引言

 

柔性電路板是一種具有高度可靠性、絕佳的可撓性印刷電路板，簡(jiǎn)稱(chēng)軟板或FPC，具有配線密度高、重量輕、厚度薄等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于手機(jī)、筆記本電腦、PDA等多種產(chǎn)品中。因其成本高、工藝要求嚴(yán)格，導(dǎo)致FPC失效問(wèn)題時(shí)有發(fā)生，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。本文以FPC線路發(fā)黑失效為例，分析其異常原因，并提出改善建議。

 

一、案例背景

 

FPC線路蝕刻后，當(dāng)天貼包封/固化，制程檢驗(yàn)無(wú)氧化腐蝕現(xiàn)象，F(xiàn)PC出貨檢驗(yàn)合格。制程TP檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)氧化腐蝕現(xiàn)象。現(xiàn)進(jìn)行測(cè)試分析，查找FPC線路發(fā)黑的原因。

 

二、分析過(guò)程

 

1. 外觀檢查

利用體視顯微鏡對(duì)線路發(fā)黑FPC及正常FPC進(jìn)行外觀檢查檢查結(jié)果如下：

不良FPC線路表面發(fā)現(xiàn)點(diǎn)狀發(fā)黑現(xiàn)象，發(fā)黑點(diǎn)分布于FPC的兩面，分布無(wú)明顯規(guī)律性；正常FPC未發(fā)現(xiàn)明顯異常現(xiàn)象。

 

2. 剝離分析

為了觀察發(fā)黑區(qū)域微觀形貌及成分信息，選取典型失效樣品（NG）將發(fā)黑區(qū)表面PI層及黏結(jié)膠機(jī)械剝離，利用電子掃描顯微鏡對(duì)剝離界面進(jìn)行觀察分析：

發(fā)黑區(qū)域剝離后，銅箔表面發(fā)現(xiàn)氧化現(xiàn)象，局部氧化層有脫落痕跡。EDS結(jié)果顯示，發(fā)黑區(qū)域及正常區(qū)域都含有C、O、Cu元素，未發(fā)現(xiàn)其他異常元素，發(fā)黑區(qū)域氧含量明顯偏高，即表明發(fā)黑區(qū)域存在氧化現(xiàn)象。正常區(qū)域無(wú)此異常現(xiàn)象。

 

圖1. NG樣品發(fā)黑區(qū)域及正常區(qū)域剝離后界面SEM觀察形貌及EDS能譜圖

 

3. 剖面分析

為了確認(rèn)發(fā)黑區(qū)域氧化層深度及形貌狀況，選取NG樣品對(duì)發(fā)黑區(qū)域及正常區(qū)域切片^，利用SEM對(duì)截面形貌進(jìn)行觀察分析，結(jié)果如下：

針對(duì)發(fā)黑區(qū)域切片，銅箔表面發(fā)現(xiàn)氧化層痕跡，氧化層厚度為218nm，放大觀察后，銅箔與黏結(jié)膠界面局部存在微間隙現(xiàn)象。正常區(qū)域未觀察到異常現(xiàn)象。需要特別指出的是，發(fā)黑區(qū)域存在深度方向的氧化腐蝕現(xiàn)象，該現(xiàn)象與表面的腐蝕形貌差異極大，說(shuō)明腐蝕與線路蝕刻制程相關(guān)性較大。

 

圖2. NG樣品發(fā)黑區(qū)域及正常區(qū)域切片后截面SEM觀察照片

 

上述切片樣品常溫常濕環(huán)境中放置2天后，發(fā)黑區(qū)域截面明顯觀察到液體滲出現(xiàn)象，正常區(qū)域未發(fā)現(xiàn)液體滲出現(xiàn)象。經(jīng)EDS分析，液體滲出區(qū)域較正常區(qū)域含有較高Cu元素。

 

圖3. NG 樣品發(fā)黑區(qū)域及正常區(qū)域切片后，常溫常濕環(huán)境放置2天后截面SEM形貌及EDS能譜圖

 

以上結(jié)果表明，發(fā)黑區(qū)域銅箔存在氧化現(xiàn)象，且銅箔與黏結(jié)膠界面存在微間隙。

 

4. PI膜分析

4.1 PI膜表面分析

為了觀察不同廠商PI膜表面形貌是否存在差異，利用SEM+EDS對(duì)不同廠商PI膜觀察分析。

1# PI膜表面存在斑點(diǎn)較多，平整性不佳；2# PI膜表面光滑，無(wú)明顯異常；3#PI膜平整性略差，但好于1#樣品。

成分測(cè)試顯示不同廠商PI膜主要含有C、O元素，但2# PI膜表面局部探測(cè)到Na/Cl/K元素，懷疑是人體汗液污染所致。

 

圖4. 不同廠家PI膜表面SEM觀察照片

 

圖5. 不同廠商PI膜表面SEM形貌及EDS能譜圖

 

4.2 PI膜厚度測(cè)量

為了確認(rèn)不同廠商PI膜厚度是否存在差異，對(duì)三款PI膜厚度方向切片，利用SEM對(duì)PI膜厚度進(jìn)行測(cè)量，三者PI膜厚度差異性不大。

 

圖6. 不同廠商PI膜切片后厚度測(cè)量照片

 

4.3 PI膜FTIR官能團(tuán)分析

利用FTIR傅里葉紅外光譜對(duì)三款PI膜材質(zhì)（官能團(tuán)）進(jìn)行表征分析。

3#與1#紅外光譜圖一致，2#在波長(zhǎng)1018.73cm-1、829.51 cm-1及803.85 cm-1位置峰值強(qiáng)度存在差異，推測(cè)2#與另外兩款樣品化學(xué)單體存在一定差異，但三者在材質(zhì)構(gòu)成上無(wú)本質(zhì)區(qū)別。

 

圖7. 不同廠商PI膜FT-IR測(cè)試圖譜

 

4.4 PI膜吸水率測(cè)試

參考標(biāo)準(zhǔn)GB/T 1034-2008塑料吸水性的測(cè)定對(duì)三款PI膜樣品進(jìn)行吸水率測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如下：

如表所示，2#PI膜吸水率最高，而1#PI膜吸水率最低。吸水率越低，受水汽影響就越小，反之，更容易受水汽影響。

 

表1. 不同廠商PI膜吸水率測(cè)試結(jié)果

 

4.5 鹽霧試驗(yàn)后PI膜剖面分析

對(duì)鹽霧試驗(yàn)后不同成品發(fā)黑線路位置進(jìn)行切片，利用SEM+EDS對(duì)切片后截面進(jìn)行觀察與分析。

線路發(fā)黑位置PI膜完好，未見(jiàn)明顯空洞、破損等異常。PI膜下成分測(cè)試顯示，未發(fā)現(xiàn)明顯Na元素存在，但2#探測(cè)到Cl元素。

 

圖8. 不同成品線路發(fā)黑位置切片后SEM形貌及EDS能譜圖

 

5. 未覆膜銅箔表面分析

為了確認(rèn)未覆膜銅箔表面狀態(tài)，利用SEM+EDS對(duì)銅箔表面進(jìn)行觀察分析。

銅箔表面放大觀察后，明顯發(fā)現(xiàn)異物殘留現(xiàn)象，異物分布無(wú)明顯規(guī)律性。成分測(cè)試顯示，異物主要含C元素，初步推測(cè)為線路蝕刻后去膜不完全所致。

 

圖9. 未覆膜銅箔表面SEM形貌及EDS能譜圖

 

三、總結(jié)分析

 

外觀檢查結(jié)果顯示，不良樣品FPC線路表面均存在點(diǎn)狀發(fā)黑現(xiàn)象，發(fā)黑點(diǎn)分布于FPC的兩面，分布無(wú)明顯規(guī)律性；正常FPC未發(fā)現(xiàn)明顯異常現(xiàn)象。

 

剝離分析顯示，發(fā)黑區(qū)域銅箔表面存在明顯氧化現(xiàn)象，局部氧化層有脫落痕跡。正常區(qū)域未發(fā)現(xiàn)明顯異常現(xiàn)象。

 

剖面分析顯示，發(fā)黑區(qū)域存在厚度約為218nm的氧化層，氧化區(qū)域界面分層，且發(fā)現(xiàn)局部深度腐蝕的形貌，該形貌說(shuō)明與蝕刻制程相關(guān)性較高。

 

未覆膜銅箔表面分析顯示，銅箔表面存在明顯異物殘留，異物分布無(wú)明顯規(guī)律性。成分測(cè)試顯示，異物主要含C元素，初步推測(cè)為線路蝕刻后去膜不完全所致。

 

PI膜分析結(jié)果顯示，三款PI膜表面形貌存在一定差異，其中2# PI膜表面更為光滑；三款PI膜厚度無(wú)顯著差異，2#、3#膜厚度較1#略大；2#PI膜紅外光譜圖部分峰值強(qiáng)度與另外兩款PI膜存在一定差異，推測(cè)2#樣品與另外兩款樣品化學(xué)單體存在一定差異，但三者在材質(zhì)構(gòu)成上無(wú)本質(zhì)區(qū)別；2#PI膜吸水率高，3#PI膜次之，1#PI膜最優(yōu)。以上PI膜分析結(jié)果顯示，PI膜并未觀察到與線路不規(guī)律發(fā)黑失效直接相關(guān)的證據(jù)。

 

（綜上所述，F(xiàn)PC線路發(fā)黑的過(guò)程推測(cè)為：FPC線路蝕刻后去膜不完全，部份區(qū)域存在不規(guī)律的深度腐蝕情況，壓合時(shí)該區(qū)域的界面結(jié)合不良，且會(huì)殘留一定的蝕刻液成分。在后續(xù)存儲(chǔ)和流轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)，受環(huán)境的影響，上述區(qū)域銅箔表面氧化程度逐漸劣化，直至表現(xiàn)出黑化特征。

 

當(dāng)然也應(yīng)該意識(shí)到，如果PI膜防護(hù)程度極為理想，例如百分百隔絕水汽，線路發(fā)黑的程度必然降低，但是PI膜的防護(hù)等級(jí)如何評(píng)價(jià)，目前行業(yè)內(nèi)無(wú)明確標(biāo)準(zhǔn)，在此不做評(píng)判。

 

四、結(jié)論與建議

 

FPC線路發(fā)黑異常的原因推測(cè)為：FPC線路蝕刻后存在一定異常缺陷，在環(huán)境因素影響下，缺陷的影響進(jìn)一步顯現(xiàn)，最終觀測(cè)到線路發(fā)黑現(xiàn)象。

 

改善建議

1. 加強(qiáng)FPC生產(chǎn)流程管控，尤其關(guān)注線路蝕刻后去膜環(huán)節(jié)及微蝕后漂洗、烘干環(huán)節(jié)。

2. 關(guān)注PI膜的防護(hù)性能，建議增加PI膜的選型評(píng)價(jià)，例如相同蝕刻線路，選擇不同的PI膜壓合，針對(duì)壓合后的軟板進(jìn)行可靠性測(cè)試評(píng)價(jià)。

 

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