图7：在等温老化后镀层样品中晶界出现了较多的成排空洞。

图8：正常的铜镀层在老化后出现再结晶。

讨论

    综合上述试验结果，缺陷的铜镀层具备以下特征：● 二次铜为柱状晶 ● 在水平方向有密集的孪晶 ● 硬度比正常高，弹性模量低 ● 老化后出现大量的空洞 

    是否柱状晶就不能接受

    答案显然是否定的。因为至少覆铜箔也显示了柱状晶 但是在试验自始至终都没有表现出任何值得怀疑的问题，在温度冲击、老化等试验之后并没有出现晶界空洞与裂纹，所以柱状晶并不是失效的主要原因。

    但是，这并不意味着柱状晶具备与通常的等轴晶一样好的力学性能。以覆铜箔为例，IPC-MF-150对铜箔进行了分级，通常的电镀铜箔分为STD标准型、HD高韧型与 HTE高温延展型，标准型的铜箔采用超高电流密度电解制备，获得的往往是柱状晶，此种铜箔无法满足反复弯曲或高温加工膨胀严重的情形，所以HD与HTE铜箔均不是柱状晶而是等轴晶。

    本案例中缺陷板的失效机理

    试验结果表明缺陷板的柱状晶有两大缺陷：一是高密的孪晶，二是晶界空洞。

    孪晶是以晶体中一定的晶面（称为孪晶面）沿着一定的晶向（孪生方向）移动而发生的，孪晶不仅破坏了晶格的长程有序，同时也是变形的主要机制之一；施加应力时，一部分晶体将沿孪晶面相对于另一部分晶体切变。

    通常情况下，孪晶的动力学特点为难萌生易扩展。孪晶萌生一般需要较大的应力，但随后长大所需的应力较小，其拉伸曲线呈锯齿状。本案例中的镀层在电镀时已形成了高密的孪晶，所以在受到应力时变形非常容易，故弹性模量下降。孪晶作为晶内缺陷，表明晶体局部存在高应力区，所以纳米压痕显示硬度较高。纳米压痕的结果很好的反映了缺陷柱状晶的组织特点。

    晶界空洞则表明电镀铜结晶存在大量的缺陷。除了孪晶之外，通常电镀缺陷还包括空穴、位错。这种类型的缺陷为原子级，但是在老化过程中会发生聚集，而晶界理所当然的成为聚集的理想场所；从图8的试验结果来看，晶界缺陷也极大的阻碍了再结晶过程的发生。缺陷板老化后的晶界空洞表明该板的电镀结晶过程引入了大量的空穴、位错缺陷。

    所以，电镀过程导致的高密孪晶与空穴、位错缺陷使得铜镀层在温度冲击等过程中发生了早期失效。本案例中缺陷板的失效原因？

    由于供应商无法追溯准确的制程变异，而在PCB工厂里将缺陷复现成本也很高昂，所以寻找具体的制程原因非常困难。

    电化学理论表明，过电位是影响电极反应动力学的最主要因素，高的过电位将使电极反应速率增加。作者认为，柱状结晶源于铜沉积反应的过电位异常高。电镀初期的形核理论上是等轴状，为后续的沉积提供晶种；如果过电位过高，沿晶种的生长速率将非常快，此时晶粒的生长方向应沿介质的浓度梯度方向，即垂直于孔壁。Merchant通过大量的研究认为，增加电流密度，降低槽液温度、阳离子浓度、搅拌速率和pH值等诸多制程因素，均会显著增加过电位，而这些因素当中，电流密度、表面活性剂的影响可能最为明显。电流密度取决于电源设备，所以变异的可能性小，所以认为该批次单板异常结晶的原因可能为电镀药水的表面活性剂出现了某种异常。