(duì)表面樹脂層厚度的測(cè)量有實(shí)際上的操作意義，較為優(yōu)選的傾斜角度10～20°，能獲得較好的連續(xù)性數(shù)據(jù)和最小表面樹脂層厚度均值。較為簡(jiǎn)便的，也可以直接通過垂直切片測(cè)量厚度最小值后取均值獲得結(jié)果。采用以上優(yōu)化預(yù)制樣的方式，能獲得相對(duì)更準(zhǔn)確地測(cè)量結(jié)果，且能避免傳統(tǒng)垂直切片因研磨位置波動(dòng)而測(cè)量不準(zhǔn)確的缺點(diǎn)，相對(duì)省時(shí)、操作方便。