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，簡稱軟板或FPC，具有配線密度高、重量輕、厚度薄等特點，被廣泛應用于手機、筆記本電腦、PDA等多種產品中。因其成本高、工藝要求嚴格，導致FPC失效問題時有發生，造成嚴重的經濟損失。本文以FPC線路發黑失效為例，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，當天貼包封/固化，制程檢驗無氧化腐蝕現象，FPC出貨檢驗合格。制程TP檢驗發現氧化腐蝕現象。現進行測試分析，查找FPC線路發黑的原因。

 

二、分析過程

 

1. 外觀檢查

利用體視顯微鏡對線路發黑FPC及正常FPC進行外觀檢查檢查結果如下：

不良FPC線路表面發現點狀發黑現象，發黑點分布于FPC的兩面，分布無明顯規律性；正常FPC未發現明顯異常現象。

 

2. 剝離分析

為了觀察發黑區域微觀形貌及成分信息，選取典型失效樣品（NG）將發黑區表面PI層及黏結膠機械剝離，利用電子掃描顯微鏡對剝離界面進行觀察分析：

發黑區域剝離后，銅箔表面發現氧化現象，局部氧化層有脫落痕跡。EDS結果顯示，發黑區域及正常區域都含有C、O、Cu元素，未發現其他異常元素，發黑區域氧含量明顯偏高，即表明發黑區域存在氧化現象。正常區域無此異常現象。

 

圖1. NG樣品發黑區域及正常區域剝離后界面SEM觀察形貌及EDS能譜圖

 

3. 剖面分析

為了確認發黑區域氧化層深度及形貌狀況，選取NG樣品對發黑區域及正常區域切片^，利用SEM對截面形貌進行觀察分析，結果如下：

針對發黑區域切片，銅箔表面發現氧化層痕跡，氧化層厚度為218nm，放大觀察后，銅箔與黏結膠界面局部存在微間隙現象。正常區域未觀察到異常現象。需要特別指出的是，發黑區域存在深度方向的氧化腐蝕現象，該現象與表面的腐蝕形貌差異極大，說明腐蝕與線路蝕刻制程相關性較大。

 

圖2. NG樣品發黑區域及正常區域切片后截面SEM觀察照片

 

上述切片樣品常溫常濕環境中放置2天后，發黑區域截面明顯觀察到液體滲出現象，正常區域未發現液體滲出現象。經EDS分析，液體滲出區域較正常區域含有較高Cu元素。

 

圖3. NG 樣品發黑區域及正常區域切片后，常溫常濕環境放置2天后截面SEM形貌及EDS能譜圖

 

以上結果表明，發黑區域銅箔存在氧化現象，且銅箔與黏結膠界面存在微間隙。

 

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對不同廠商PI膜觀察分析。

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

成分測試顯示不同廠商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膜厚度測量

為了確認不同廠商PI膜厚度是否存在差異，對三款PI膜厚度方向切片，利用SEM對PI膜厚度進行測量，三者PI膜厚度差異性不大。

 

圖6. 不同廠商PI膜切片后厚度測量照片

 

4.3 PI膜FTIR官能團分析

利用FTIR傅里葉紅外光譜對三款PI膜材質（官能團）進行表征分析。

3#與1#紅外光譜圖一致，2#在波長1018.73cm-1、829.51 cm-1及803.85 cm-1位置峰值強度存在差異，推測2#與另外兩款樣品化學單體存在一定差異，但三者在材質構成上無本質區別。

 

圖7. 不同廠商PI膜FT-IR測試圖譜

 

4.4 PI膜吸水率測試

參考標準GB/T 1034-2008塑料吸水性的測定對三款PI膜樣品進行吸水率測試，測試結果如下：

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膜吸水率測試結果

 

4.5 鹽霧試驗后PI膜剖面分析

對鹽霧試驗后不同成品發黑線路位置進行切片，利用SEM+EDS對切片后截面進行觀察與分析。

線路發黑位置PI膜完好，未見明顯空洞、破損等異常。PI膜下成分測試顯示，未發現明顯Na元素存在，但2#探測到Cl元素。

 

圖8. 不同成品線路發黑位置切片后SEM形貌及EDS能譜圖

 

5. 未覆膜銅箔表面分析

為了確認未覆膜銅箔表面狀態，利用SEM+EDS對銅箔表面進行觀察分析。

銅箔表面放大觀察后，明顯發現異物殘留現象，異物分布無明顯規律性。成分測試顯示，異物主要含C元素，初步推測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、總結分析

 

外觀檢查結果顯示，不良樣品FPC線路表面均存在點狀發黑現象，發黑點分布于FPC的兩面，分布無明顯規律性；正常FPC未發現明顯異常現象。

 

剝離分析顯示，發黑區域銅箔表面存在明顯氧化現象，局部氧化層有脫落痕跡。正常區域未發現明顯異常現象。

 

剖面分析顯示，發黑區域存在厚度約為218nm的氧化層，氧化區域界面分層，且發現局部深度腐蝕的形貌，該形貌說明與蝕刻制程相關性較高。

 

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

 

PI膜分析結果顯示，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度與另外兩款PI膜存在一定差異，推測2#樣品與另外兩款樣品化學單體存在一定差異，但三者在材質構成上無本質區別；2#PI膜吸水率高，3#PI膜次之，1#PI膜最優。以上PI膜分析結果顯示，PI膜并未觀察到與線路不規律發黑失效直接相關的證據。

 

（綜上所述，FPC線路發黑的過程推測為：FPC線路蝕刻后去膜不完全，部份區域存在不規律的深度腐蝕情況，壓合時該區域的界面結合不良，且會殘留一定的蝕刻液成分。在后續存儲和流轉環節，受環境的影響，上述區域銅箔表面氧化程度逐漸劣化，直至表現出黑化特征。

 

當然也應該意識到，如果PI膜防護程度極為理想，例如百分百隔絕水汽，線路發黑的程度必然降低，但是PI膜的防護等級如何評價，目前行業內無明確標準，在此不做評判。

 

四、結論與建議

 

FPC線路發黑異常的原因推測為：FPC線路蝕刻后存在一定異常缺陷，在環境因素影響下，缺陷的影響進一步顯現，最終觀測到線路發黑現象。

 

改善建議

1. 加強FPC生產流程管控，尤其關注線路蝕刻后去膜環節及微蝕后漂洗、烘干環節。

2. 關注PI膜的防護性能，建議增加PI膜的選型評價，例如相同蝕刻線路，選擇不同的PI膜壓合，針對壓合后的軟板進行可靠性測試評價。

 

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