激光共聚焦显微镜在铜箔表面粗糙度测量中的应用

张艳华 葛 鹰

（广东生益科技股份有限公司，国家电子电路基材工程技术研究中心，广东 东莞 523808）

1 引言

铜箔是覆铜板（C C L）及印制电路板（PCB）制造种的重要材料，在当今电子信息产业高速发展中，随着印制电路板的集成程度增加，电子线路趋向于高精细和高密度化，信号传输频率越来越高[1]，低轮廓铜箔和超低轮廓铜箔越来越被大量使用，同时铜箔粗糙度成为了一个不可或缺的测量参数，是影响PCB信号完整性的关键因素，也给铜箔粗糙度的检测技术带来了新的挑战。表面粗糙度测量法主要有三类：接触式测量法、非接触式测量法以及纳米表面粗糙度分析法[2]，而激光共聚焦法是非接触式三维测量法。

激光共聚焦显微镜的原理是激光束从光源针孔射出，经过分光镜，再由扫描透镜聚焦于样品表面，对样品内焦平面上每一点进行扫描，然后反射的激光束经分光镜折射和探测透镜聚焦后，透过探测针孔由光电倍增管探测收集。只有来自样品焦平面上的光才能在探测针孔平面聚焦成像，通过计算扫面的图像得出表面的粗糙度值。激光共聚焦显微镜具有灵敏度高、分辨率高、准确性高、不损伤样品等优点，使它在铜箔面粗糙度测试技术上具有更大的优势，缺点是易受振动的影响。

本文主要是用激光共聚焦显微镜对铜箔表面粗糙度的测量进行研究。

2 样品及设备信息

样品：铜箔；标准片Ra0.12、Ra0.80、Ra1.59。

设备信息：奥林巴斯OLS5000；

物镜：5x、10x、20x、50x、100x，带有自动载物台，带有数据分析软件和标准片。

3 实验

3.1 采集模式的考察

奥林巴斯OLS5000采集模式有三种：AUTO、手动标准和手动精细。Auto模式是仪器根据样品自动调节采集高度和亮度，缺点是有时候亮度会过大，图像曝光，影响图像分析。手动标准和手动精细是根据样品手动调节采集的高度和亮度，二者的区别是采集的间距不同，手动标准的间距是0.24 μm，手动精细的间距是0.12 μm，手动精细的采集时间较长。分别用这三种模式测试铜箔样品，其他参数保持一致，结果（见表1）。

从表1可以看出，三种采集模式得出的Sa、Sz、Sq值相对于手动标准模式的偏差均小于6%，三种采集模式的结果相近，综合考虑选取手动标准模式采集图像。

3.2 扫描区域的考察

用50 x物镜单区域扫描，扫描面积是259 μm ×259 μm，拼接面积是1000 μm×259 μm，手动标准模式采集样品，得到的结果（见表2）。

从表2可以看出，两种不同采集区域的结果，Sa和Sq比较接近，但是Sz差异比较大，因为Sz是最大波峰和最大谷深之和，拼接区域采集面积比较大，更能代表样品信息，所以选拼接区域采集。

3.3 重复性考察

一个铜箔样品重复测试10次，结果（见表3）。从表3中可以看出，样品重复测量10次的相对标准偏差均小于5%，重复性符合要求。

3.4 准确性考察

测量标准片Ra0.12、Ra0.80、Ra1.59，测得结果（见表4）。从表4中可以看出，3个标准片的测量结果和标准片的值之间的相对偏差小于5%，测量结果准确。

表1 铜箔样品三种采集模式的结果

表2 铜箔样品两种不同采集区域的结果

表3 铜箔样品重复测量的结果

表4 3个标准片的测量结果

4 结语

综上所述，相对于探针式方法，激光共聚焦显微镜是一种非接触式的方法，能够在不损伤样品的前提下，对样品实施非破坏性观察和测量，消除了色差，获得的三维图像更加清晰，具有灵敏度高、分辨率高、准确性高等优点，在铜箔面粗糙度测试技术上具有更大的优势。