封裝與 PCB 領域的計量檢測需要更高水平的自動化。圖片來源：Adobe Stock

PCB 設計人員通常將計量檢測視為投板后才開始的制造或質量問題。隨著越來越多的設計開始采用精細結構、封裝接口向超高帶寬方向發展，這種觀念已然過時。如果制造商或實驗室無法以足夠的精度和可重復性對結構進行測量，那么產品認證、工藝控制與模型相關性驗證都會變得不可靠。美國國家標準與技術研究院（NIST）的芯片計量計劃清晰地闡明了一個更廣泛的觀點：若想實現微電子規模化生產，測量必須做到準確、精密且貼合實際用途。

因為更小的結構尺寸與異質集成對于工藝控制和可追溯性要求更嚴格，先進封裝供應商早已圍繞這一理念進行布局，而 PCB 行業的發展步伐卻未能同步。因此，封裝與 PCB 的計量檢測都需要更高水平的自動化，這也將讓兩大領域的計量檢測規范趨于一致。

PCB 計量檢測難以跟上行業需求

行業計量標準的適用范圍雖已不斷向更小的特征尺寸拓展，但這并不意味著質量管控團隊與實驗室能夠跟上需求。事實上，隨著特征尺寸不斷縮小，考慮到其帶來的可靠性挑戰，對計量檢測的需求本應更為旺盛。

在標準方面，IPC 協會仍將顯微切片技術明確納入合規性與產品認證體系中，例如：

• IPC-TM-650 將顯微切片作為評估層壓體系與電鍍結構的基礎方法

• IPC-6012 明確規定了經顯微切片測試的試樣或印制板的結構完整性要求，同時涵蓋認證測試試樣與試樣選取規范

• IPC-2221（附錄 A）定義了測試試樣的設計要求，包括用于顯微切片分析的試樣（如縱橫比 A/R、孔徑 D、間距 S 等參數）

這些標準雖有助于統一認證規范，但制定之時，實驗室的計量檢測工作與后續分析大多依靠人工完成。盡管該領域已通過數據分析、協同功能實現了部分自動化，但實際測量操作仍高度依賴設備操作人員的技術水平。切片工序高度依賴人工，對操作人員技能要求極高，且存在隨機誤差，尤其是在對微小結構進行精準切面剖切時尤為明顯。

ScanLabs 創始人杰弗里?利茲表示：“我們發現，無論是制造商還是原始設備制造商，這一工序都高度依賴人工，非常受操作人員水平影響。過程中存在大量隨機誤差，不同操作人員的操作方式也存在差異，整個領域幾乎處于無序狀態。”

目前，相關標準僅規定了實驗室或質量管控團隊需要檢測的項目，卻無法幫助其生成穩定、高通量的數據并反饋給工藝工程師或產品設計師。IPC 協會雖制定了半自動顯微切片方法，但該流程仍涉及多道工序：試樣制備、平面研磨、拋光設置、蝕刻以及依據客戶規格進行評估。從多方面來看，這都為計量檢測系統實現自動化、提升檢測通量與頻率創造了機遇。

電子制造領域的計量檢測正面臨需求難以滿足的困境。圖片來源：薩達爾 / Adobe Stock

能否替代自動光學檢測（AOI）與顯微切片技術？

答案或許是：不能……

有人可能會提議改用已實現自動化的檢測技術，如 X 射線掃描。X 射線檢測雖實用性極強，但二維射線檢測在應對日益復雜的電子產品時存在明顯局限，這也是半導體檢測領域正大力推進三維成像技術的原因。在 PCB 檢測中，X 射線雖能呈現大量信息，卻無法自動提供高可靠性行業所需的電鍍完整性、裂紋萌生、界面幾何形狀或微過孔評估所需的精準結構截面數據。

自動光學檢測、面板計量、X 射線檢測與破壞性切片檢測，僅能以不同的自動化程度和精度觀測 PCB 的不同部位。在 PCB 質量管控中，這些方法均為單幀檢測，若操作人員經驗不足，檢測結果的準確性只能靠運氣。此外，這些工序的效率受限于人工操作速度，熟練操作人員的嚴重短缺問題也因此暴露無遺。

檢測通量不足還引發了隱性積壓問題：部分原始設備制造商與代工廠待分析的計量檢測樣品數量龐大，熟練操作人員卻無法滿足檢測需求。這在航空航天等高可靠性行業中尤為棘手，該領域需要大量 PCB 樣品以驗證裸板或組件的可靠性。而這種對人工的依賴，正是計量檢測自動化最核心的突破點。

借鑒半導體工藝控制流程

PCB 計量檢測應借鑒半導體與封裝檢測技術，并非因為材料完全相同，而是因為二者面臨的測量問題高度相似。先進封裝行業早已長期應對微小結構、可追溯性、良率波動與嚴苛工藝窗口等問題，如今 PCB 制造也在更大規模、不同成本結構下遭遇了同類問題。

市場上已出現一種可行的改進方案：保留標準測試試樣，圍繞試樣實現數據提取自動化。該方案通過連續研磨、重復成像與缺陷空間關聯，可將測試試樣重構為更豐富的數據載體，而非單一的合格/不合格圖像。

利茲稱：“在我們的設備中，能夠提前預判是否存在可完整剖切結構的理想截面。若不存在，便可進行連續步進式剖切：先研磨至第一個切面并拍攝顯微圖像，再繼續研磨至下一個切面并成像，以此類推。”

該方案的價值在于，單張顯微圖像僅能判斷某一切割位置是否合格，而一系列對齊的連續切片則能展現旋轉、傾斜、對位情況、玻璃 - 樹脂相互作用與體積幾何結構，這些都是單一切片無法實現的。

這也讓PCB計量檢測對設計人員更具實用價值。一旦能夠實現結構三維重構，或至少完成多切片的空間關聯，便可將實際制造幾何結構反饋至電氣、熱學與力學仿真模型中。依托當下的自動圖像采集與重構技術，可通過試樣分析重構數字幾何模型并用于仿真，遠勝于將試樣數據封存于僅用于合規審核的靜態PDF報告中。