高解析显微镜 Lasertec双光源共轭焦显微镜如何应用表面粗糙度量测功能分析铜箔

铜是电子产业的重要金属，特别用于印制电路板与其他电子材料，铜箔则是铜金属的薄片，具有优良的电导率、延展性和耐蚀性，然而不同制程的铜箔，其表面粗糙度在各种应用上的要求会有显著不同，以下应用说明：

1. 消费性电子：采用标准粗糙度铜箔（STD），主要是能强化线路与基材黏附力，以降低频繁外力碰撞所导致脱落的风险，同时又兼顾成本控制。
2. PCB化学处理：PCB多层板压合前，电路板厂对蚀刻线路先行化学处理，依效能高低区分对铜箔的粗糙度要求，效能低者选用STD Copper标准处理，效能高者选用VLP低轮廓处理。
3. 载板封装：高阶载板对粗糙度标准小于0.5μｍ，粗糙度增加电子的传输路径，导致电阻增加，目前载板封装对粗糙度的平滑度要求越来越高。
4. 5G通信与AI伺服器：使用高频高速板材对铜箔的粗糙度要求是HVLP级，减少高频高速传输中的讯号损耗与干扰。
5. IC封装：对铜箔的粗糙度要求极高，粗糙度标准小于0.1μｍ以确保蚀刻的精度​​与讯号稳定。

本文以Lasertec双光源共轭焦显微镜OPTELICS HYBRID+的表面粗糙度量测功能对铜箔的粗糙度进行分析，是符合国际标准量的非接触式影像量测方法。
 

一、OPTELICS HYBRID+的实机操作特点：

• 以白光与雷射两个光源为共轭焦光学系统，具有微分干涉观察、垂直扫描白光干涉量测、相差干涉量测，以及反射分光膜厚量测等功能。
• 电动Z轴的定位精度可达到0.05奈米。
• 表面粗糙度量测为非接触式影像量测方法，符合国际标准量测ISO 25178且突破传统接触式量测限制，精确度更高更不受到量测线的方向所影响。

 

二、范例实测：

（1）不同制程铜箔的表面观察
图一所示，三种制程铜箔（A、B、C）分别从亮面与毛面进行表面观察，可看到不同铜箔在粗糙度大小与分布均匀性上明显不同：部分样品颗粒较粗、起伏大，部分则较为平滑且纹理均匀。 （2） 以铜箔B实际量测表面粗糙度
图二是OPTELICS HYBRID+量测「线粗糙度」所呈现的介面资讯，以下说明：

1. 红线处为线粗糙度的量测位置。
2. BAC/ADF为高度分布的频率曲线图，用来观察表面高度的分布范围与集中程度。
3. RδC为负载曲线图显示不同负荷长度率之间的高度差，评估实际承载面积与峰谷分布。
4. 断面曲线图显示沿红线扫描得到的实际表面起伏波形。

由铜箔B亮面与毛面的P-P数值来看，亮面2.345小于毛面3.443，表示亮面粗糙度较低、轮廓起伏较为稳定。

图二　铜箔的亮面与毛面表面线粗糙度量测图

图三是OPTELICS HYBRID+量测「表面粗糙度」所呈现的介面资讯，以下说明：

1. 平面图的红色方块为量测表面粗糙度的选定区域。
2. 蓝色方块与扇形图为观察表面纹理的方向性与均匀性，「自己相关函数」判断表面纹理是否有规律，中心点越集中表示表面特征的随机性越高；「角度频谱」判断绿色集中90度垂直方向表示明显纵向纹理，而绿色分布广表示纹理方向分散。
3. 负荷面积率曲线图的红色与蓝色区块对应是粗糙度的峰谷分布范围，红区是峰，蓝区是谷；绿色曲线的斜率越平缓，表示乘载面积大，接触压力越平均。

由负荷面积率曲线图来看，铜箔B亮面与毛面的量测比较：

1. 亮面的曲线较毛面较平滑，表示在一样的压力或高度条件下，亮面有较大的有效接触面积、表面轮廓相较稳定。
2. 毛面的曲线较早快速下降，表示少数较高的峰点承受主要负荷；蓝色区则表示谷部较深，且面积小表示接触集中，表面轮廓起伏相较大。

图四为铜箔B的量测数据表来看，对「线粗糙度」与「表面粗糙度」各进行六次量测，以平均值比较，毛面的Ra与Sa数值均高于亮面表示粗糙度较高；以标准偏差值比较，毛面的的Ra与Sa数值均低于亮面，表示毛面的局部均匀度要比亮面更均匀。  

三、结语
    随着5G通信与AI发展，铜箔表面粗糙度已成为影响高频高速的传输品质关键因素，因此铜箔的制程未来将持续向「极致平滑」挑战，本文以OPTELICS HYBRID+进行非接触式表面粗糙度量测，验证在不同制程铜箔表面分析上的高精度与再现性。依实测量测结果，铜箔Ｂ的亮面与毛面在粗糙度与纹理分布有明显差异，亮面粗糙度较低且表面轮廓稳定；再透过表面粗糙度量测，更可精准区分铜箔Ｂ的表面特性。
Lasertec双光源共轭焦显微镜是非接触式影像量测的最佳工具，在无须破坏样品与符合国际标准量测ISO 25178条件下，提供客户在材料选用与制程品质控制上的重要参考依据，进提升电子制程的可靠度与一致性。