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1、微切片制作 （一） 一、概述 电路板品质的好坏、问题的发生与解决、制程改进的评估，在都需要微切片做为客观检查、研究与判断的根据(Microsectioning 此字才是名词，一般人常说的 Microsection 是动词，当成名词并不正确)。微切片做的好不好真不真，与研判的正确与否大有关系焉。一般生产线为监视(Monitoring)制程的变异，或出货时之品质保证，常需制作多量的切片。次等常规作品多半是在匆忙几经验不足情况下所赶出来的，故顶多只能看到真相的七、八成而已。甚至更多缺乏正确指导与客观比较不足下，连一半的实情都看不到。其等含糊不清的影像中，到底能看出什么来？这样的切片又有什么意义？若只
2、是为了应付公事当然不在话下。然而若确想改善品质彻底找出症结解决问题者，则必须仔细做好切取、研磨、抛光及微蚀，甚至摄影等功夫，才会有清晰可看的微切片画面，也才不致误导误判。二、分类 电路板解剖式的破坏性微切法，大体上可分为三类：1、 微 切 片 系指通孔区或其他板材区，经截取切样灌满封胶后，封垂直于板面方向所做的纵断面切片(Vertical Section)，或对通孔做横断面之水平切片(Horizontal section ） ，都是一般常见的微切片。图 1.左为 200X 之通孔直立纵断面切片，右为 100X 通孔横断面水平切片。若以孔与 环之对准度而言，纵断面上只能看到一点，但横断面却只可看
3、到全貌的破环。 2、 微 切 孔 是小心用钻石锯片将一排待件通孔自正中央直立剖成两半，或用砂纸将一排通孔垂直纵向磨去一般，将此等不封胶直接切到的半壁的通孔，置于 20X40X 的立体显微镜下 (或称实体显微镜)，在全视野下观察剩余半壁的整体情况。此时若另将通孔的背后板材也磨到很薄时，则其半透明底材的半孔，还可进行背光法(Back Light)检查其最初孔铜层的敷盖情形。图 2.为求检验与改善行动之效率与迅速全盘了解起见，最方便的方法就是强光之下以性能良好的立体显微镜(40X60X)直接观察孔壁。这种“立体显微镜”看起来很简单，价格却高达 3040 万台币，比起长相十分科技的断层高倍显微镜还贵
4、上一倍。目前国内 PCB 业者几乎均未具备此种“慧眼”去看清板子。 图 3.用钻石刀片将孔腔剖锯开来，两个半壁将立即摊在阳光下，任何缺点都原貌呈现 无所遁形。若欲进一步了解细部详情时，可再去做技术性与学理性的微切片。切 孔后直接用立体显微镜观察比微切片更有整体观念，但摄影则需借助电子显微镜 SEM 才会有更亮丽的成绩。 3、斜 切 片 多层板填胶通孔，对其直立方向进行 45或 30的斜剖斜磨，然后以实体显微镜或高倍断层显微镜，观察其斜切平面上各层导体线路的变异情形。如此可兼顾直切与横剖的双重特性。不过本发并不好做，也不易摆设成水平位置进行显微观察。 图 4.此明视与暗视 200X 之斜切片，是
5、一片八层板中的 L2/L3(即第二层讯号线与第三层接地层)，此二层导体系出自一张，010 1/1 的 Thin Core。由于斜切的关系故 GND 层显得特别厚，且左图中的黑化层也很明显。 三、制作技巧 除第二类微切孔法是用以观察半个孔壁的原始表面情况外，其余第一及第三类皆需填胶抛光与微蚀，才能看清各种真实品质，此为微切片成效好坏的关键，关系至为重要不可掉以轻心。以下为制作过程的重点：1、 取 样(Samplc culling) 以特殊专用的钻石锯自板上任何位置取样，或用剪床剪掉无用板材而得切样。注意后者不可太逼近孔边，以防造成通孔受到拉扯变形。此时，最好先将大样剪下来，再用钻石锯片切出所要的
6、真样，以减少机械应力造成失真。2、 封 胶(Resin Encapsulation) 封胶之目的是为夹紧检体减少变形，系采用适宜的树脂类将通孔灌满及将板样封牢。把要观察的孔壁与板材予以夹紧固定，使在削磨过程中其铜层不致被拖拉延伸而失真。图 5.此为 Buehler 公司所售之低速钻石圆刀锯，图另有单样手动削磨与抛光的转盘机，注意其刀片容易折断，需小心操作。 封胶一般多采用特殊的专密商品，以 Buhler 公司各系列的透明压克力专用封胶为宜，但价格却很贵。也可用其他树脂类，以透明度良好硬度大与气泡少者为佳。例如：用于电子小零件封胶用的黑色环氧树脂、小牙膏状的二液型环氧树脂(俗称 AB 胶)、各种
7、商品树脂，甚至烘烤型绿漆也可充用。注意以气泡少者为宜，为使硬化完全，常需烤箱催化加快反应以节省时间。为方便进行切样的封胶，正式做法是用一种金属片材卷扰式的弹性夹具，将样片直立夹入，使在封胶时保持直立状态。正式标准切片的封胶体，是灌注于杯状的蓝色橡皮模具内，硬化后只要推挤橡皮模子即可轻易将切样之柱体推出，非常方便。此种特用的橡皮模也是 Buhler 产品，且国内不易买到。外国客户多要求此种短柱形的切样，取其平坦度良好容易显微观察之优点，并可在体外柱面上书写文字记录。其他简易做法尚有：(1) 在锯短的铝管内壁涂以脱模剂，另将样片用胶带直立在玻璃板上，再把铝管套在样片周围，务必使得下缘管口与玻璃板的
8、表面密合，不让胶液漏出。待所填之封胶硬化后即可将圆柱取出，或改用稍呈漏斗斜壁形的模具而更容易脱模。 (2) 或用胶粉在热压模具中将切样填满，再以渐增之压力挤紧胶粉并赶出空气，使通孔能完全填实，随后置于高温中进行硬化而成为透明实体。某些透明材质图章内所封入的各种形象即采此法。在各种切片封体中，其外形与显微画面均以此种最为美观。 (3) 将多个切样以钢梢串妥，在于特殊的模具中将此多片同时灌胶而成柱体，称之 Nelson-Zimmer 法。可同时研磨九个柱样，而每个柱样中又可封入五六个切片，是一种标准切样的大量做法。 (4) 购买现成的压克力方形小模具，将样片逐一插妥再灌入封胶即可。还可将其置入真空
9、箱内进行减少气泡的处理。 (5) 最简单的做法，是将双液型的 AB 胶按比例挤涂在 PE 薄模上，小心用牙签调匀至无气泡全透明的液态，再使切样上的各通孔缓缓的刮过胶面，强迫液胶挤入孔内。或用牙签将 胶液小心填入通孔与板面的封包。然后倒插在有槽缝的垫板上，集中送入烤箱缓缓烤硬。 此简易法不但好做，而且切削抛光也非常省时。不过因微视状态下之真平性不佳，高倍时聚焦回出现局部模糊的画面，常不为客户所接受，只能做内部研究之用。此简易法的画面效果与手法好坏关系极大，须多加练习。笔者之切样绝大部分都是采用本法。 3、 磨 片(Crinding) 在高速转盘上利用砂纸的切削力，将切样磨到通孔正中央的剖面，亦即
10、圆心所座落的平面上，以便正确观察孔壁之截面情况。此旋转磨盘的制备法，是将有背胶的砂纸平贴在盘面上，或将一般圆形砂纸背面打湿平贴在之后再套合上箍环。在高速转动的离心力与湿贴附著力双重拉紧下，盘面砂纸上即可进行压迫削磨。至于少量简单的切样，只要手执试样在一般砂纸上来回平磨即可，连转盘也可省掉。以上所用的砂纸番号与顺序如下： (1) 先以 220 号粗磨到通孔的两行平行孔壁即将出现为止，注意应适量冲水以方便减热与滑 润。 (2) 改用 600 号再磨到“孔中央”所预设“指示线”的出现，并伺机修平改正已磨歪磨斜的表面（如图 6 如示） 。(3) 改用 1200 号与 2400 号细砂纸，尽量小心消除切
11、面上的伤痕，以减少抛光的时间与增加真平的效果。 图 6.此亦为 Buehler 公司所售之多样自动削磨与抛光之转盘机(ECOMETIV 原品名为 Nelson Zemmer)，其试样夹具(有 9 个样位) 可自转及公转。 图 7.左为 ECOMET 自动转盘机所配备的切样夹具，共有 9 个样位每位可放置 35 个柱形切样( 用钢梢串起)，可多样同时磨抛光。右为另一专业供应商 Strvers 的机种,不过此等自动机只能制作板边固定的常规切片，很难做板内的故障分析与制程研究 切片。 4、 抛 光(Poish) 要看清切片的真相必须仔细抛光，以消除砂纸的刮痕。多量切样之快速抛光法，是在转盘打湿的毛毡
12、上，另加氧化铝白色悬浮液当作抛光助剂，随后进行轻微接触之快速摩擦抛光。注意切样在抛光时要时常改变方向，使产生更均匀的效果，知道砂痕完全消失切面光亮为止。 少量切样可改用一般棉质布类，以擦铜油膏当成助剂即可进行更细腻的抛光。此法亦应时常改变抛光方向，手艺功夫到家时其效果要比高速转盘抛光更为清晰，也更能呈现板材的真相，但却很费时。抛光时所加的压力要轻，往复次数要多，效果才好，而且油性抛光所得的真相要比水性抛光要好。 5、 微 蚀(Microetch) 将抛光面洗净擦干后即可进行微蚀，以界分出金属之各层面与其结晶状况。此种微简单，但要看到清楚细腻的真相却很不容易，不是每次都会成功的。效果不好时只有抛
13、掉不良铜面重做微蚀。微蚀液配方如下：“510cc 氨水+45cc 纯水+2 3 滴双氧水” 混合均匀后即可用棉花棒沾着蚀液，在切片表面轻擦约 23 秒锺，注意铜层表面发生气泡的现象。2 3 秒后立即用卫生纸擦干，勿使铜面继续变色氧化，否则 100X 显微下会出现暗棕色及粗糙不堪的铜面。良好的微蚀将呈现鲜红铜色，且结晶分界清楚层次区隔井然的精彩画面。此时须立即摄影保存，以免逐渐氧化变丑。不过当微蚀仍未能显现“秋毫”时还需再来过。 图 8.左 1000X 画面之抛光成绩非常良好，可惜未做微蚀看不见铜层的组织。右 200X 正 片法者微蚀良好，各种缺失一目了然。 注意上述微蚀液至多只能维持一二小时，
14、棉花棒擦过后也要换掉，以免少量铜盐污染微观铜面的结晶。读者需摸索多做，才可找出其中的窍门。 早期所用“铬酸加入少量硫酸及食盐”的微蚀方法已经落伍，而且还会使锡铅层发黑，不宜再用。氨水法得到的铜面结晶较为细腻，锡铅面仍可呈现洁白，其中常见之黑点部分即为锡铅量较多的区域。 为能仔细研究正确判断起见，切片必须要认真抛光及小心微蚀，否则只有白费力气而已。一般出货性的多量切片，平均至多能看出七八分真相而已。 图 9.左二明视 400X 切片系经特殊 “电浆”微蚀处理，效果极为突出，第三图 1000X 之暗视图亦为专密处理之效果。右 400X 之软板切片则为一般氨水微蚀之画面，成绩平平。6、 摄 影(Ph
15、otography) 假设良好抛光表面的真正效果为 100 分时，则透过显微镜所看到的颠倒影像，按机种性能的好坏只约看到 9095%。而用拍立得照像之最好效果也只有九成左右。若再将拍立得像片转变成印刷品之画面时，当然还会有折扣存在。为了记录及沟通起见，照像还是最好方法。此种像片之价格很贵(平均每张约台币 4050 元)，一定要有好画面才去摄影，否则只是无谓浪费而已。显微照像之焦距对准最为不易，其困难点有：(1) 目视焦距与摄影焦距并不完全雷同，不可以目视为准，高倍时不免要牺牲几张以找出真正摄影焦距，并将经验传承与后续之工作。 (2) 曝光所需之光量=光强度*时间，良好的像片要尽量延长时间与减少
16、光强度，还要加上各种滤光片后才可得不同的效果，一般自动控制光量之曝光效果很难达到最好。 (3) 切样表面必须极端真平，否则倍数增大时(200X 以上)就会出现局部清楚局部模糊的影像。自“拍立得”片盒中所拉出的夹层像片，要等上一分钟左右才能撕开，使能完成画面的色泽。此时还可稍家烘烤以加速其热化老化。随后须彻底阴干后才可触摸，以避免画面受损。 图 10.左上为电脑列印画面，左上为光学摄影，后者画面质显然较佳，上二电脑画面系不易见到的最佳状态。 四、判 读 切片画面的清晰可爱，只要火候到家时还不难臻至。但要进一步判读画面所呈现的各种玄机，并用以做为决策的根据，则非丰富的电路板学养而莫办。尤其是追究肇因与改善方法，更要学理与经验的配合才行，短时间是无法急就凑功的。唯有不断的阅读与实做才能逐渐增进功力。以下简介切片切孔之各种待检项目：(详细内容请阅读“99 切片手册”之说明与图片) 1、空板通孔切片(含喷过锡的板子 )可看到各种现象有
