浅谈表面粗糙度Surface Roughness

一、表面粗糙度

  表面粗糙度surface roughness之正确说法是“表面形貌surface texture” (或表面形纹)。后者桩具学术性且立论严谨考虑周详,但此含意甚广说法反到并不盛行。此术语在各种工业中又常俗称为“surface fllish”也就中文理念表达方式的“表面之完工情形”。但舆此词相近的surface finlshing,则在pcb业系板面焊垫最外表之可焊处理层;如喷锡、化镍浸金,有机保焊处理(osp)或者浸踢或浸银等工序而言。

  表面粗糙度用途最大的邻域是在光学工业与半导体工业,近年来与起的光电工业与微机电领域中,也都当成了重要的品管参敷。电路板业现行的高阶fc-bga(如cpu之p-ill舆p-iv等)其1-2mil细线的sap精密制程,亦渐需对其数据进行量测舆管理。然而中外pcb传媒中对此学门着墨者甚少,本文将以抛砖引玉的心情整理介绍,尚盼高明者指正。

  二、与电路板的关系

传统电路板制程与“表面粗糙度”有关者,多半强调于干膜光阻或湿膜光阻(含绿漆)涂布前的铜面“粗化处理”。因所贴着皮膜的附着力,舆其事前铜面上的形敲有着密切的关系。附着力不足者,则难免在后续制程或使用中发生浮离或脱皮现象;反之附着力太强者,则事后的除膜又成了十分恼人的困扰、加以近年来2mil以下的细线制作已有所需求,预见的未来甚至1mil或低于1mil的极细讯号线,均将会成为封装载板的主流。如fc-bga的半加成式(semi-additive)的增层法(buildup)制程,在化学铜之前的干膜式介质层(如ajinomoto bonding film; abf)即必须先行粗化处理 如此经由化学铜与后续电镀层所制作的细线,方才具有更好的附着力。于是此种sap中结构件之介质层(dielectric layer) 对其表面粗糙度的管控,比起早先光阻前的铜面粗糙度,在重要性方面将更上数层楼矣。

  采用干膜介质层进行境层法之sap制程者,须先将介质层(例如abf)予以适当粗化后,再做上去的公演铜与电镀铜层才会有良好的附着力。

  光阻或其它皮膜前的铜面粗糙度,不管是经由机械方式的产生(如刷磨或喷砂)或化学微蚀反应的获得,其截面棱线(proflle or waviness)的凹凸形式,在各种surface texture成文经典或规范中所论述者,堪称五花八门错综复杂,并还夹杂许多的微积分观念与公式,初学者很难深入了解。

  至于传统电镀铜箔(e.d.foil) 的毛面,刻意在高电流密度(1000asf以上)中沉积出粗大柱状(columnar) 结晶,并经层层堆积下获致了极为明的棱线、而且为了增加大面积还须特殊后制程而长出无数大小不等的铜瘤。在表面积增大以及香菇状的强力互抓连锁(interlocking)下,使得传统基板上铜箔的抗撕强度(peel strength) 均可高达8 1b/in以上. 此种凹凸有致的铜箔棱线,其所踩压出的树脂表面,也当然呈现起伏随形的镜面效应、此等surface texture均可采用各种文献中的既有方式加以表达。

  然而sap制程中介质层之粗化者,则一律系自平坦表面向下挖深攻入,整体外表的起伏不算明显,与传统微观上的棱线情形并不完全相同·其坑洞是利用高锰酸钾槽液所咬蚀掉部分树脂所形成,实际上只呈现了常见粗糙棱线的下一半而已(即专用术语的rsk,详见后文)

  另外业界也常讨论到 孔壁粗糙度 一词,甚至还言之凿凿沿用多年说什么允收上限的尺度是lmi等等。其实各种重要的国际规范中从未出现过此一名词,想必是某些业者想当然耳的自我认定,彼此以讹传讹久了反而积非成是成了一种“伧学”ipc-6012规范中只提到过因钻孔不良而造成镀铜孔壁的破洞(void)而已。此种早期插孔焊接时代的孔铜破洞,常会引发"吹孔”(blow hole)之后患,以致造成焊点强度不足的可靠度问题,这才是规范重心之所在。不过若业者与客户间所专设之特别规定者,自然就要另当别论了。

  三、基础智识与术语

  由于表面粗糙度是精密机械工程的一种专门学问,一向在光学与晶圆领域中占有重要地位·电路板业界则从未涉及,近年来由于封装载板的精密布局与近距细线(已至lmil) 的到来,才仿效半导体业而将surface texture纳入制程管理, 经doe探索f渐成为重要的参数。为了易于了解起见,以下将一些基础性的术语先行说明,以利进入情况。

  3.1 驻观长度单位

  光学或晶圆领域常用到一些微小的长度单位,再加上英制与公制的参杂混淆, 经常让人搅不渍彼此问之关系。例如近年来所流行的奈米(nanometer)到底与pcb所熟悉的mil(正确说法是英丝,业界惯用的“条”则是积非成是的结果)其间的比例换算究竟为何, 还真的没有几个人能说清楚,下表即为一种实用的速儿对比。

  3.3表面形貌surface textue

  若以英制之微吋对某些常见事物之表达时, 可得到一些日常较少接触过的微观数字,例如:人发为2000-3000pin,蜘蛛丝直径100—200uin,可见光之波范围长16—30pin,氢原子直径0.04pin等。

  3.2坐标系统

  机械接触

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发布日期:2019年07月02日  所属分类:参考设计