干货 | 金相显微镜在印制板工艺的应用与研究

金相显微镜在电力二次设备中主要用于观察印制电路板的切片。印制电路板（PCB）是电子元器件不可缺少的一部分，广泛应用于电子行业，其质量可靠与否必须通过一定的检测技术来判定。印制板制造工艺复杂， PCB焊接工艺无铅化是未来的发展趋势，焊点可靠性是无铅化焊接工艺的关键，若其中某一环节出现质量问题，将导致印制板报废。

在电路板行业中，金相显微镜的用途最广的是看线路板多层板压合状况，及线路板里面的线路分布状况。还有就是看线路板的断面等。PCB板都是由一层绝缘层，一层铜层等层次组成的，在金相中，主要用的就是看镀铜层的厚度，另外还用到层间重合度检测，钻孔孔壁粗糙度，出现空隙、断裂等缺陷。

金相切片是一种破坏性测试，可测试印制板的多项性能。金相切片制作，显微镜放大观察分析线路板焊点失效情况。通过对PCB板基切片、研磨、抛光后观察其界面，是发现PCB焊点钎料杂质、缺陷，控制元器件封装内部缺陷等PCB焊接质量，观察镀铜厚度的检测手段。

金相显微镜需要用到的放大倍数为500~600倍，绝大多数为正置式金相显微镜。

本文试验中使用蔡司的Axio Scope Al金相显微镜，放大倍率可达1000倍。整套金相显微镜设备中包括金相显微镜和切割机、镶嵌机、磨抛机等金相制样设备，可实现PCB的板基切片分析，观察镀铜组织、厚度等功能。

1 金相切片的制作过程

PCB板显微镜组织检测是将焊点切片、研磨、抛光后用显微镜来观察其界面。

金相切片制作工艺流程如下：取样→精密切割→镶嵌→粗磨→细磨→抛光→观测。使用精密切割机，注意保持切割面与覆铜面垂直。在镶嵌机上把切割好的样件镶嵌成型。在磨抛机换上抛光布，对待检表面进行抛光处理，使待检表面光亮，无划痕，通过显微镜可观察到平整的待检表面的图像。

2 金相切片的观察

金相切片是一种发现PCB钎料杂质、溶蚀、组织结构、合金层及微小裂纹的有效方法。焊点裂纹一般呈中心对称分布，因而应尽量可能沿对角线方向制样，可以直观的反映材料样品组织形态。将样品的待检部位朝上，平放于显微镜的观测台上，依据待检部位的具体情况，精调载物台旋钮。选用低倍数的放大物镜，手动粗调物镜台上下移动旋钮，直至能看到被测样品，再手动精调物镜台上下移动旋钮，直到能够清晰地观察其真实图像为准。期间调整光源，让目镜观察亮度适合。在下图的金相切片观察中，能清晰反映右侧的焊点存在杂质、气孔等缺陷。

PCB焊点缺陷观察图

3  PCB覆铜厚度测量分析

通过CCD把PCB覆铜面的切片观察图像输出到电脑上，在电脑显示器放大分析图像。测量分析的时打开MIAPS分析软件，把刚才排好的照片在分析软件打开,然后加载相应倍数标尺。在软件菜单的专用部分里面第一项是长度测量。第一步加载标尺，点击专用部分里的长度测量。

PCB覆铜厚度测量图

测量结果如下：线段条数：10；最小长度：33.238μm；最大长度：36.434μm；总计长：351.463μm，平均长35.146μm。

下表列出了PCB覆铜厚度的要求，试验测量厚度35.146μm符合1(oz/Ft2)覆铜厚度的要求。（注：外层成品厚度一般为：基铜厚度+(0.5~1) OZ/Ft2；内层厚度基本与基铜厚度相等。）

PCB覆铜厚度的要求

印制板的生产过程，是一个工艺流程复杂的，总会出现这样那样的质量问题，要很好的解决这些问题，我们要有效利用金相切片技术，发挥它快速、准确的优点，准确找出问题的原因。在此基础上，通过优化工艺，改进人为失误，进行严格的生产管理，使印制板的生产质量稳步提高。

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