天馬行空官方博客： ；QQ:1318241189；QQ群：175569632 電路板之微切片與切孔 1.概述   　   　　電路板品質(zhì)的好壞，問題的發(fā)生與解決，制程改進(jìn)的情況，在在都需要微切片(microsectioning)做為觀察研究與判斷的根據(jù)，微切片做的好不好，真不真與討論研判的正確與否大有關(guān)系在焉。一般生產(chǎn)線為品質(zhì)監(jiān)視(monitoring)或出貨時(shí)品管為求品質(zhì)的保證等所做的多量切片，因系在匆忙及經(jīng)驗(yàn)不足情況下所趕出的，故至多只能看到真相的六、七成而已，有的在缺乏指導(dǎo)及比較情況下，甚至連一半的實(shí)情都看不到，在一片模糊及含混的影像下，能看出什么來？這樣的切片有什么意義？若只是為了應(yīng)付公事當(dāng)然不在話下，若的確想要做好品質(zhì)及徹底找出問題解決問題，則必須仔細(xì)做切、磨、拋及咬等功夫才會有清晰可看的微切片，不致造成誤判。   2.分類   　   　　電路板的解剖式破壞性切片法大體上可分為三類：   (1) 一般切片(正式名稱為微切片)       可對通孔區(qū)及板面其它區(qū)域灌滿封膠后做了垂直切片(Vertical Section)，也可對通孔做水平切片(Horizontal Section)是一般常見的做法。(見雜志NO：4 P37，附圖見后)   　 (2) 切孔       是小心用鉆石鋸片將一排通孔自正中央切成兩半，或用砂紙將一排通孔磨去一半，將切半不封膠的通孔置于20x-40x的立體顯微鏡(或稱實(shí)體顯微鏡)下觀察半個(gè)孔壁的全部情況。此時(shí)若也將通孔的后背再磨的很薄時(shí)，則底材將呈透明狀，可進(jìn)行背光法(Back light)檢查孔銅層敷蓋的情形。   　 (3) 斜切片(45°或30°)       可對多層板面區(qū)或通孔區(qū)做層次間45°的斜切，然后以實(shí)體顯微鏡觀察45°切面上導(dǎo)體間的情形。 　   3.制作技巧 　   　　除第二類切孔法是用以觀察半個(gè)孔壁的原狀表面情況外，其余第一及第三類   都需最后的仔細(xì)拋光，才能看到各種真實(shí)的情況，此點(diǎn)為切片的成敗關(guān)鍵，此點(diǎn)至為重要不可掉以輕心。以下為制作過程的重點(diǎn)。 3.1取樣：   　　以特殊的切模自板上任何處取樣或用剪床剪樣，注意不可太逼近孔邊，以防造成通孔受拉力而變形，也應(yīng)注意取樣的方法，最好先切剪下來，再用鉆石鋸片切下所要的切樣，減少機(jī)械應(yīng)力的后患。   　 3.2封膠   　　封膠的目的是將通孔灌滿，把要觀察的孔壁固定夾緊，使在磨削時(shí)不致被拖立延伸而失真，封膠一般多用特殊的尃密商品，以Buhler的各系列的尃用封膠為宜，但價(jià)格很貴，可改用其它種類，但以透明度良好硬度大，氣泡少者為佳，例如：黑色用于小零件封膠用的環(huán)氧樹脂，牙膏狀的二液型環(huán)氧樹脂封填膠，南寶樹脂，甚至綠漆也可充用，注意以減少氣泡為要，為使硬化完全，多需烤箱催化使快速反應(yīng)。   　   　　為使切樣的封膠方便進(jìn)行，正式的方法是用一種卷撓式的彈簧夾具，將樣片夾入，使在封膠時(shí)保持直立狀態(tài)。正式切片的封膠體是灌注于圓柱狀的藍(lán)色橡皮模具內(nèi)，硬化后只要推擠橡皮模子即可輕易將樣片圓柱推出，非常方便。此種特用的橡皮模也是Buhler 的產(chǎn)品且國內(nèi)不易買到，一般較麻煩的做法及簡易的做法有：   3.2. 1在鋸短的鋁管內(nèi)壁噴以脫模劑，另將樣片用雙面膠帶直立在玻璃板上，再把鋁管套在樣片周圍，要使管的下緣與玻璃板的表面密合，使膠液不致漏出，待硬化后即可將圓柱取出或改用漏斗斜壁形的模具更容易脫模。   　用膠粉在熱壓模具以漸增之壓力使能灌滿通孔并同時(shí)進(jìn)行硬化成為實(shí)體，在各種切片圓體中，以此種最美觀。   　將多個(gè)切片以鋼梢串起，在于特殊的模具中將多片同時(shí)以液膠灌滿，同時(shí)可磨多片，稱為Nelson-Zimmer法，可同時(shí)磨九個(gè)圓柱，而每個(gè)柱中可封入5.6個(gè)切片之多，是一種大量的做法。   　用購買現(xiàn)成的壓克力模具，將樣片置入，封膠即可。   　最簡單的做法是將膠體涂在PE紙上，使切樣上的各通孔緩緩的刮過膠面，強(qiáng)迫膠膏擠入孔內(nèi)，然后倒插入木板槽縫中，集中入烤箱，使其烤硬，也可改用綠漆填膠。   　少量切樣可用竹簽條直接在孔口處填膠，然后直立烤硬，最后兩種因膠體很少，故磨削時(shí)間能夠節(jié)省，但要保持磨面的水平，要靠功夫及手勢了，但真正的好切片是由此種簡單的方法做出來的。 3.3磨片(Grinding) ： 　　是利用砂紙的切削力將樣片磨到孔的正中央，以便觀察孔壁斷面情況的步驟。為節(jié)省時(shí)間大量制作，多用快速轉(zhuǎn)盤做快速磨削法，可用有背膠的砂紙貼在盤面上，也可用邊緣匝狀固定器將紗紙固定，或紙有中心洞套入轉(zhuǎn)軸心上，在水濕及高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)；砂紙會平貼在盤面上而可以進(jìn)行磨削。少量簡單的切樣只要用手在一般砂紙上平磨即可連轉(zhuǎn)盤也可省掉，以上所用的砂紙番號以下述為宜。 3.3.1 220 號粗磨到孔壁斷層的兩條并行線將要出現(xiàn)為止，注意要噴水或他種液體以減熱。   　改用400號再磨到 “孔中央”的“指示線”出現(xiàn)。   　改用600號以上細(xì)砂紙輕磨幾下，以改正不平行的斜磨即可。 3.4拋光(Polish)   　　要看到切片的真相，必須要做仔細(xì)的拋光，消除砂紙的刮痕。大量時(shí)，轉(zhuǎn)盤式毛毯加氧化鋁懸浮液當(dāng)做助劑，做轉(zhuǎn)微接觸式的拋光，注意在拋光時(shí)要時(shí)常改變切樣的方向，使有更均勻的效果，直到砂痕完全消失為止。少量切樣可改用一般布頭，及擦銅油膏即可進(jìn)行，也要時(shí)常改變拋動(dòng)的方向，前后左右以及圓周式運(yùn)動(dòng)，手藝功夫做的好時(shí)，效果要比高速轉(zhuǎn)盤拋光要更為清晰，更能保存真相，但較費(fèi)時(shí)。拋光的壓力要輕，往復(fù)次數(shù)要多，效果才更好，而且油性拋光所得銅面的真相要比水性拋光更好。 3.5微蝕 (microetch) ： 　　將拋光面用水或稀酒精洗凈及吹干后，即可進(jìn)行微蝕，以找出金屬的各自層面，以及結(jié)晶狀況，此種微蝕看似簡單，但要看到清楚細(xì)膩的真像，卻很不容易，不是每次一定成功的。不行時(shí)只有再輕拋數(shù)次，重做微蝕，以找出真像。微蝕液配方如下：   　   “10 cc氨水 + 10 cc純水 + 2?3滴雙氧水”   　   　　混合均勻后，即可用棉花棒沾液，在切片表面輕擦約2秒鐘，注意銅面處發(fā)出氣泡的現(xiàn)象，2?3秒后立即用水將蝕液沖掉，并立即用衛(wèi)生紙擦干，勿使銅面繼續(xù)氧化，否則100x顯微下會出現(xiàn)棕黑色及粗糙不堪的銅面，良好的微蝕將呈現(xiàn)鮮紅銅色，且結(jié)晶及分界清楚。   　   　　注意上述微蝕液至多只能維持1小時(shí)，棉花棒用1-2次后也要換掉，以免污染切面上銅面的結(jié)晶。讀者需多做摸索，自可找出其中原由。   　   　　早期用“鉻酸(Cr03)加入少量硫酸及食鹽的方法”已經(jīng)落伍，而且會使錫鉛層發(fā)黑，不宜再用，氨水法則錫鉛面仍呈現(xiàn)潔白，其中常見之黑點(diǎn)分布那是鉛量較多區(qū)現(xiàn)象。   　   　　要做研究判斷的切片必須要做仔細(xì)的拋光及微蝕的工作，否則只有白費(fèi)功夫而已，一般出貨性大量的切片，只好集體拋光，檢查前再做微蝕，如此至少也可看到真像8.9分。 3.6照像   　　原拋光片若為100分時(shí)，則由顯微鏡下看到的倒立影像，按顯微鏡的性能只可看到85%?95%的程度，而用拍立得照下來時(shí)，最好也只有80%?90%，經(jīng)拍立得像片再翻照成幻燈片時(shí)，當(dāng)然更要打折75%?85%了，但為求記錄及溝通起見，照相是最好的方法了，此種像片價(jià)格很貴，一定要有畫面才去面影，否則實(shí)在毫無意義。照像最難處在焦距的對準(zhǔn)，此點(diǎn)困難很多。   　   3.6.1 目視焦距與攝影焦距不完全相同，不可以目視為準(zhǔn)，需多犧牲幾張找出真正攝影焦距來。   　曝光所需之光量＝光強(qiáng)度x時(shí)間，好的像片要盡量使時(shí)間延長及減少光強(qiáng)度，加上各種濾光片后可得各種不同效果的像片。   　影像表面須平整，否則倍數(shù)大時(shí)，(100x以上)會出現(xiàn)局部清楚局部模糊現(xiàn)象，得像后，要陰干透徹后才得觸摸，避免造成畫面受損。 　   4.判讀﹕ 　　切片的畫面清晰可愛只是制件手法，要能判讀畫面所出現(xiàn)的各種現(xiàn)象，并利用作為決策的根據(jù)，則更需豐富的電路板學(xué)識才行，尤其是成因及改進(jìn)的方法更要學(xué)識與經(jīng)驗(yàn)的配合才行，無法在短時(shí)間內(nèi)所能湊功的。以下將就常見的各種缺點(diǎn)配合幻燈片的講解，讓者能做較深入的了解。   4.1空板通孔直切切片(含炸過油或噴過錫的板子)可看到各種現(xiàn)象有：   　　板材結(jié)構(gòu)、孔銅厚度、孔銅完整情形、破銅(VOID)、流錫情形、鉆孔對準(zhǔn)及層間對準(zhǔn)(layer to layer regisatration)、平環(huán)(Annular ring)、蝕刻情形、膠渣(Smear)情形、壓板及鉆孔情形、(有挖破Gouging、釘頭、Nailheading )、滲銅掃把(Wicking)、孔銅浮離(Pullaway)、反蝕回(Negative　 Etchback)等，現(xiàn)分述于下：   　孔銅厚度   　　至少在1 mil以上，微蝕良好時(shí)可看清楚一次銅二次銅甚至厚化銅的層次，要注意有些制程會出現(xiàn)孔銅厚度差別很大的情形，由切片上左右兩條銅壁厚度可明顯的看出。 　孔銅完整情形 　　有否鍍瘤(Nodule)夾雜物(Inclusion)孔口之階梯式鍍層(Step plating)及銅層結(jié)晶情形。 　破銅 　　一個(gè)切片只允許有三個(gè)破洞出現(xiàn)，破洞是焊錫時(shí)吹孔(Blow Hole)最大原因，若破洞出現(xiàn)在直切片的同高度時(shí)，可解釋或判定為全孔環(huán)斷。 　流錫 　　可看到毛細(xì)現(xiàn)象的半月形流錫的結(jié)果，最高境界可看到銅錫合金(IMC)的50微吋的特殊夾層介于銅錫之間的白色長條薄層。 　對準(zhǔn)情形   　　可由孔壁兩側(cè)的內(nèi)層長短情形看出層間對準(zhǔn)情形及鉆孔與印刷之間的對準(zhǔn)情形。 　蝕刻 　　可看到側(cè)蝕(undercut)及算出蝕刻因子，也可看到印刷或干膜的側(cè)壁情形。 　膠渣 　　可看到除膠渣或回蝕(Etch back)的情形，過度除膠造成玻璃突出孔壁粗糙以致孔銅不平整也可能造成吹孔，除膠渣不足時(shí)，內(nèi)層與孔銅之間有黑線或分隔(Separation)出現(xiàn)。 　鉆孔及壓板 　　孔壁是否有粗糙及挖破情形，釘頭是否超過50%，壓板后介電層是否太薄(Dielectic thickness)。 　滲洞 　　原因是六價(jià)鉻除膠渣液吃掉玻璃表面的硅氧層后而出現(xiàn)銅層的沉積滲入，但不可超過 1 mil。 　孔壁浮離 　　系由于銅層應(yīng)力太，化銅附著力不良，造成受熱后的大片浮起。 　反蝕回 　　可能是PTH 過程中微蝕過度所造成，此時(shí)內(nèi)層會稍有退回，很可能在一次鍍銅時(shí)已鍍上的化銅層再浮起，再經(jīng)電鍍的繼續(xù)加厚造成浮起部份及底材部份都同時(shí)鍍銅，要很高明的手法才能看出真相。   　 *注意上述各種缺點(diǎn)，若是用簡單式的手涂膠切片時(shí)，尚可進(jìn)一步小心再做水平切片，做深入的再證明，但若為圓柱形的正式切片時(shí)，則無能為力了。   4.2灌過錫的通孔切片：   　　(一般均與288℃，10秒鐘之熱應(yīng)力試驗(yàn))可看到下列各種情形： 斷角(Corner Cracking)   　　高溫焊錫時(shí)，板子產(chǎn)生較大的Z方向膨脹，若鍍銅層本身的延展性不好時(shí)，(至少要10%的延性．062的板子才不會斷角)，就會在轉(zhuǎn)角處被拉斷，此時(shí)要做鍍銅槽的活性炭處理才能解決問題，孔銅斷裂也可能出現(xiàn)在其它位置。   　樹脂下陷(Resin Recession) 　　孔壁在焊錫前都完整無缺，灌錫后因樹脂局部硬化不足，或揮發(fā)逸走，造成局部下陷自孔銅背后縮下， (見雜志NO6.P30)。   　壓數(shù)空洞(Lamination Void) 　　情形類似板子A區(qū)(熱區(qū))樹脂下陷，但此種空洞卻出現(xiàn)在板子的B區(qū)(壓板區(qū)，或非通孔區(qū))嚴(yán)重時(shí)，甚至出現(xiàn)分層。   　配圈浮起(Lifted Land) 　　由于劇烈的Z方向膨脹再泠縮回來后，熱應(yīng)力試驗(yàn)后在配圈外圍所發(fā)生的浮離，但不可超過1 mil 。   　吹孔(Blow hole) 　　由孔壁銅層的破洞處的藏濕在高溫下氣化吹出 (Outgassing)能把液錫趕開而形成的空洞，此種通孔稱之為吹孔。   　內(nèi)層銅箔微裂 　　由Z方膨脹所引起的，要手藝很好才看得到的。   　通孔的焊錫性(Solder abity)的好壞。 4.3斜切片(45°，30°)   　　可看出各層間導(dǎo)體之間的關(guān)系，本層上導(dǎo)間黑化粉塵隨流膠移動(dòng)的情形，以及孔壁與內(nèi)層較多接合面出現(xiàn)的情形，要用40x實(shí)體顯微鏡觀察，但磨片的手藝較難，也不易照像。   　 4.4水平切片 　　簡易者先將切樣平置，灌膠后再以強(qiáng)力瞬間膠貼上一直立的握片，以方便拿磨切，此水平法可對簡單的垂直切再進(jìn)一步的證明，但手藝較困難，要小心慢磨以防真相誤失，尤其是銅箔在1/2 OZ 或1/4 OZ時(shí)更要非常謹(jǐn)慎才行，稍有不平即能出錯(cuò)。水平切片也看出除膠渣，孔銅厚度，鉆孔粗造等，一般垂直切片情形而且更能看到平切的特殊畫面。例如：   　粉紅圈(Pink Ring ，Red Ring， Red Halo) 　　系鉆孔動(dòng)作太猛或PTH的化銅前有酸液攻入黑化層，吃掉氧化銅露出銅金屬表面的原色，此粉紅圈的大小也是一種制程好壞的指標(biāo)。   　印刷與鉆孔之間的對準(zhǔn)情形 　　最容易在平切片平切上看到全貌，平環(huán)的最小寬度，是否有破出(Break out)等現(xiàn)象都要比直切片更為清楚及真實(shí)。 　孔銅厚度的分布也比直切要準(zhǔn)。   　 4.5切孔： 　　需用40x實(shí)體顯微觀察半個(gè)圓形壁的全景，可看的更完全，更接近實(shí)。情，無需用言語解釋，以下為切孔的特點(diǎn)。   　吹孔的真實(shí)情況 　　在噴錫，熔錫的孔壁上，可極清楚的看到，有氣體吹出的靜止畫面的樣子，任何人一看就懂而且印象深刻，比任何文字及語言的解釋都更為有效有力。 　未鍍前的原始鉆孔孔壁的情形，如縱向玻璃束被挖空崩的情形，整犁溝出現(xiàn)的情形。   　經(jīng)過無電銅(化學(xué)銅)后，可將背后盡量磨簿，做背光法檢查銅壁是否覆蓋(Coverage)良好或有破洞情形。   　   　　簡單的做法是：   　　取─500 ml燒杯將側(cè)壁外面及杯底外面全部貼滿膠帶，使杯底朝上，杯中放入─小手電筒的光源，并在杯底膠帶上割出一個(gè)小長縫，使光線射出，再將切孔樣片的孔面朝上正壓在光縫上，由20或40 倍實(shí)體顯微鏡下可清楚看到孔壁玻璃上是否已蓋滿了銅層，有任何光點(diǎn)或朦朧的光漏出，即表銅層的覆蓋力有問題，銅層是不透光的，必須全黑才表示銅層已覆蓋完整。 　 5.結(jié)論：   　   　　切片對電路板正猶如X光片對醫(yī)生看病一樣，可找出問題的真相，找出生產(chǎn)線的苦惱所在，并找出解決的辦法。良好的切片，常有意想不到的好處，使做的人有很大的成就感，是故為業(yè)界所不斷的追求及研究者也。