高解析顯微鏡 Lasertec雙光源共軛焦顯微鏡如何應用表面粗糙度量測功能分析銅箔

　　銅是電子產業的重要金屬，特別用於印製電路板與其他電子材料，銅箔則是銅金屬的薄片，具有優良的電導率、延展性和耐蝕性，然而不同製程的銅箔，其表面粗糙度在各種應用上的要求會有顯著不同，以下應用說明：

1. 消費性電子：採用標準粗糙度銅箔（STD），主要是能強化線路與基材黏附力，以降低頻繁外力碰撞所導致脫落的風險，同時又兼顧成本控制。
2. PCB化學處理：PCB多層板壓合前，電路板廠對蝕刻線路先行化學處理，依效能高低區分對銅箔的粗糙度要求，效能低者選用STD Copper標準處理，效能高者選用VLP低輪廓處理。
3. 載板封裝：高階載板對粗糙度標準小於0.5μｍ，粗糙度增加電子的傳輸路徑，導致電阻增加，目前載板封裝對粗糙度的平滑度要求越來越高。
4. 5G通信與AI伺服器：使用高頻高速板材對銅箔的粗糙度要求是HVLP級，減少高頻高速傳輸中的訊號損耗與干擾。
5. IC封裝：對銅箔的粗糙度要求極高，粗糙度標準小於0.1μｍ以確保蝕刻的精度與訊號穩定。

　　本文以Lasertec雙光源共軛焦顯微鏡OPTELICS HYBRID+的表面粗糙度量測功能對銅箔的粗糙度進行分析，是符合國際標準量的非接觸式影像量測方法。
 

一、OPTELICS HYBRID+的實機操作特點：

• 以白光與雷射兩個光源為共軛焦光學系統，具有微分干涉觀察、垂直掃描白光干涉量測、相差干涉量測，以及反射分光膜厚量測等功能。
• 電動Z軸的定位精度可達到0.05奈米。
• 表面粗糙度量測為非接觸式影像量測方法，符合國際標準量測ISO 25178且突破傳統接觸式量測限制，精確度更高更不受到量測線的方向所影響。

 

二、範例實測：

（1）不同製程銅箔的表面觀察
圖一所示，三種製程銅箔（A、B、C）分別從亮面與毛面進行表面觀察，可看到不同銅箔在粗糙度大小與分布均勻性上明顯不同：部分樣品顆粒較粗、起伏大，部分則較為平滑且紋理均勻。 （2） 以銅箔B實際量測表面粗糙度
圖二是OPTELICS HYBRID+量測「線粗糙度」所呈現的介面資訊，以下說明：

1. 紅線處為線粗糙度的量測位置。
2. BAC/ADF為高度分佈的頻率曲線圖，用來觀察表面高度的分佈範圍與集中程度。
3. RδC為負載曲線圖顯示不同負荷長度率之間的高度差，評估實際承載面積與峰谷分佈。
4. 斷面曲線圖顯示沿紅線掃描得到的實際表面起伏波形。

由銅箔B亮面與毛面的P-P數值來看，亮面2.345小於毛面3.443，表示亮面粗糙度較低、輪廓起伏較為穩定。

圖二　銅箔的亮面與毛面表面線粗糙度量測圖

圖三是OPTELICS HYBRID+量測「表面粗糙度」所呈現的介面資訊，以下說明：

1. 平面圖的紅色方塊為量測表面粗糙度的選定區域。
2. 藍色方塊與扇形圖為觀察表面紋理的方向性與均勻性，「自己相關函數」判斷表面紋理是否有規律，中心點越集中表示表面特徵的隨機性越高；「角度頻譜」判斷綠色集中90度垂直方向表示明顯縱向紋理，而綠色分佈廣表示紋理方向分散。
3. 負荷面積率曲線圖的紅色與藍色區塊對應是粗糙度的峰谷分佈範圍，紅區是峰，藍區是谷；綠色曲線的斜率越平緩，表示乘載面積大，接觸壓力越平均。

由負荷面積率曲線圖來看，銅箔B亮面與毛面的量測比較：

1. 亮面的曲線較毛面較平滑，表示在一樣的壓力或高度條件下，亮面有較大的有效接觸面積、表面輪廓相較穩定。
2. 毛面的曲線較早快速下降，表示少數較高的峰點承受主要負荷；藍色區則表示谷部較深，且面積小表示接觸集中，表面輪廓起伏相較大。

圖四為銅箔B的量測數據表來看，對「線粗糙度」與「表面粗糙度」各進行六次量測，以平均值比較，毛面的Ra與Sa數值均高於亮面表示粗糙度較高；以標準偏差值比較，毛面的的Ra與Sa數值均低於亮面，表示毛面的局部均勻度要比亮面更均勻。  

三、結語
    隨著5G通信與AI發展，銅箔表面粗糙度已成為影響高頻高速的傳輸品質關鍵因素，因此銅箔的製程未來將持續向「極致平滑」挑戰，本文以OPTELICS HYBRID+進行非接觸式表面粗糙度量測，驗證在不同製程銅箔表面分析上的高精度與再現性。依實測量測結果，銅箔Ｂ的亮面與毛面在粗糙度與紋理分佈有明顯差異，亮面粗糙度較低且表面輪廓穩定；再透過表面粗糙度量測，更可精準區分銅箔Ｂ的表面特性。
　　Lasertec雙光源共軛焦顯微鏡是非接觸式影像量測的最佳工具，在無須破壞樣品與符合國際標準量測ISO 25178條件下，提供客戶在材料選用與製程品質控制上的重要參考依據，進提升電子製程的可靠度與一致性。