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1、品 保 課,微切片讲解,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？若只是
2、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。,200X之通孔直立纵断面切片,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，但横断面却可看到全貌的破环。,3、斜 切
3、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。(此種切片作起來很困難,也不易觀察),明视200X之斜切片,暗视200X之斜切片,背光切片 (Back Light),微切孔的制作方法:小心用钻石锯片将一排待檢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半，置于10X的显微镜下,在全视野下观察剩余半壁的整体情况。(切片厚度為2毫米),三、制作技巧 微切片需填胶抛光与微蚀,才能看清各种真实品质.以下为制作过程的重点：,1、 取 样(Sample culling) 以特殊
4、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真样，以减少机械应力造成失真。(本廠是採用金相切片機及沖片機取樣),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 (封膠形式有很多種,本廠是购买现成的压克力成型模塊，将待檢切片固定在模塊槽中灌入冷凝胶封膠。),3、 磨 片(Crinding) 在高速转盘上利用砂纸的切削力，将切样
5、磨到通孔正中央的剖面，亦即圆心所座落的平面上，以便正确观察孔壁之截面情况。研磨時(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。 (3) 改用1200号与2400号细砂纸，尽量小心消除切面上的伤痕，以减少抛光的时间与增加真平的效果。,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。拋光時加氧化铝白色悬浮液当作抛光助剂在转盘打湿的毛毡上進行拋光.(注意切样在抛光时要时常改变方向，使产生更均匀的效果直到砂痕完全消失切面光亮为止),5、
6、微蚀(Microetch) 微蝕液的配比: 510cc 氨水+45cc 纯水+23滴双氧水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。用棉花棒沾着微蚀液，在切片表面轻擦约23秒锺，23秒后立即擦干，否則銅面會變色氧化,良好的微蚀将呈现鲜红铜色.,經過微蝕的切片,各銅層情況一目了然,微蚀不足,为微蚀过度以致铜面出现氧化变暗,适當微蚀,四、判 读,微切片可以檢驗到的項目有:1、空板通孔切片(含喷过锡的板子)可看到各种现象有：板材结构、孔铜厚度、孔铜品质、孔壁破洞、流锡情形、钻孔对准、层间对准、孔环变异、蚀刻情形、胶渣情形、钻孔情形(如挖破、钉头)、灯芯渗铜、孔铜拉离、反蚀回、
7、环壁互连品质(ICD)、粉红圈、点状孔破(Wedge Void)等，,因整孔剂浮游颗粒而发生的镀铜空心瘤,纯钯直接电镀与镀铜后所发现的粉红圈与楔形孔破(Wedge Void),2、 热应力填锡的通孔切片：(一般均为288，10秒钟之热应力试验) 断 角(Corncr cracking) 高温漂锡时板子Z向会产生很大的膨胀，若镀铜层本身的延展性不好时(铜箔之高温延伸率至少要2%以上，62mil的板子才不会断角，此铜箔称为THE Foil)。一旦孔口转角处镀铜层被拉断时，其镀铜槽液须做活性炭处理才能解决问题。孔铜断裂也可能出现在孔壁的其他位置。,斷角,树 脂 缩 陷 (Rcsin Recessio
8、n) 孔壁背后的基材在漂锡前多半完整无缺，漂锡后因树脂局部继续硬化聚合，或挥发份的逸走，造成局部缩陷而自孔铜背后退缩之现象即为本词。此缺点虽然IPC-6012已可允收，但日本客户仍坚持拒收.,树 脂 缩 陷,压 合 空 洞(Lamination Void) 多层板除了在感热之通孔“A区”会产生树脂缩陷外，板子的“B区”(接受强热通孔以外的板材区)也会在高热后出现空洞，称之为压合或板材空洞。,焊 环 浮 起(Lifted Land) 由于Z方向的剧烈胀缩，热应力试验后某些板面焊环的外缘，常会发生浮离，IPC-6012规定不可超过1mil。,焊 环 浮 起,内 环 铜 箔 微 裂 由于Z方向膨胀所
9、引起内环铜箔的微裂,整圈性铜箔孔环受到Z方向热胀的撕裂,通 孔 焊 锡 好 坏,吹 孔 孔铜壁有破窟窿(Void) ,在漂锡时出现大量水蒸气自破口处喷出的惊心动魄情形，这种会吹气而推开锡体的PTH特称为“吹孔”。,吹孔,通孔焊锡性好坏与孔铜厚及孔壁破洞大有关系(由下圖可以看出因孔铜厚度不足以致焊性不佳，且可看出零件脚之焊錫性也有問題),3、斜 切 片(45，30) 斜切片可看出各层导体间的互动关系。各层导体黑氧化之粉尘会随流胶而移动,4、水 平 切 片水平切片也可看到除胶渣、孔铜厚度、钻孔粗糙等异常情形,孔环与孔壁间不规则分布的残余胶渣,5、切 孔,切孔切片中看到的铜瘤現象,五、结 论 微切片
10、之于电路板，正犹如X光对医生看病一样，可用以找出问题的真相，协助问题的解决，而且还能破解各种新制程与新板类的奥秘。,切孔切片中看到的吹孔現象,1、油 默 阻 剂(湿膜阻剂),完成一次铜才加印油墨阻剂，再镀二次铜与锡铅后所做之切片.由此可了解油墨阻剂的边缘是扁平渐薄的。致使二铜与锡铅很容易就横向增加宽度而将油墨包夹其中,剥膜及蚀刻后尚未熔锡之画面,其二铜与锡铅之横向扩镀,网印负片法熔锡后的切片,異常圖片講解,由圖可以看出二铜镀得特别厚，不但超越油墨而且还侧爬颇远 ,孔环外缘截面呈现缺口,2、干 膜 阻 剂,此200X画面的油墨阻剂(如同墙壁)出现异常，致使二次铜一开始往墙外恻向伸出，有了镀铜层在
11、非导体表面建立基地，锡铅镀层当然就毫不客气顺理成章的成长，其结果不免造成板子的报废。,3、层 间 对 准,層間對準良好,層間對準不夠好,4、高 纵 横 比 镀 铜,狗骨頭現象,左200X为当年之深孔镀铜情形(孔徑19.8mil或0.5mm，板厚1.6mm，纵横比仅3.2/1而已)，一次铜系采焦磷酸铜制程，其面铜与孔铜之厚度比(S/H)为 (1.0/0.5)；二次铜为硫酸铜制程，S/H比已改善到了1.0/0.67,5、机 械 外 力 效 果,上三图均为电性测试时，发现断路(Continuity Failure 或Open)时，再去做切片发现是因镀锡铅不良而于蚀刻时被咬断的孔。这种不通的孔常会多测
12、一两次，以致孔口出现被探针所顶挤变形的样，电测机所施加压力的影响可见一般,上三图均为V-Cut之圖片。左邊上下切口对齐度较好，中間稍歪，右图未對齊且上下切口深度不同(欧洲客户尤其是德国客戶十分在意V-Cut對準度),6.蚀 刻 因 子 Etching factor,所谓蚀刻因子(F)系指向下的蚀深V，除以侧蚀X所得商值F之谓也(F=V/X)。而X定义是指“从阻剂边缘横量到最细铜腰之宽距而言”,同一孔壁处被咬薄的放大特写镜头，其两端虽已塞有绿漆，但可能仍留有细缝，造成蚀刻液的毛细渗入而局部咬薄的现象。,由于过度蚀铜而未将铜盐彻底去掉，以致造成化学镍层的浮离，或进一步掏空现象,铜面前处理不良时，化
13、学镍虽可镀上去，但当镍层之内应力太大时，产生浮离现象,焊接,通孔焊锡性的好坏与孔铜品质当然有直接的关系。凡镀铜太薄（低于0.8mil)与钻孔粗糙者，就有可能会发生“吹孔“，连带使插脚焊接的填锡不足强度有问题，故需以漂锡方式检查通孔焊性,漂锡后孔中出现空洞,因空洞距正对面的孔壁甚远故非吹孔,吹孔照片(Blow Hole是指高温焊接中会吹气将熔锡推开成空洞的通孔),黑孔(Black Hole),Black Bole槽液是一种以微小碳粉为基础的水溶性“悬浮液”（Suspension),其固态碳粉含量约为1.35-1.45。其余是水及添加劑,黑孔法的三個特点,一，不会产生“灯芯效应“（Wicking)
14、,二，孔壁只由一层厚铜所构成，此乃出于黑孔后随即影像转移，及在孔壁与板面线路上镀满铜层，形式上虽是负片法流程，但却只有一层孔铜而已。,三，内层孔环与孔壁卸接处稍微出现低陷，這是由于黑孔皮膜盖满板面与孔壁后，又经微蚀而将面铜及各孔环侧面的铜层又咬掉一些，以便露出底铜而再做进一步的流程所致。,黑孔孔壁全景(由于孔中央之黑膜太薄，致使皮膜导电不良，造成孔中央全部镀不上电镀铜层而断孔),孔壁粗糙,孔壁粗糙是因為钻孔而造成不良, 其中又以钻针情况不佳为主因。说的更仔细一点，那就是针尖上两个第一面（First Facet）的切削前缘（Cutting Lips)出现崩破（Chipping)，无法顺利切削玻璃
15、束所致。或针尖外侧两刃角（Corner)崩损磨圆，失去原来直角修整孔壁的功能,在破烂刀具的又劈又撞情形下，经常会把迎面而来的纵向玻织束撞成破裂陷落的坑洞，不过横向撞折断者则尚可维持平坦。下附各图中读者可清楚的看到其孔壁放大的细部情形,纵向纱束被劈散成坑,过度钉头几乎一定会出现较大的挖破，出自钻孔的纵向玻璃纱束之挖破，除与钻针尖部的“刃角“损耗有密切关系外，也与钻针的偏转（Run Out)或摇摆（Wobble)有关,过度除胶引起的孔壁粗糙度,轻微的撞破引起的孔壁粗糙度及釘頭,由于玻织纱束中的破洞造成的孔壁粗糙度,画面右边的黑洞及中央的断层，由于落差太大连化学铜与一次铜都镀不上，可见粗糙之严重性。
16、这种由于玻织布中断纱太多而不良的基材板，进而又造成孔壁的粗糙，並不是鑽孔造成的粗糙度,因鑽針不够锐利撞断“某一”画面上“立式”纵向的玻织纱束而造成的孔壁粗糙度,因钻孔不良而引起的孔壁粗糙(挖破),為減少因鑽孔不良引起粗糙度,PCB正厂对钻针与钻孔的管理原则是： 一，“0.062”厚的板子一般叠三片高； 二，全新钻针经1500击（Hits)后重磨； 三，后续每1500H重磨一次，共两次，连新针共重磨三次即报废。,本廠的孔壁粗糙度的允收標準為:鑽孔粗糙度1200U”電鍍孔壁粗糙度1500U”,互连后分离,多层板各内层孔环与后来之铜孔壁完成互连后（Interconnecting)还要耐得住后续各种高温考验而不分离才算合格,通常模拟方法即“288C十秒钟之漂锡”即热应力试验或漂锡试验（Thermo-Stress Test or Solder Floating Test),美式规范（如IPC-6012或MIL-P-5511OE）都只要求一次漂锡，但部分日商客户却要连做五次才行 IPC-6012 中規定通孔热应力漂锡后各内环与孔壁之互连处不可分离,
