一种通过剥孔检测镀铜结合力的方法与流程

1.本发明涉及线路板制作技术领域，具体涉及一种通过剥孔检测镀铜结合力的方法。


背景技术：

2.柔性电路板(flexible printed circuit board，简称fpc)，又称挠性印制电路板、挠性覆铜板、软板，以聚酰亚胺或聚酯薄膜作为挠性基底制成的印制电路板。多层柔性板是指将3层或更多层的单面或双面柔性电路层压在一起，通过钻孔、电镀形成金属化孔，在不同层间形成导电通路。相比于传统硬质电路板，多层柔性电路板具有优异的弯折性、更好的热传导性和更方便的装配性能。
3.柔性电路板制造工艺多、复杂度高，包括laser钻孔、除胶渣、黑影、显影蚀刻、铜减薄等十几个工序，每个工序都可能发生缺陷。其中钻孔、除胶渣、黑影、镀铜等关键工序的生产情况将直接影响柔性电路板成品中导通孔质量的好坏。多层柔性板依靠金属化孔形成导电通路。从作用上区分，孔可以分成两类：一是用作各层间的电气连接；二是用作器件的固定或定位。从工艺制程上区分，孔主要分为以下两类，即盲孔(blind via)和通孔(through via)。盲孔位于印刷线路板的顶层和底层表面，具有一定深度，通过盲孔底部镀铜，连接表层线路和位于其下面的内层线路。因此电路板产品盲孔镀铜和内层的结合力至关重要，镀铜结合力差将导致所在线路板的功能性失效，造成可靠性次品。在fpc下游的装配工艺的热处理过程中，材料间因热膨胀系数存在差异而产生的拉扯力，若镀铜与基材之间的结合力差将导致两者间分离；或者柔板弯折时发生孔底脱开等情况。而这种微连接的可靠性风险常规的切片观察检测和柔板后道et难以完全的100％准确检测出来。一旦发生这种情况，常规的做法是：1.在镀铜工站进行切片确认，但是切片时间长，微小的盲孔孔底镀铜和基材铜的脱离无法快速可靠的发现；2.在柔板完成全部制造工序后通过多次的热处理，进行批量筛选。上述两种方法费时费力。目前，fpc行业对盲孔底部镀铜和基材铜的结合力没有明确的定义检验方法，检验的标准；更缺少一种可以快速、便捷的在线确认盲孔镀铜和基材铜结合力的方法。
4.目前，有些柔板厂商使用离子研磨仪进行截面切割再用扫描电子显微镜进行高倍放大观察确认镀铜与基材铜的结合情况，图1(20μm)和图2(2μm)示出了孔底镀铜脱离不良fib图像，较大空洞与细碎晶粒的存在说明镀铜结合力弱。但是这种方法每个样品需要约3个小时制样拍摄过程，存在成本高、检测数量少、效率差和漏失等问题，无法实现在线快速检测。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明实施例提供了一种通过剥孔检测镀铜结合力的方法，以解决现有技术中的问题。
6.本发明实施例提供了一种通过剥孔检测镀铜结合力的方法，包括：
7.使待检测多层线路板在预设温度下加热预设时间；
8.沿着待检测多层线路板的待观测区域边缘切割，得到开口区域；
9.将开口区域剥离待检测多层线路板，得到剥离线路层和开口观测区；
10.观察剥离线路层中的第一镀铜孔位置和开口观测区中的与第一镀铜位置对应的第二镀铜孔位置；
11.通过第一镀铜孔位置和第二镀铜孔位置的状况，判定镀铜结合力是否合格。
12.可选地，沿着待检测多层线路板的待观测区域边缘切割，得到开口区域包括：
13.通过刀片或激光沿待观测区域边缘切割；切割厚度为从表面线路层至与表面线路层最近的基材铜层。
14.可选地，通过第一镀铜孔位置和第二镀铜孔位置的状况，判定镀铜结合力是否合格，包括：
15.若第二镀铜孔对应的基材铜层位置处无铜，则镀铜层与剥离线路层在剥离时一同拉脱，镀铜结合力为合格；
16.若第二镀铜孔对应的基材铜层位置处有铜，且镀铜层为铜柱形状，则镀铜结合力为合格；
17.若第二镀铜孔对应的基材铜层位置处有铜，而镀铜层非铜柱形状，则镀铜结合力为不合格。
18.可选地，预设温度为150℃～250℃。
19.可选地，预设时间为2秒～9秒。
20.可选地，预设剥离角度为45度-90度。
21.可选地，预设的剥离速度3-10厘米/秒。
22.可选地，通过ccd相机或显微镜对第一镀铜孔位置和第二镀铜孔位置的状况进行观测。
23.可选地，在将开口区域剥离待检测多层线路板时，通过按压棒压住待检测多层线路板的非开口区域，用镊子夹住开口区域的一角，以预设力度匀速剥离开口区域。
24.可选地，多层板为三层板，三层板的结构为第一铜层、第一pi层、第一粘合胶层、第一基材铜、第二pi层和第二基材铜；第一开口区域位于多层板的第一铜层一侧，开口厚度从第一铜层外侧表面至第一基材铜靠近第一粘合胶层一侧的表面。
25.可选地，多层板为四层板，四层板的结构为第二铜层、第三pi层、第二粘合胶层、第三基材铜、第四pi层、第三基材铜、第三粘合胶层、第四pi层和第三铜层；第二开口区域位于第二铜层，开口厚度从第二铜层外侧表面至第三基材铜靠近第二粘合胶层一侧的表面；第三开口区域位于第三铜层，开口厚度为第二铜层外侧表面至第二基材铜靠近第二粘合胶层一侧的表面。
26.可选地，待观测区域中包括至少一个镀铜孔。
27.本发明实施例的有益效果：
28.通过在线路板上设置开口观测区，对开口观测区边缘进行切割，将开口区域剥离，观察镀铜盲孔处的铜的形态，判断镀铜结合力是否合格，与现有技术中通过离子研磨仪进行截面切割再用扫描电子显微镜进行高倍放大观察确认镀铜与基材铜的结合情况，本实施例提供的方法更高效简便。
附图说明
29.通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：
30.图1示出了孔底镀铜脱离20μm不良fib图像；
31.图2示出了孔底镀铜脱离2μm不良fib图像；
32.图3示出了本发明实施例中一种通过剥孔检测镀铜结合力的方法流程图；
33.图4示出了本发明实施例中一种多层线路板待观测区域的结构图；
34.图5示出了本发明实施例三层板盲孔示意图；
35.图6示出了本发明实施例四层板盲孔示意图；
36.图7示出了本发明实施例中一种剥孔结果为合格的示意图；
37.图8示出了本发明实施例中另一种剥孔结果为合格的示意图；
38.图9示出了本发明实施例中一种剥孔结果为不合格的示意图。
具体实施方式
39.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
40.本发明实施例提供了一种通过剥孔检测镀铜结合力的方法，如图3所示，包括：
41.步骤s10，使待检测多层线路板在预设温度下加热预设时间。
42.在本实施例中，通过加热平台对待检测多层线路板进行加热，预设温度为150℃～250℃。若多层线路板的层数较少，加热平台的温度设置为150℃至180℃。相应地，预设加热时间设置为2～9秒。
43.步骤s20，沿着待检测多层线路板的待观测区域边缘切割，得到开口区域。
44.在本实施例中，待的待观测区域为镀铜盲孔，待观测区域中至少包含一个盲孔。待观测区域可以设置为矩形，也可以设置为其他形状，只需要切割出一个分离的区域便于观察。如图4所示，多层线路板上设置了的待观测区域，由待观测区域边缘41确定范围，待观测区域内包括多个待观测的镀铜盲孔42。
45.步骤s30，将开口区域剥离待检测多层线路板，得到剥离线路层和开口观测区。
46.在本实施例中，把第一层的铜层以及粘合胶层(bonding胶)从内层铜层处剥开，用镊子将其一角拉开，得到剥离线路层和开口观测区。其中，剥离线路层包括图5所示的l1层中的cu层、pi层和l2a层中的adh层(粘合胶层)，开口观测区则为暴露出的l23层中的cu层，即基材铜。
47.步骤s40，观察剥离线路层中的第一镀铜孔位置和开口观测区中的与第一镀铜位置对应的第二镀铜孔位置。
48.在本实施例中，需要结合剥离线路层和开口观测区盲孔位置处的铜的形态，作为判断镀铜结合力的依据。
49.步骤s50，通过第一镀铜孔位置和第二镀铜孔位置的状况，判定镀铜结合力是否合格。
50.在本实施例中，如图7所示，若该线路板中的镀铜结合力是合格的，则线路板剥离结构应当是基材铜与镀铜是相连的，否则镀铜结合力就是不合格。
51.表1离子切割截面法与本实施例产能比较
[0052][0053][0054]
通过在线路板上设置开口观测区，对开口观测区边缘进行切割，将开口区域剥离，观察镀铜盲孔处的铜的形态，判断镀铜结合力是否合格，与离子研磨仪进行截面切割再用扫描电子显微镜进行高倍放大观察确认镀铜与基材铜的结合情况的方法相比(结果如表1所示)，本实施例提供的方法更高效简便，大大缩短了检测周期，提高了检测效率。
[0055]
作为可选的实施方式，步骤s20包括：
[0056]
通过刀片或激光沿待观测区域边缘切割；切割厚度为从表面线路层至与表面线路层最近的基材铜层。
[0057]
在本实施例中，如图5和图6所示，盲孔镀铜结构为基材铜(l23层cu)以及与之相连的第一电镀铜51/第二电镀铜61/第三电镀铜62，由于两层铜层(l1层/l4层的铜和l23层的铜)之间的材料是聚酰亚胺(pi)和粘合胶(adh)，因此不论是用刀片切割还是激光切割，都可以控制切割到基材铜表面。
[0058]
如图5所示，多层板为三层板，三层板的结构为第一铜层、第一pi层、第一粘合胶层、第一基材铜、第二pi层和第二基材铜；第一开口区域位于多层板的第一铜层一侧，开口厚度从第一铜层外侧表面至第一基材铜靠近第一粘合胶层一侧的表面。
[0059]
如图6所示，多层板为四层板，四层板的结构为第二铜层、第三pi层、第二粘合胶层、第三基材铜、第四pi层、第三基材铜、第三粘合胶层、第四pi层和第三铜层；第二开口区域位于第二铜层，开口厚度从第二铜层外侧表面至第三基材铜靠近第二粘合胶层一侧的表面；第三开口区域位于第三铜层，开口厚度为第二铜层外侧表面至第二基材铜靠近第二粘合胶层一侧的表面。
[0060]
在具体实施方式中，若多层板为五层板，则一次检测工艺在单层线路板压合至四层板之前进行，例如单层板压合在第二铜层的表面，在单层板压合到四层板之前，先对四层板进行剥孔检测，再压合成五层板，五层板制作盲孔，盲孔区域为单层板表面至第二铜层的表面，镀铜完成后，再进行一次剥孔检测，检测单层板表面至第二铜层的表面的镀铜盲孔。
[0061]
作为可选的实施方式，步骤s50包括：
[0062]
若第二镀铜孔对应的基材铜位置处无铜，则镀铜层与剥离线路层在剥离时一同拉脱，镀铜结合力为合格。通过切片获取切片图像。如图7所示，观察结果为俯视视角和侧视视角，可以看出基材铜表面的镀铜孔处(中间圆形区域)不存在铜，而在剥离线路层对应地可以观察到基材铜与镀铜一同拉脱，即电镀处的基材铜与pi分离，证明电镀铜与基材铜的结合力大于基材铜与pi的结合力，镀铜结合力是合格的。
[0063]
若第二镀铜孔对应的基材铜位置处有铜，且镀铜层为铜柱形状，则镀铜结合力为合格。通过切片获取切片图像。如图8所示，基材铜表面的镀铜孔处有铜，且形状为凸起的铜柱，电镀铜表面拐角断裂，为受力的应力集中点，表现为电镀铜自身的断裂，证明电镀铜和基材铜的结合力大于等于电镀铜抗拉强度力，镀铜结合力也合格。
[0064]
若第二镀铜孔对应的基材铜位置处有铜，而镀铜层非铜柱形状，则镀铜结合力为不合格。如图9所示，左侧圆孔处为基材铜，圆孔周围是粘合胶，通过切片再确认获取的右侧图像可以看出中间的基材铜与上方的镀铜是分离的，即电镀铜与基材铜结合力小于基材铜与pi结合力，风险很高，判定镀铜结合力不合格。
[0065]
由于目前fpc行业内没有统一的关于盲孔底板镀铜和基材铜结合力的检验方法和检验标准。本快速验证镀铜和基材铜的结合力的方法，是通过参考相关的国际标准和厂内验证数据，通过推导并结合实验验证后得出。本方法是一种定性判定盲孔镀铜和基材铜结合力的方法。
[0066]
理论推导过程如下：
[0067]
正常情况下，如表2所示，产品的状况是：
[0068]
原始基材铜抗拉强度力＞电镀铜抗拉强度力≥镀铜与基材铜结合力＞基材ha铜与pi结合力。
[0069]
表2金属抗拉强度力参考标准要求
[0070][0071]
注：表中的ha基材铜即为图5和图6中的l23层铜。
[0072]
理论上，在基材铜的基础上电镀铜后，基材铜和镀铜之间的结合力应等于电镀铜抗拉强度。但是，在实际生产中，由于基材铜表面需要经过各种处理流程，而且碗形盲孔的底部是凹陷形状，这样会导致基材铜表面的状况在处理过程中存在一定的困难，盲孔底板的基材铜表面不是完美状况，常常表现为污染，进而在此基础上电镀铜后会导致电镀铜和基材铜的结合力会降低。如果污染严重，就会在下游的装配工艺中骤然受热冲击后出现分离，脱开现象。
[0073]
实际的生产中，基材ha铜与pi很少会出现分离现象，即使在骤然受热冲击状态下。以此为参考，设立定性判断基准，要求镀铜和基材铜的结合力至少应大于基材ha铜与pi结合力。人手工的剥离的力量远远大于上述各种力，因此手工剥离后观察不同的现象是可以进行定性判定，得出可信的结论。在具体实施例中，预设剥离角度为45度-90度，剥离速度3-10厘米/秒。
[0074]
实验验证确认如下：
[0075]
1)切片确认：分别对3种剥离现象取样进行切片确认电镀铜与基材铜的结合情况如表3所示。
[0076]
表3切片再确认结果
[0077]
2)回流炉受热流程确认(模拟正常下游组装制造过程中柔板在回流炉中骤然受热的情况)：
[0078]
1.柔板电镀铜后随机取样采用上述方法剥离盲孔，判定电镀铜和基材铜结合力现象。取样过程为大张柔板的四角和中心都有取样，在四角和中心的具体位置随机，取样数量随机。每片柔板总共取样剥孔数量为10个盲孔。
[0079]
2.柔板正常流程运转到组装。柔板空载(不实际组装焊接元器件)在组装回流炉反复15遍，回流炉内温度最高260摄氏度左右且持续50-60秒。
[0080]
3.每5遍回流后et四线法测量电阻值，结果如表4所示。
[0081]
4.对电阻值异常的50个盲孔柔板进行切片都发现了镀铜和基材铜分离的现象。
[0082]
表4回流炉受热测试结果
[0083]
[0084]
注：由于本方法和反复回流实验方法都是一种破坏性实验方法，因此只进行抽样验证。即，从300片柔板中随机抽取30片柔板进行剥孔实验，再对30片柔板进行反复回流实验。
[0085]
3)可靠性测试确认
[0086]
1.柔板电镀铜后随机取样采用上述方法剥离盲孔，判定电镀铜和基材铜结合力现象。取样过程为大张柔板的四角和中心都有取样，在四角和中心的具体位置随机，数量随机。每片柔板总共取样剥孔数量为10个盲孔。
[0087]
2.柔板正常流程运转到全流程结束。
[0088]
3.采用hot oil test方法进行验证。
[0089]
hot oil test的参数：测试温度260℃，测试时间20秒，冷却时间10秒，试验周期20个，后续用ipa清洗剂清洗样本。测试结果如表5所示。
[0090]
表5可靠性测试结果
[0091][0092]
注：由于本方法和hot oil实验方法都是一种破坏性实验方法，因此只进行抽样验证。即，从150片柔板中随机抽取20片柔板进行剥孔实验，再对20片柔板进行hot oil test实验。
[0093]
4.对电阻异常的30个盲孔柔板进行切片都发现了镀铜和基材铜分离的现象。
[0094]
通过上述验证可以发现，只要是应用本方法发现的镀铜和基材铜结合力差的柔板，在受热后会出现镀铜和基材铜脱离的现象。因此本方法可以可靠的，快速的，在线定性判定镀铜和基材铜的结合力。
[0095]
在实际的生产中，可以先对整批量柔板抽取一定比例的柔板进行抽样检验。如果没有发现结合力差的可以判定为正常；如果发现结合力差的情况可以扩大柔板抽样比例，或者对每片柔板进行抽样，将结合力差的柔板通过这种方法进行筛选出来。解决了背景材料中出现的问题。
[0096]
作为可选的实施方式，通过ccd相机或显微镜对第一镀铜孔位置和第二镀铜孔位置的状况进行观测。
[0097]
在本实施例中，仅需要通过ccd相机或普通显微镜即可对镀铜情况进行观测，不需要高倍扫描电子显微镜。
[0098]
作为可选的实施方式，在将开口区域剥离待检测多层线路板时，通过按压棒压住待检测多层线路板的非开口区域，用镊子夹住开口区域的一角，以预设力度匀速剥离开口区域。
[0099]
在本实施例中，为了方便剥离，对非开口区域进行按压固定，以(的恒定速度对开口区域进行剥离，剥离力度根据铜层厚度、粘合胶种类、粘合胶厚度进行选择。
[0100]
作为可选的实施方式，作为可选的实施方式，待观测区域中包括至少一个镀铜孔。
[0101]
在本实施例中，如图4所示，若线路板上的镀铜孔较为密集，则可以适当扩大开口区域，在一次剥离后对多个镀铜孔进行观测。
[0102]
作为可选的实施方式，待观测区域为规则形状，例如矩形；至少切割三条边得到开口区域。
[0103]
在本实施例中，如图4所示，只切割矩形的三条边，使剥离线路层与线路板仍然连接，方便对多个镀铜孔的位置进行一一对应观测，以提高观测效率。
[0104]
虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。