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基板材料 Base Material印制电路信息 2024 No.3CCL内玻纤与树脂界面黏结间隙问题研究王必琳 王立峰 李超 陈锡强（广东生益科技股份有限公司，广东 东莞 523039）摘要在扫描电子显微镜（SEM）下观察覆铜板（CCL）及印制电路板（PCB）的切片，发现玻纤与树脂间存在微裂纹现象。在传统的认知中，对这种现象的解释是由于玻纤与树脂间浸润不良而导致微裂纹的产生，即黏结间隙问题。在SEM下观察切片，发现扫描对焦过程中原本结合良好的玻纤与树脂位置出现裂缝和变形现象。为了深入了解这一现象，设计了试验方案进行验证。通过试验，对玻纤与树脂界面黏结间隙现象进行模拟，筛选出其影响因素，给业界提供一些参考。关键词界面黏结间隙；覆铜板（CCL）；扫描电子显微镜（SEM）中图分类号：O63文献标志码：A文章编号：10090096（2024）03000405Research on the interfacial bonding gap between glass fiber and resin in the copper clad laminateWANG Bilin WANG Lifeng LI Chao CHEN Xiqiang(Shengyi Technology Co.,Ltd.,Dongguan 523039,Guangdong,China)AbstractThe bonding gap is a possible failure between glass fiber and resin in the copper clad laminate(CCL).Microcracks between glass fiber and resin are found by observing the cross sections of copper clad laminate and printed circuit board(PCB)under scanning electron microscope.The traditional explanation for this phenomenon is that microcracks occur due to poor infiltration between the glass fiber and the resin,which should be well combined.In order to make deeper understanding on this problem,we design an experimental scheme for verification.This paper mainly simulates the phenomenon of bonding gap between glass fiber and resin through experiments,screens out its influencing factors,and gives some references to industry peers.Key wordsinterfacial bonding gap;copper clad laminate(CCL);scanning electron microscope0引言覆铜板（copper clad laminate，CCL）基材内玻纤与树脂界面黏结间隙问题1，是指在扫描电子显微镜（scanning electron microscope，SEM）下观察 CCL 及印制电路板（printed circuit board，PCB）的切片时2，发现玻纤与树脂间存在界面黏结间隙，如图1所示。作者简介：王必琳（1995），男，工程师，本科，主要研究方向为覆铜板生产与PCB加工。-4印制电路信息 2024 No.3基板材料 Base Material在传统的认知中，对这种现象的解释是由于玻纤与树脂间浸润不良而导致微裂纹的产生。CCL 基材玻纤与树脂间的黏结间隙可能会引起PCB可靠性的下降，如PCB湿流程中潮气更易渗透进而影响耐热性。当黏结间隙出现在不同网络的通道间时，则会为铜离子的迁移提供天然的通道，减小有效绝缘距离。S厂产品在推广制作A公司的转接板（interposer）产品时，A公司提出观察S厂产品黏结间隙，切片在离子研磨后，使用电镜观察玻纤和树脂的结合情况，要求黏结间隙的比例（即出现黏结间隙的玻纤纱的根数/观察的玻纤纱的总根数）5104。在电镜下观察切片过程中，发现了扫描对焦过程中原本结合良好的玻纤与树脂位置出现裂缝、变形现象。猜想其原因与电镜的真空度、加速电压、放大倍数、观察时间等参数有关。本文根据以上猜想和疑问，设计了试验方案并进行验证和总结。1试验方案1.1试验设备与制样1.1.1试验设备SEM，日立SU3800；离子研磨试验机，日立IM4000，如图2所示。1.1.2样品准备过程 取 样：取 5 组 300 mm300 mm 常 见 Tg CCL，另 取 1 组 不 同 浸 润 条 件 的 中 Tg CCL。铣板：每组基板中间位置取一片15 mm10 mm的样品，共6组。切片制作：各组样品进行树脂包埋固化，再经机械研磨及机械抛光。离子研磨：平面抛光，电压 6 kV，倾斜角 5，抛光 30 min。研磨后在电镜下观察。1.2试验内容试验研究项目见表1。2不同条件下的试验过程2.1试验1：不同真空度条件真空度是电镜测试过程调试的关键参数之一3，低真空条件对于绝缘材料内部微观形貌的采集可有效避免荷电现象，提高图像质量。在高真空条件下，需要不导电材料镀Pt来避免荷电现象，最终获得较高质量图像，见表2。试验过程及小结：设置固定加速电压15 kV，工作距离9.9 mm，放大倍数10 000，相同观察时间。低真空度30 Pa与高真空度进行对比。同一个切片，观察不同位置。低真空度下，A态未见明显异常，对焦1 min不明显，对焦2 min时出现明显的黏结间隙现象；高真空度下，A态未见明显图2试验设备表1试验研究项目样品第1组第2组第3组第4组第5组第6组研究项目高低真空度间对比不同加速电压对比不同观察时间对比不同放大倍数对比不同的工作距离对比不同浸润条件对比图1E厂产品玻纤与树脂界面出现明显黏结间隙-5基板材料 Base Material印制电路信息 2024 No.3异常，对焦1 min出现明显异常，对焦2 min时出现较为明显的黏结间隙现象。通过观察发现，高真空度下更容易出现黏结间隙现象。2.2试验2：不同加速电压条件电镜测试过程调试的关键参数之二为加速电压。加速电压对样品微区采集深度、图像分辨率、微区能量热损伤都有不同程度的影响，不同加速电压条件下结果如图3所示。试验过程及小结：设置相同的条件，工作距离5.5 mm，放大倍数10 000，低真空度30 Pa，低电压与高电压进行对比。同一样品不同位置进行观察，10 kV对焦1 min样品几乎没有变化，15 kV对焦1 min无明显变化，30 kV对焦20 s即出现较明显的黏结间隙现象。通过观察发现，高电压下更易出现黏结间隙问题。2.3试验3：不同观察时间样品的微区对焦观察时间的长短直接影响微区高能电子束能量汇聚，进而影响样品微区热损伤，如图4所示。试验过程及小结：设置固定加速电压15 kV，高真空条件，工作距离5.5 mm，放大倍数10 000，观察同一位置不同时间的玻纤与树脂界面黏结情况。A态下无明显异常，对焦1 min出现轻微异常的微裂纹现象，对焦2 min出现明显的黏结间隙现象。通过观察发现，随着时间的延长黏结间隙现象更为明显。2.4试验4：不同放大倍数电镜测试过程中，放大倍数的大小决定了样品受热损伤微区面积的大小，见表3。试验过程及小结：设置固定电压15 kV，工作距离5.3 mm，高真空条件，相同的观察时间。同一切片不同位置在6 000与10 000的放大倍数下观察玻纤与树脂界面黏结情况。由表 3 可知，10 000放大倍数下更容易出现黏结间隙现象。通过观察发现，放大倍数越大，视野范围越小，扫描电镜电子束能量在样品微区越集中，越容易形成黏结间隙。表2不同真空度条件结果条件低真空度30 Pa高真空度A态观察1 min观察2 min图3不同加速电压条件下结果-6印制电路信息 2024 No.3基板材料 Base Material2.5试验5：不同工作距离测试过程中，工作距离的大小决定了样品距高能电子束的距离，进而影响样品微区热损伤程度，见表4。试验过程及小结：设置固定加速电压15 kV，高真空条件，观察时间与观察倍数均一致，观察不同工作距离的玻纤与树脂界面黏结情况。由表4可知，工作距离为5.4 mm时更容易出现黏结间隙现象。通过试验观察可以发现，工作距离越小，样品微区所承受的扫描电镜电子束能量越高，越图4不同观察时间下的结果表3不同放大倍数下的结果条件放大倍数6 000放大倍数10 000观察1 min观察2 min表4不同工作距离下的结果条件工作距离5.4 mm工作距离10 mm工作距离20 mmA态观察1 min观察2 min-7基板材料 Base Material印制电路信息 2024 No.3易出现黏结间隙现象，反之未出现异常。2.6试验6：不同浸润条件为了考察如何从 CCL 角度改善黏结间隙问题，通过调整上胶机的车速让玻纤在胶槽中获得不同的浸润时间，特制了不同浸润程度的样品进行 对 比。2 种 样 品 线 速 分 别 为 23.9 m/min 和 15.3 m/min，见表5。试验过程及小结：设置固定加速电压15 kV，高真空条件，观察时间与观察倍数一致，观察玻纤与树脂界面黏结情况。由表 5 可知，线速 23.9 m/min的样品更易出现黏结间隙现象。通过试验观察可以发现，浸润速度慢的效果相对更好，黏结间隙不易出现，随着时间的延长，无论浸润速度快与慢都会出现黏结间隙现象。3试验结论（1）材料自身浸胶可靠性问题会导致形成黏结间隙。在测试过程中不同的测试条件也会导致黏结间隙的形成，电镜观察过程中，由于高能量电子束流对样品造成热损伤，会导致玻纤与树脂间产生黏结间隙，电镜测试条件的热损伤是非材料自身缺陷导致黏结间隙的一个主要原因。（2）设置不同真空度，控制其他变量不变，发现低真空度下电子束对样品的影响较小，高真空度下电子束更容易对样品表面造成破坏，形成黏结间隙现象。（3）设置不同加速电压，控制其他变量不变，发现高加速电压下更容易出现黏结间隙现象。（4）设置不同时间长度，针对同一样品，样品 A 态未出现黏结间隙问题，随着时间的延长，黏结间隙逐步形成。（5）设置不同放大倍数，控制其他变量不变，发现放大倍数越大，电子束越为集中，越容易出现黏结间隙问题。（6）设置不同的工作距离，控制其他变量不变，发现距离越近，越容易出现黏结间隙现象。（7）设置不同的浸胶时间，控制其他变量不变，发现浸胶时间长的样品树脂与玻纤结合相对较好，但是随着时间的延长，最终都会出现黏结间隙现象。4结语CCL基材内玻纤与树脂界面黏结间隙问题是PCB业界共同关注的“可靠性问题”4。针对这一现象，如果材料本身存在问题，毫无疑问对后续质量是有隐患的；而如果在电镜观察切片的过程中产生，则对产品质量则无影响。为了确认此问题，设计了对应的方案及试验过程，制作切片进行观察，对电镜下的黏结间隙问题进行了初步的研究，获得了一些新的认识。电镜测试条件（如加速电压、真空度、工作距离、观察时间等参数）都会影响微区形貌的特征，因此依据不同样品的特性选择合适的电镜测试参数也是必要的，避免产生技术上的判断“误区”。希望本文能对PCB同行有所帮助。参考文献 1 辜信实.印制电路用覆铜箔层压板M.2版.北京:化学工业出版社,2013:55-60.2 马金鑫,朱国凯.SEM 入门M.北京:科学出版社,1983:136-139.3 张铭诚,袁自强.电子束扫描成像及微区分析M.北京:原子能出版社,1987:169-175.4 施明哲.扫描电镜和能谱仪的原理与实用分析技术M.北京:电子工业出版社,2022:115-118.表5不同浸润条件下的结果浸润条件线速15.3 m/min线速23.9 m/minA态观察1 min观察2 min-8