島津EPMA在5G通信設備內印刷線路板中的應用

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、可測試性、可組裝性等一系列的優(yōu)點。幾乎每種電子設備，小到電子手表、計算器，大到計算機、通信電子設備、軍用武器系統(tǒng)，只要有集成電路等電子元件，為了使各個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；結構和質量也已發(fā)展到超高密度、微型化和高可靠性程度；新的設計方法、設計用品和制板材料、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）搭載高質量場發(fā)射電子光學系統(tǒng)，結合島津的52.5°高X射線取出角和全聚焦晶體，可以實現(xiàn)：

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

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

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

島津研發(fā)部門使用EPMA-8050G儀器對智能手機天線中的多層壓印刷電路板（Laminated multilayer PCBs）進行了表面微區(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

將多層壓印刷電路板剝離分層處理后可分別對其銅箔層和樹脂層表面以及層間界面進行分析。圖4. 展示了分層處理后的界面信息，其中，藍色虛線左側代表銅箔層表面，右側則代表樹脂層表面。銅箔層表面呈現(xiàn)細粒不規(guī)則的“雪球”狀突起構造，樹脂層表面則分布對應的凹狀構造。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。電子信號在銅箔層內傳導過程中通常在高頻段產生傳導損失的現(xiàn)象被稱為“集膚效應（Skin effect）”。這種效應（傳導損失）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影響電路板的層間粘合強度，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

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