孔壁镀铜有多厚、内层和孔铜是否连上、压合后介质里有没有空洞,这些问题电测和外观检查都回答不了。它们只能把孔纵向切开、研磨抛光,再放到金相显微镜下看。这就是金相切片(microsection,也叫横截面分析)。
切片的局限同样明确:它是破坏性检验,每次只看到被切开的那一个平面。一张切片合格,证明的是这几个孔在这个截面上合格。读懂切片之前,先要知道它在哪里切、切的是什么。
切片能判定什么、不能判定什么
| 类别 | 切片可判定 | 切片无法判定 |
|---|---|---|
| 孔铜 | 孔壁镀铜厚度(最小值与平均值)、镀层空洞、镀瘤、折镀 | 整板所有孔的导通状态 |
| 孔与内层连接 | 内层连接分离(ICD)、钻污残留、凹蚀或负凹蚀 | 未被切到的孔 |
| 表面铜 | 表面包覆铜(wrap)连续性、表面铜总厚 | 线路开短路 |
| 层压 | 层压空洞、分层、树脂凹缩(热应力后)、介质厚度 | 阻抗值本身(需 TDR) |
| 对位 | 内层焊环、层间对位偏移 | 外形与孔位公差 |
| 盲孔 / 微孔 | 微孔底部与目标焊盘的结合、填孔凹陷 | 同一批次其他位置的微孔 |
钻孔本身的孔壁质量(粗糙度、钉头)也能在切片上看到,钻孔工序的检查方法见 PCB 钻孔孔壁质量检查。
切片是怎么做出来的
制样方法见 IPC-TM-650 2.1.1,大致分五步:
- 取样:从 coupon 或成品板上切下包含目标孔的小块,留出足够余量,避免切割热和应力损伤目标区域。
- 镶嵌:用树脂把样品包封固化,通常抽真空让树脂填满孔内,防止研磨时孔壁铜被拉扯变形。
- 研磨:用由粗到细的砂纸逐级研磨,直到磨到孔的中心线。
- 抛光:用抛光液去掉研磨划痕,否则划痕会被误读为裂纹。
- 微蚀:必要时轻微蚀刻,显出铜层之间的界面和晶粒,便于区分化学铜、电镀铜与内层铜箔。
磨到中心线是读数准确的前提。 如果没有磨到孔中心,截面会斜着切过孔壁,孔铜看起来比实际更厚,孔径看起来更小。这一点读切片报告时需要先确认。
切片报告该读哪几项
拿到切片报告或照片时,可以按下面的顺序核对:
- 孔铜厚度:报告应给出最小值,而不只是平均值。孔中间和孔口的厚度通常不同,高纵横比孔的孔中间往往最薄。纵横比与深镀能力的关系见 高层数 PCB 的钻孔纵横比与深镀能力。
- 镀层空洞:记录空洞的数量、位置和是否贯穿。楔形空洞常出现在孔壁与内层铜的交界处。
- 内层连接:检查每个内层焊盘与孔铜之间是否有分离线。ICD 在常温下可能仍然导通,电测查不出,加热后才会开路。
- 表面包覆铜:确认孔口处表面铜与孔铜是否连续包覆。
- 介质与层压:测量关键介质层厚度,检查是否有层压空洞或分层。
- 切面位置:照片里是否能看到孔两侧孔壁对称、孔径接近钻孔直径,用来确认磨到了中心线。
验收判定依据 IPC-6012 中对应等级(Class 2 或 Class 3)的条款,外观示例可对照 IPC-A-600。不同等级对孔铜最小厚度、空洞数量与位置、凹蚀的要求不同,订单上应写明等级,而不是只写「做切片」。
coupon 取样与成品板取样
| 取样对象 | 优点 | 局限 |
|---|---|---|
| 测试 coupon(板边附连测试板) | 不破坏交付板;与成品板同批压合、钻孔、电镀;可按需设计孔径与层结构 | coupon 位于拼板边缘,镀铜分布与板中心可能不同;只代表 coupon 上设计的孔 |
| 成品板 | 直接看实际产品上的孔 | 破坏一块交付板;只能看被选中的位置 |
coupon 的结构设计可参考 IPC-2221 附录的测试图形。有两点要求值得写进设计输入:coupon 上应包含板内最小孔径和最高纵横比的孔;若板内有盲孔、埋孔或背钻,coupon 也要包含同类结构。否则 coupon 合格不能代表这些结构合格。
成品板切片一般用于首件确认、失效分析,或 coupon 无法覆盖的特殊位置,例如 BGA 下的盘中孔。
热应力前后各看什么
只看「刚做完」的切片,有些缺陷看不出来。IPC-TM-650 2.6.8 规定了镀通孔热应力试验:样品预烘后在高温焊料中浮焊,再做切片。比较热应力前后的截面,可以看到:
- 孔铜在 Z 轴膨胀下是否出现裂纹,尤其是孔中间和孔口转角;
- 内层连接是否出现分离;
- 介质中是否出现分层、起泡或树脂凹缩。
树脂凹缩(resin recession)在热应力后出现在孔壁与介质之间,判定时要和真正的分层区分。板材 Z 轴膨胀对孔铜的影响见 高 Tg FR-4:Tg、Td 与 Z 轴 CTE。
什么时候应在订单里要求切片
以下情况建议在订单或图纸上明确切片要求:
- 指定 IPC-6012 Class 3,或产品用于长期可靠性要求高的场合;
- 高纵横比通孔、厚板或高层数板;
- 含盲孔、埋孔、叠孔或背钻的 HDI 构造;
- 厚铜板;
- 首次合作的首件,或更换板材、更换工艺路线之后的首批。
电镀工序在什么条件下会加做切片,见 PCB 电镀质量检验与放行。
订单上怎么写
把「做切片」写成可验收的条件,至少包含:
- 验收标准与等级:例如「按 IPC-6012 Class 3 验收」。
- 取样对象:coupon、成品板,或两者都要;coupon 需包含哪些孔型。
- 取样数量与位置:每批或每拼板取几个,是否覆盖板中心和板边。
- 是否做热应力:是否按 IPC-TM-650 2.6.8 先做热应力再切片。
- 报告内容:孔铜最小厚度、空洞、内层连接、介质厚度的读数与照片。
- 样品保留:切片样块是否随货或留存备查。
SKPCB 的做法
SKPCB 的质量检验体系包含切片分析与铜厚测量;同批次 test coupon 用于线宽、对位、切片与热应力检查,特殊构造和异常批次加做切片。具体检验项目与抽样水平按订单与产品等级确认,验收可按 IPC-6012 Class II 或 Class III 执行。详见 质量控制;多层板构造见 多层 PCB,需要按叠层确认切片方案时可从 报价 提交资料。
小结
切片是唯一能直接看到孔铜厚度、内层连接和层压内部状态的方法,但它只代表被切开的截面。订单上写明标准等级、取样对象、热应力要求和报告内容,切片结果才有验收意义。
FAQ
Q:金相切片和 X-Ray 检查有什么区别?
A:X-Ray 是无损检查,适合看焊点、内部对位和较大的空洞;切片是破坏性的,能测孔铜厚度、看内层连接分离和细小镀层缺陷。
Q:为什么孔铜厚度要看最小值?
A:孔壁不同位置的镀铜厚度不一样,可靠性由最薄处决定。只报平均值可能掩盖孔中间偏薄的问题。
Q:电测通过了,还需要切片吗?
A:需要看产品等级。内层连接分离在常温下可能仍然导通,电测查不出;切片和热应力后切片能发现这类隐患。
Q:coupon 合格能代表整板合格吗?
A:只能代表 coupon 上设计了的孔型。coupon 应包含板内最小孔径、最高纵横比孔以及盲孔、埋孔等同类结构。
Q:热应力后出现树脂凹缩算不算不合格?
A:要按订单指定的 IPC-6012 等级条款判定。树脂凹缩需和分层、孔铜裂纹区分,判定依据以标准条款为准。
Q:SKPCB 会对每批做切片吗?
A:同批 test coupon 用于切片与热应力等检查,特殊构造和异常批次加做切片;具体项目与抽样按订单和产品等级确认。
