覆铜板表面树脂层厚度测量方法

尹建洪 叶锦荣

（广东生益科技股份有限公司，广东 东莞 523039）

覆铜板（CCL）或印制电路板（PCB）基材的表面树脂层，一般理解为在绝缘介质层中增强材料玻璃纤维布与铜箔之间的一层绝缘树脂层。表面树脂层厚度可能会一定程度上影响印制电路板的相关基材特性或绝缘可靠性。比如说，表面树脂层厚度过低，绝缘基材中玻璃纤维布交织点上方树脂含量不足，可能导致玻璃纤维布交织点与铜箔局部接触，从而产生一定的绝缘可靠性潜在风险（如到电阻极丝CAF失效）。因此，一般的印制板叠层设计，尤其是涉及高可靠性或高压应用需求，除考虑整板厚度外，还建议考虑合适的绝缘层树脂含量和树脂层厚度，以保证材料的综合性能。理论的表面树脂层厚度可通过计算获得，但实际测量和验证时，厚度数据容易受到测量位置的变化而波动导致结果不够准确，故如何准确测量并如实反映最小的表面树脂层厚度是目前行业的技术难点之一。

1 表面树脂层厚度的测量方法

对于表面树脂层厚度的实际测量，目前常规的垂直切片方法，通过金相显微镜或电子显微镜读取玻璃纤维交织点与铜箔之间的树脂层厚度即可。可是，在实际操作中此方法存在较明显的不足，由于垂直切片仅能反映研磨截面的特征，而玻璃纤维布为平纹布，在玻璃纱交织处并不是完全平整的，而是呈现一定的交织弧度，这势必造成不同的截面位置所读取的树脂层厚度存在差异，因此常规的垂直切片容易引起厚度误判，相关厚度数据随着切片的位置变化而波动。

为了获得相对准确结果，也可定位同一玻璃纤维纱交织点，结合多次控深研磨获得不同的厚度数据，基于多组数据确定最小的表面树脂层厚度。此方法在一定程度上可以较准确获得表面树脂层厚度分布，但存在操作相对复杂、耗时和研磨深度不易控制等因素影响。

2 优化预制样理论依据

常规的覆铜板或印制板基材通常采用E-glass玻璃纤维布作为增强材料，此类玻璃纤维布为平纹交织布，经纬向具有规则的凹凸弧度表面，如图1所示。

图1 7628玻璃纤维布平面与倾斜基准线

由于玻璃纤维布为平纹布，交织点并不是完全平整且表现出一定的交织弧度，这势必会引起不同的截面位置所读取的表面树脂层厚度存在一定差异。基于玻璃纤维布的特点，本方法优化截面方向，考虑选择性地倾斜于经向或纬向预制样，具体是以经向或纬向作为水平基准，再以一定的倾斜高度或角度制定取样基准线，采用倾斜基准线进行预制样和垂直切片。

采用倾斜的基准线制作的垂直切片，可见截面能斜跨不同的玻璃纱交织点的不同位置（如图1所示）。各玻璃纱交织点上方的树脂层厚度是随着交切位置的差异而变化的（如图2所示），各玻璃纱交织点随着截面交切位置而变化，对应的上方树脂层厚度也随之变化。其中交织点的中心顶点位置可理解为最小的表面树脂层厚度。在观察垂直切片时，通过测量连续玻璃纱交织点上方的树脂层厚度数据，可获得连续性的厚度数据分布和确定较准确的最小树脂层厚度。此方法通过优化预制样，一次垂直切片可获得较为准确的厚度数据需求，操作简便、省时。

图2 倾斜预制样垂直截面实例

3 倾斜预制样切片评估过程

3.1 预制样倾斜高度

采用15 mm宽度的切片尺寸基准，通过调整倾斜基准线的高度，控制斜跨不同数量的玻璃纱，原则上可以获得相应个数最小表面树脂层厚度。

根据不同玻璃纤维布的经纬纱密度，可以理论计算出各主要型号玻璃纤维布的单根纱宽度，如表1所示。

根据表1数据，7628玻璃纤维布单根纱的宽度经向约0.6 mm，纬向约0.8 mm，其他薄型玻璃纤维布则略小于0.5 mm，如果倾斜高度在1 mm以上，理论上可以斜跨至少一根玻璃纱以上，可得出连续性的表面树脂层厚度变化数据。随着倾斜高度的增大，斜跨的玻璃纱数也就增多，数据的变化梯度也就相应变大。

表1 主要玻璃纤维布的单根纱宽度

为了评估较为合适的倾斜高度或角度范围，本次试验采用1.5 mm厚板和0.10 mm薄板作为分析样本，涉及7628和3313玻璃纤维布，采用不同高度的倾斜基准线进行预制样，如图3实例和表2所示。

图3 倾斜预制样方式

表2 倾斜高度考察方案

3.2 垂直切片表面树脂层测量

采用金相显微镜进行表面树脂层观察，并连续测量最外层玻璃纤维布交织点与铜箔之间的最小绝缘层间距。由于是平纹交织布，所读取的连续数据应交错分别对应于经纱和纬纱交织点上方树脂层，所以间隔取数分为两组数据进行分析，连线如图4所示。7628玻璃纤维布的单根玻璃纱宽度约0.6 mm～0.8 mm，通过选择性倾斜预制样，各垂直切片基本上都能测量最小表面树脂层厚度；另外，因倾斜高度差异，斜跨玻璃纱数不同，数据连续变化的梯度存在波动。

根据图4数据分析，若倾斜高度过小，表面树脂层厚度数据变化梯度不够，未必能够得出最小值结果；若倾斜高度过大，数据变化梯度过大则连续性不好，但也基本满足最小值测量。对此，为了获得较优的数据分布和连续性，对于7628玻璃纤维布等厚布来说，建议倾斜高度至少3倍于单纱宽度，大致3 mm～5 mm范围，可获得较好的连续性厚度数据分布和相对准确的最小表面树脂层厚度。

图4 15 mm厚板倾斜预制垂直切片分析

3313玻璃纤维布单根纱的宽度约0.4 mm，倾斜高度2～3 mm可以斜跨约4-6根纱，理论上可以获得4～6个最小表面树脂层厚度数据。根据数据分析，单组数据确实可见4～5个低点，虽然并非所有数据均符合最小值要求，整体上还是能较准确反映最小表面树脂层厚度，故对于薄型玻璃纤维布2～4 mm倾斜高度仍然是比较好的范围。

3.3 评估结果

综合上述样品评估，通过优化预制样垂直切片测量表面树脂层厚度，在理论上和实际上均是可行的，而且对于薄型和厚型玻璃纤维布也均适用，较为优选的倾斜高度约3～5 mm（15 mm宽度基准），转换为倾斜角度约10～20度，通过连续测量玻璃纱交织点上方树脂层厚度数据，可以较准确和便捷地得出最小表面树脂层厚度及其均值（较为简便的，也可以利用金相显微镜直接测量玻璃纱交织点最小厚度后取均值，结果也接近实际水平）。

4 结论

通过对实际CCL样品的评估和分析，采用倾斜基准线预制样的垂直切片对表面树脂层厚度的测量有实际上的操作意义，较为优选的倾斜角度10～20°，能获得较好的连续性数据和最小表面树脂层厚度均值。较为简便的，也可以直接通过垂直切片测量厚度最小值后取均值获得结果。采用以上优化预制样的方式，能获得相对更准确地测量结果，且能避免传统垂直切片因研磨位置波动而测量不准确的缺点，相对省时、操作方便。