島津EPMA-8050G在印刷線路板中的應(yīng)用

    PCB（Printed Circuit Board）,中文名稱為印刷線路板，是電子元器件的支撐體，是電子元器件電氣相互連接的載體，具有高密度化、高可靠性、可測(cè)試性、可組裝性等一系列的優(yōu)點(diǎn)。幾乎每種電子設(shè)備，小到電子手表、計(jì)算器，大到計(jì)算機(jī)、通信電子設(shè)備，只要有集成電路等電子元件，為了使各個(gè)元件之間的電氣互連，都要使用印制板。目前印制板的品種已從單面板發(fā)展到雙面板、多層板和撓性板；結(jié)構(gòu)和質(zhì)量也已發(fā)展到超高密度、微型化和高可靠性程度；新的設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)用品和制板材料、制板工藝不斷涌現(xiàn)。下文將舉例介紹電子探針（EPMA）在印刷板工藝優(yōu)化方面的應(yīng)用。

                                                圖1. 島津場發(fā)射電子探針EPMA-8050G 

島津EPMA-8050G型電子探針（圖1）搭載高質(zhì)量場發(fā)射電子光學(xué)系統(tǒng)，結(jié)合島津的52.5°高X射線取出角和全聚焦晶體，可以實(shí)現(xiàn)：

1、*的空間分辨率：EPMA-8050G可達(dá)到的更高級(jí)別的二次電子圖像分辨率3nm（加速電壓30kV）。

（加速電壓10kV時(shí)20nm@10nA/50nm@100nA/150nm@1μA）

2、大束流更高靈敏度分析：可實(shí)現(xiàn)其他儀器所不能達(dá)到的大束流（加速電壓30kV時(shí)可達(dá)3μA）。在超微量元素的檢測(cè)靈敏度上實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛躍，將元素面分析時(shí)超微量元素成分分布的可視化成為現(xiàn)實(shí)。

島津研發(fā)部門使用EPMA-8050G儀器對(duì)智能手機(jī)天線中的多層壓印刷電路板（Laminated multilayer PCBs）進(jìn)行了表面微區(qū)元素和形貌分析。

圖2. 展示多層壓電路板橫截面中的多元素重疊分布，元素含量數(shù)據(jù)以顏色編碼形式展現(xiàn)，其中，紅色富Cu區(qū)域代表銅箔層，清晰可見4層大致10 μm厚度的銅箔層分布；綠色富C區(qū)域代表樹脂層；藍(lán)色富Al區(qū)域代表填料層；左邊緣分布的粉色區(qū)域則代表富N的保護(hù)層；而右邊緣黃色區(qū)域則代表與樹脂混合的含Si填料，用于提升電路板的耐熱性。

         圖2 多層奪印刷電路板的橫截面多元素層疊分布圖

圖3.分別展示了多種元素的分布情況，清晰可見P元素與Al元素、Si元素分布于相同的層狀區(qū)域，表明填料層中主要以有機(jī)磷阻燃劑為主，且符合印刷電路板的無鹵素要求。

                             圖3背散射和元素表面分布圖像圖3背散射和元素表面分布圖像

將多層壓印刷電路板剝離分層處理后可分別對(duì)其銅箔層和樹脂層表面以及層間界面進(jìn)行分析。圖4. 展示了分層處理后的界面信息，其中，藍(lán)色虛線左側(cè)代表銅箔層表面，右側(cè)則代表樹脂層表面。銅箔層表面呈現(xiàn)細(xì)粒不規(guī)則的“雪球"狀突起構(gòu)造，樹脂層表面則分布對(duì)應(yīng)的凹狀構(gòu)造。元素重疊分布圖中可清晰顯示銅箔層中的C元素殘留以及樹脂層中的Cu元素殘留，這些層間殘留元素的含量可用于表征電路板的層間粘合強(qiáng)度。                                                                                          

                           圖4銅箔層和樹脂層界面的背散射和元素表面分布圖像

圖5. 展示了高放大倍數(shù)條件下銅箔層表面不同區(qū)域的二次電子圖像。電子信號(hào)在銅箔層內(nèi)傳導(dǎo)過程中通常在高頻段產(chǎn)生傳導(dǎo)損失的現(xiàn)象被稱為“集膚效應(yīng)（Skin effect）"。這種效應(yīng)（傳導(dǎo)損失）隨著銅箔層表面不規(guī)則程度變大而變大，然后表面過于平整同樣會(huì)影響電路板的層間粘合強(qiáng)度，因此電路板制作工藝的優(yōu)化需要平衡這兩方面的因素。

                         圖5銅箔層表面二次電子圖像