Sử dụng kính hiển vi laser Olympus để đo độ nhám vượt quá Rz (chiều cao tối đa)

Phân tích độ nhám bề mặt của lá đồng trên bảng mạch in được sử dụng cho 5G

Sự phổ biến nhanh chóng của điện thoại di động đã thúc đẩy sự đổi mới trong các hệ thống truyền thông di động để hệ thống trải qua một cuộc đại tu công nghệ lớn khoảng mười năm một lần. Sự phát triển này bắt đầu vào những năm 1980 với hệ thống truyền thông di động (1G) đầu tiên sử dụng điện thoại di động analog. Thế hệ thứ hai (2G) mang email và Internet đến điện thoại di động, trong khi thế hệ thứ ba (3G) cung cấp thông tin liên lạc tốc độ cao, dung lượng lớn. Thế hệ thứ tư (4G) mang lại tốc độ cao hơn và dung lượng lớn hơn cho phép điện thoại di động trở thành nền tảng để xem video và chơi trò chơi. Vào năm 2020, chúng ta bước vào thế hệ thứ năm, hay 5G.

Công nghệ 5G cho phép tốc độ cực cao và dung lượng cực lớn. Ngoài ra, nó tạo điều kiện cho nhiều kết nối đồng thời cho tối đa 1 triệu thiết bị trên mỗi km vuông (so với một trăm nghìn thiết bị trên mỗi km vuông cho 4G) với độ trễ thấp là 0.001 giây (so với 0.01 giây cho 4G). 5G sẽ có nhiều ứng dụng internet vạn vật (IoT), chẳng hạn như phân phối video với truyền thông dung lượng lớn và lái xe tự động sử dụng độ trễ thấp, cũng như các dịch vụ thông thường cho thiết bị di động, chẳng hạn như điện thoại thông minh.

Ảnh minh họa mạng 5G

Công nghệ 5G sử dụng tần số cao hơn 4G. Khi tần số tín hiệu tăng lên, các thiết bị điện tử tạo nên mạng phải có khả năng tối đa hóa việc truyền tín hiệu tần số cao. Để làm điều này, các thiết bị có nhiều thích ứng công nghệ khác nhau. Trong ghi chú ứng dụng này, chúng tôi tập trung vào một sự thích ứng — độ nhám của lá đồng được sử dụng trong bảng mạch in (PCB) của thiết bị.

Lá đồng trên bảng mạch in được gắn vào chất cách điện (bảng nhựa) sau khi được làm nóng và điều áp trong khi bề mặt của nó được làm nhám. Là một phần của quy trình đảm bảo chất lượng, độ bám dính của lá đồng nhám với chất cách điện được đánh giá bằng cách phân tích Rz (chiều cao tối đa) để kiểm tra độ nhám bề mặt của nó bằng máy kiểm tra độ nhám bề mặt kiểu bút stylus.

Một vấn đề với các tần số cao hơn được sử dụng bởi 5G là mất truyền, đó là tín hiệu bị mất khi sóng điện từ đi qua đường dẫn truyền thông. Có hai loại tổn thất truyền dẫn — tổn thất điện môi, gây ra bởi điện trường được tạo ra trong nguyên liệu thô và tổn thất dây dẫn, gây ra bởi điện trở của dây dẫn đối với một thành phần (chẳng hạn như dây trên PCB) (Hình 1). Ví dụ, trong PCB được lắp đặt trong ăng-ten 5G, tần số cao hơn của tín hiệu điện khiến nó được truyền gần bề mặt lá đồng, dẫn đến một loại mất dây dẫn được gọi là hiệu ứng da.

Hình 1: Hai loại tổn thất truyền dẫn.

Hiệu ứng da xảy ra khi truyền dòng điện xoay chiều trong dây dẫn. Khi tần số của dòng điện tăng lên, hầu hết dòng điện chạy gần bề mặt dây dẫn, dẫn đến mất truyền (Hình 2).

Hình 2: Hình ảnh mặt cắt ngang của vùng truyền tín hiệu trong mạch đồng (trái) và mối quan hệ giữa tần số và độ sâu da (phải).

Tuy nhiên, tổn thất truyền dẫn có thể được giảm bằng cách quản lý độ nhám của lá đồng được sử dụng trong các mạch. Trong khi lá đồng thô có thể làm tăng tổn thất truyền dẫn bằng cách tán xạ tín hiệu, sử dụng các mạch có lỗ hổng và lồi (độ nhám) nhỏ hơn độ sâu của da dẫn đến đường truyền tín hiệu ngắn, dẫn đến mất tín hiệu ít hơn (Hình 3).

Hình 3: Mối quan hệ giữa độ nhám bề mặt của mạch đồng và tổn thất truyền dẫn

Trong các ứng dụng 5G nơi sử dụng các dải tần số cao, việc kiểm soát độ nhám của lá đồng là vô cùng quan trọng. Tuy nhiên, việc đánh giá độ nhám của lá bằng bút stylus tiếp xúc là khó khăn vì các lỗ / lồi nhỏ hơn đường kính của đầu dò, gây khó khăn cho việc chụp các phép đo chính xác. Ngoài ra, đầu dò bút stylus cũng có thể làm hỏng bề mặt giấy bạc. Trong các ứng dụng 5G, ngay cả sự khác biệt nhỏ Rz (chiều cao) cũng có thể ảnh hưởng đến hiệu quả của lá, vì vậy sử dụng kính hiển vi laser độ phân giải cao, không tiếp xúc cho phép đánh giá ba chiều (phẳng) là có lợi.

Giải pháp sử dụng kính hiển vi laser đo 3D LEXT™

Đo độ chính xác cao của độ nhám cỡ micron

Kính hiển vi LEXT của Olympus sử dụng laser 405 nm với đường kính 0,4 μm để đo bề mặt. Tia laser của kính hiển vi nhỏ hơn nhiều so với đầu bút stylus tiếp xúc, làm cho nó trở thành một công cụ chính xác và hiệu quả hơn để đo độ nhám bề mặt của lá đồng. Và bởi vì tia laser không chạm vào bề mặt, nó có thể phân tích độ nhám của giấy bạc mà không làm hỏng nó.

Thu thập dữ liệu hình dạng 3D bằng kính hiển vi LEXT

Trong khi máy kiểm tra độ nhám bút stylus chỉ có thể thu thập thông tin bằng cách truy tìm một đường duy nhất dọc theo mặt phẳng đo, kính hiển vi LEXT thu thập dữ liệu độ nhám trên một khu vực bằng laser của nó. Điều này cho phép bạn thu thập nhiều dữ liệu hơn so với chỉ thông tin một dòng.

Sử dụng kính hiển vi LEXT, chúng tôi đã đo độ nhám đường và độ nhám bề mặt của bề mặt lá đồng. Dữ liệu độ nhám thu được từ kính hiển vi laser chứa nhiều thông tin hơn những gì chúng ta thu được bằng bút stylus.

Hình 4: Độ nhám bề mặt cung cấp nhiều thông tin hơn so với các phép đo một dòng bằng bút stylus.

Ưu điểm của chức năng phân tích toàn diện của kính hiển vi LEXT

Sz là một tham số cho biết khoảng cách giữa chiều cao đỉnh tối đa và độ sâu đáy tối đa trong phạm vi đo. Tuy nhiên, nó bị ảnh hưởng đáng kể bởi các vết trầy xước, vật liệu lạ và độ lệch cục bộ về hình dạng không đồng đều trong phạm vi đo do sử dụng các giá trị đỉnh. Điều này cũng đúng với Rz (chiều cao) của độ nhám đường được đo bằng máy kiểm tra độ nhám bút stylus. Do đó, chúng tôi khuyên bạn nên đánh giá giá trị trung bình của dữ liệu trong một số khu vực của mặt phẳng lá đồng.

Khi phân tích dữ liệu thu được từ một số khu vực, điều quan trọng là phải thực hiện xử lý hình ảnh khi cần thiết và sử dụng cùng một điều kiện đo cho tất cả dữ liệu. Kính hiển vi LEXT có thể dễ dàng áp dụng các điều kiện đo tương tự cho một số khu vực bằng cách sử dụng chức năng phân tích toàn diện của nó. Kết quả đo có thể được xuất ra Excel, trong khi hình ảnh — bao gồm 3D — giúp so sánh các giá trị đo mẫu dễ dàng hơn.

Chọn ống kính khách quan phù hợp với Smart Lens Adviser

Đơn giản hóa quy trình làm việc của bạn với Trình quản lý thử nghiệm thông minh

Để quản lý độ nhám của lá đồng, một số điều kiện phải được xác minh, bao gồm nồng độ, nhiệt độ và thời gian điện phân của từng thành phần dung dịch mạ được sử dụng để làm nhám bề mặt lá. Các điều kiện tối ưu được xác định bằng cách kết hợp các điều kiện khác nhau. Để xác minh rằng độ nhám đáp ứng các thông số chấp nhận được, Trình quản lý thử nghiệm thông minh giúp giảm bớt quy trình làm việc của bạn bằng các công cụ quản lý thuận tiện giúp đơn giản hóa việc chuẩn bị kế hoạch thử nghiệm, thu thập và phân tích dữ liệu cũng như báo cáo dữ liệu, giúp giảm nguy cơ lỗi của con người và ngăn chặn việc làm lại.

Lợi ích của Trình quản lý thử nghiệm thông minh

Thông số đo độ nhám lá đồng

Dưới đây, chúng tôi đã kiểm tra kết quả đo độ nhám cho năm khu vực trên một mảnh lá đồng (Bảng 1).

Kết thúc

Trong ghi chú ứng dụng này, chúng tôi đã chứng minh những lợi thế của việc sử dụng kính hiển vi laser để đo độ nhám bề mặt trên lá đồng so với máy kiểm tra bút stylus thông thường. Tóm lại, vì nó sử dụng tia laser để thu thập dữ liệu, lá đồng không bị hư hại bởi quá trình đo.

Số lượng và chất lượng dữ liệu được thu thập bởi kính hiển vi laser LEXT™ cũng mạnh mẽ hơn nhiều so với những gì bút stylus có thể chụp. Kính hiển vi LEXT có thể thu thập dữ liệu ba chiều từ toàn bộ mặt phẳng để có thể đánh giá Sz về độ nhám bề mặt ngoài Rz (chiều cao tối đa). Sa (hoặc chiều cao trung bình số học) cũng có thể được đánh giá. Thông số này có lợi ích bổ sung là nó không bị ảnh hưởng đáng kể bởi các vết trầy xước, vật liệu lạ hoặc các nhiễu loạn khác. Cuối cùng, tỷ lệ giao thoa được phát triển (Sdr) — một tham số độ nhám bề mặt cho thấy tốc độ tăng diện tích bề mặt — cũng có thể được đánh giá.

Những lợi ích trên minh họa rõ ràng lý do tại sao kính hiển vi laser là công cụ đo độ nhám ưa thích cho lá đồng được sử dụng trong 5G và các ứng dụng tần số cao khác.