印刷電路板通孔及焊盤的觀察、量測
隨著智慧型手機、平板電腦及穿戴式裝置等朝向小型化、薄型化及高性能化發展，印刷電路板及零件也逐漸小型化、高密度化及多層化。因此，在PCB（封裝印刷電路板、PCB：Printed Circuit Board）或印刷線路板（PWB：Printed Wired Board）的研究開發及品質保證中，觀察通孔及焊盤（焊墊）的細微部位、量測與評估凹凸等3D形狀的難度也隨之升高。在此介紹印刷電路板及印刷電路板封裝的基礎知識，以及使用最新4K數位顯微鏡觀察、量測印刷電路板細部的案例。
印刷電路板的種類、結構、特徵
在PCB（封裝印刷電路板）製造中，印刷電路板將影響零件封裝後的品質。以下說明印刷電路板的種類、各種類的結構與特徵，以及各部位的名稱。
印刷電路板的種類
本節搭配圖片說明印刷電路板的代表性種類、特徵及結構等。
單面板（單層印刷電路板）
只在基材的單面列印銅箔的印刷電路板。由於只有單層，故又稱單層印刷電路板。用來插入零件接腳（電極）的「非通孔」是由鑽孔機或沖孔機在基材上所開的孔，其內部並未鍍銅，處於絕緣狀態。因此，印刷電路板表面附有銅箔、稱為焊盤或焊墊的部分即為它與零件的接點。由於生產成本低，故此類印刷電路板常用於大量生產的民生用電子設備。
- A
- 非通孔
- B
- 基材
- C
- 銅箔
雙面板（雙層印刷電路板）
在基材的雙面列印銅箔的印刷電路板，又稱雙層印刷電路板。用於零件通孔插裝的「通孔」內部也有鍍銅，具導電性。相較於單層印刷電路板的成本較高，但配線及封裝面積加倍，可以縮小印刷電路板尺寸，因此廣泛使用在電子設備。
- A
- 通孔
- B
- 基材
- C
- 銅箔
多層印刷電路板
夾入銅箔及稱為黏合片（prepreg）的絕緣體層，形成多層結構的印刷電路板。依層數稱為4層、6層、8層印刷電路板等。由於其結構會隨著層數增加變得更複雜，因此設計及製造成本也會上升。優點是能將電源及一般訊號線等藏到內層，在表面保留更大的封裝空間，提升封裝密度。
- A
- 通孔
- B
- 黏合片（絕緣體層）
- C
- 基材
- D
- 銅箔
印刷電路板封裝的方法
「印刷電路板封裝」是透過焊錫將電子零件接合至印刷電路板，使其發揮PC板功能的製程。目前對印刷電路板封裝電子零件的主流封裝方法為通孔插裝與表面封裝兩種。以下搭配圖片說明兩者的特徵。
通孔插裝（IMT：Insertion Mount Technology）
在印刷電路板的通孔（洞）插入接腳（電極），並以焊錫接合的封裝方法。在通孔內部填充焊錫後，可稍微降低連接部的阻抗。由於將零件配置在印刷電路板上，因此有印刷電路板尺寸過大而難以小型化的問題。
為了方便插入通孔，通孔插裝用零件的特徵是會從封裝外殼往下筆直露出接腳。這樣的電子零件稱為DIP零件。
表面封裝（SMT：Surface Mount Technology）
現在印刷電路板封裝的主流為表面封裝技術。此方式不使用通孔，而是在印刷電路板表面的焊盤塗上膏狀焊料，放上電子零件，再以爐加熱來進行接合。此製程稱為回流焊方式。由於不像通孔插裝必須讓接腳（電極）貫通印刷電路板，因此可十分自由且有效率地在印刷電路板的雙面配置元件。其優點為能封裝更多的電子零件，以及可使PC板小型化、高密度化。
接腳尖端與焊盤平行的封裝零件，以及零件兩端的底面或側面為電極的表面封裝零件稱為SMD（Surface Mount Device）零件。
印刷電路板通孔及焊盤的觀察、量測案例
印刷電路板的通孔及焊盤擔負著連接零件與印刷電路板，以及電路內各種零件的重要角色。在封裝製程中需要管理的項目相當多，例如印刷焊錫或焊錫爐的狀態、回流焊爐的溫度曲線等。但是，無論多小心留意各項製程及材料，一旦通孔或焊盤存在不良情形，就會導致PC板導通不良或運作異常等問題。
然而印刷電路板的通孔及焊盤有著凹凸的形狀與銅箔特有的光反射。如果使用以往的顯微鏡進行傾斜觀察，不只需要耗費許多工夫與時間，還只能對焦於凹凸的一部分，觀察的難度相當高。此外，量測精細印刷電路板上細微、狹小的通孔及焊盤的3D形狀與尺寸也是一件難事。
KEYENCE的超高精細4K數位顯微鏡「VHX系列」能透過實現了高解析度與大景深的光學系統及獨創的觀察系統來解決這些以往的課題。
使用者可輕鬆運用它豐富的功能，讓PC板、印刷電路板的品質保證及研究開發作業更加精密、有效率，例如：使用流暢的傾斜觀察及景深合成等功能，以全對焦4K影像進行觀察；取得逼近掃描電子顯微鏡（SEM）的高對比影像，以及高精度的3D尺寸量測等。以下介紹實際使用「VHX系列」來觀察、量測印刷電路板通孔及焊盤的案例。
通孔的傾斜觀察
通孔內側的鍍銅剝落將導致連接不良。但通孔內側較深時，若使用以往的顯微鏡就必須以治具傾斜固定樣本，反覆進行多次傾斜觀察，不只難度高，還需要耗費許多時間與工夫。
只要活用4K數位顯微鏡「VHX系列」的「全角度觀察系統」與「高精度X、Y、Z電動載物台」，即可簡單地調整視野、旋轉軸、傾斜軸三個軸，同時進行傾斜觀察。無論傾斜還是旋轉，視野都不會偏離，能以高精細4K影像順暢且迅速地實現傾斜觀察。
此外有了「景深合成」功能，即使要以高倍率觀察如通孔內側般較深的部位，也能以全對焦於整個視野的清晰影像進行傾斜觀察。
此外，如果使用「VHX系列」，簡單操作就能瞬間找出以往較為困難的照明條件。無需調整。按鈕即可取得以全方位照明自動拍攝的「多重照明」功能，僅需選擇符合目的之影像便能立刻開始觀察，操作上相當直覺。
下方影像為同時使用環狀照明與背光進行傾斜觀察的案例。連照明光不易照射到的通孔內側都相當明亮、清晰，可仔細觀察孔側面銅箔剝離等細微不良。
焊盤表面的凹凸觀察（光影模式影像）
焊盤表面的鍍銅具有細微的凹凸，但因對比較低，以往很難清晰捕捉它的表面狀態。
4K數位顯微鏡「VHX系列」搭載了「光影模式（Optical Shadow Effect Mode）」，不必耗費心力抽真空即可取得逼近掃描電子顯微鏡（SEM）的高對比影像。透過強調焊盤細微凹凸的影像，便能仔細觀察並評估它的表面狀態。
焊盤鍍膜不良的3D尺寸量測、輪廓量測
印刷電路板焊盤的鍍銅如果有剝落等不良情形，可能會導致零件封裝製程的問題或PCB動作不良。憑藉接觸式測量儀或以往的顯微鏡卻難以量測焊盤的細微3D形狀。
4K數位顯微鏡「VHX系列」能依據高解析度的觀察影像直接執行高精度的3D尺寸量測。只需要從正上方拍攝的影像即可掌握表面的細微凹凸及粗糙度，將其轉為3D影像或取得凹凸形狀的量測值。
只要看著畫面使用滑鼠指定位置，還能量測任意部位的輪廓。也可以依據不良部位的2D截面形狀取得次微米級的凹凸形狀量測值，快速實施高精度的分析。
強力支援印刷電路板、PC板研究開發與品質保證的4K數位顯微鏡
4K數位顯微鏡「VHX系列」是提升PCB可靠性時不可或缺的。還能對印刷電路板的通孔、焊盤進行高階放大觀察及高精度3D量測。僅需1台，就能無縫完成觀察到自動編製報告的一連串作業。透過簡單操作即可運用豐富的功能，簡化以往困難的工作，縮短作業時間來提升作業效率。
「VHX系列」可運用於電子元件產業所需的各種觀察及量測。除本頁介紹內容外，還搭載了許多功能。詳細說明請下載型錄，或洽詢KEYENCE。
