1、关于电路板微切片手册 一、白蓉生教授自序 微切片（Microsectioning)技术应用范围很广，电路板只是其中之一。对多层板品质监视与工程改善， 倒是一种花费不多却收获颇大的传统手艺。不过由于电路板业扩展迅速人材青黄不接，尤其是纯手艺的技术 员更是凤毛麟角。虽然每家公司也都聊备设施安置人员，也都有模样的切磨抛看，然而若就一般判读标准而 言，则多半所得到书面的成绩，虽不至惨不忍睹的地步，多也只停留在不知所云的阶段。考其原因不外：客 户内行者太少、老板们不深入也不重视，工程师好高骛远甚少落宝基本。是以在欠缺教材乏人指导下，当然 只有自我摸索闭门造车了。 至于国外同业的水准，经笔者多年用心观察与
2、比较下，除了设备比我们贵与好之外，手艺方面则不仅乏 善可陈，而且还颇为优越自大。甚至IPC贩售录影带中的讲师，也只是西装笔挺振振有词，根本拿不出几张 晶莹剔透眉清目秀的宝物彩照， 何况是经年累月众多量产的心血结晶。 国外同业在诸多故障方面的累积经验， 也远去国内厂商甚多。 持远来和尚会念经的想法， 想要从国外引进微切片技者应只是缘木求鱼竹篮打水罢了。笔者二十五年前进入PCB业，即对动手微切片发生兴趣，每每找到重点再印证于产品改善时，不仅心情 雀跃深获成就感外，且种种经验刻骨铭心至今不忘。如此亲身实地之经验累积，比诸书本当然大有不同在焉。 多年来共集存了二千多张各式微切片原照，特于投老之际仔细选
3、出 730 张编辑成书，希望为业界后起留下一 些可资比较的样本，盼在无师之下而能自通，抛开包袱减少误导。 由于版面有限许多珍贵照片必须裁剪以利编辑，每在下刀之际就有切肤之痛难以割舍，实乃岁月不居件 件辛苦得之不易也。本书除以全彩印刷极高成本之外，每帧照片也都绝对是费时耗力所有赀，放眼全球业界 以如此大手笔成书者应属首见。 本书能顺利编辑，须感谢台湾电路公司切片实验室小姐先生们之鼎力协助，若以简易切片方式而言，从 广经阅历的笔者看来，台路的几位老手们应列国内之顶尖。本书某些照片即得其等慷慨馈赠，而部份内容亦 在多次讨论中获益匪浅，在此特别感谢任礼君先生、余瑞珍小姐与黄国珍先生之协助，使本书更为增
4、色。 二、书目 第一章 琢磨好手艺 1.1 微切片制作-说来话又长 1.2 封胶后研磨-生气不争气 1.3 打底靠抛光-细皮嫩肉秀 1.4 微蚀算老几-小兵立大功 1.5 有照片为证-秋毫待明察 第二章 制程可解惑 2.1 图说故事十则 2.2 化铜厚化铜 2.3 电镀镍金有得瞧 2.4 化学镍金不好玩 2.5 绿漆要塞孔 2.6 焊接非等闲 2.7 黑孔话沧桑 第三章 品检有大千 3.1 孔壁怎粗糙 3.2 互连后分离 3.3 孔铜今昔 3.4 断角之痛 3.5 外环浮起 3.6 内环裂伤 3.7 何物灯芯 3.8 树脂缩陷/基材空洞 3.9 铜瘤非同瘤 3.10 钉头何方圣 3.11 粉红
5、自黑化 3.12 机关枪点放 3.13 摺镀岂夹杂 3.14 回蚀反回蚀 3.15 断垣残壁惨 3.16 銮壁不借光 3.17 腰斩为那椿 3.18 绿漆会生气 3.19 胶渣有涂辜 3.20 面子出问题 第四章 高科技解读（欠缺） 4.1 深孔怎镀铜 4.2 按图索骥十则 4.3 诸葛孔不明 4.4 干嘛要塞孔 4.5 雷射烧增层 4.6 BGA Vs CSP 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
6、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
7、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)
8、， 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 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
9、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。
10、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
11、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
12、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
13、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
14、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
15、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(ECOMETI
16、V 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
17、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。效果不好时只有抛掉不良铜面重做微蚀。微蚀液配方如下： “510cc 氨水+45cc 纯水+23 滴双氧水” 混合均匀后即可用棉花棒沾着蚀液，在
18、切片表面轻擦约 23秒锺，注意铜层表面发 生气泡的现象。23 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，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
19、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(Photography) 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
20、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
21、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
22、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：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、环壁互连品质(ICD)、粉红圈、点状 孔破(Wedge V oid)等，将在本手册中逐一详加讨论。 图 11.上述各种品质项目均将本手册后文中以最佳画面详加叙述，此处仅举数例说明以 引起读者兴趣。左 500X图可见到因整孔剂浮游颗粒而发生的镀铜空心瘤与粉红圈，右 500X 为“反回蚀”及“灯芯效
23、应”之真相。 图 12.左 200X图为纯钯直接电镀与镀铜后所发现的粉红圈与楔形孔破(Wedge Void)， 右 200X者为粉红圈尚未恶化为楔形孔破之一例。 *注意：上述所见各缺点，如系出自牙签涂胶的简单切样时，尚可进一步小心将原样再 做水平切片，以深入问题的所在。但若所检视者为正规柱形之切样，则只好无能为力了。 2、 热应力填锡的通孔切片：(一般均为 288 0 C，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
24、)。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。 树 脂 缩 陷(Rcsin Recession) 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，但日本客户仍坚持拘收。 图 13.左 100X漂锡后的切片可明显见到 “树脂缩陷” (Resin Recession)的实像。 右为 200X 漂锡后断角情况，此图已超过 20年，仍可明显看清焦磷酸一次铜的片状组织 (LaminarStructure)。 压 合 空
25、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。 内 环 铜 箔 微 裂 由于 Z方向膨胀所引起内环铜箔的微裂，切片手艺要很好才能看得清楚。 通 孔 焊 锡 好 坏 图 14.左图为 300X垂直切片所见到内环铜箔上的微裂情形，似乎不是多了不起的毛病 若另改做成 500X的水平切片时，则整圈性铜箔孔环受到
26、Z方向热胀的撕裂即赫然呈现，虽 不致造成短路问题，但至少可靠度就有了瑕疵，其最简单的改善方法就是改用 HTE铜箔。 图 15.通孔焊锡性好坏与孔铜厚及孔壁破洞大有关系。左上图系笔者十五年前所做的八 层军用板，孔铜竟厚到 2mil以上，今日看来未免觉得过分紧张。右二 50X图为零件脚插焊接 时，因孔铜厚度不足以致焊性不佳，且下图可看出零件脚之焊性也有问 题。 图 16.左 100X图为漂锡后其焊锡面(Solder Side)孔环浮离翘起的精彩写真，右为孔铜壁 有破窟窿(Void)存在经漂锡时，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(B
27、low Hole) 孔壁铜层存在的破洞处，其所储藏的湿气在高温中会胀大吹出，把尚未固化的液锡赶开而形成空洞，此 种品质不良的通孔特称之为吹孔。 3、斜 切 片(45，30) 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，可采用 40X实 体显微镜或高倍层显微镜去观察。然而研磨平面的手艺较难，也不易照得出精彩的像片。 图 17.左为一种八层板的 L2 接地层(100X)与右 L3 讯号线层(200X)，两者系出自同一张薄 基板，由于是 30斜切，故铜箔厚已夸张变厚了很多。 4、水 平 切 片 简易者先将切样平置，灌胶及硬化后再以强力瞬间胶贴上一小时直立的握点，以方便捏 紧进行切
28、磨与抛光。已完成的简易切样还可再做水平切片，以进一步证明缺点之真相。但此手艺却较困难，要小心慢磨以防误失真相。尤其是铜箔在 1/2 oz时要非常谨慎才行，稍有不 平即将出错。水平切片也可看到除胶渣、孔铜厚度、钻孔粗糙等异常情形。 图 18.左为 200X之轻微胶渣(Smear)。右为同一样板之 100X水平切片，其孔孔环与孔 壁间不规则分布的残余胶渣昭然若揭。 水平切片的特殊画面可从粉红圈、孔环也孔间的对准情形、水平孔铜厚度等项目上，看 得更清楚体会得更真实。 5、切 孔 需改用 40X 实体显微镜去观察所余半壁的全景，如此可看得更完全，更接近实情，比 断层画面更具说服力，以下即为切口检验的特
29、点： 吹孔的真实情况：在喷锡或熔锡的孔壁上，可极清楚看到有气体吹出的吹口,任何人一看 就懂而且印象深刻，比任何文字语言的结实都更有力。 图 19.左为 100X之明视切孔图，系采一般截面式显微镜所摄之画面，故只有中间清楚而已。右为切孔以后 50X立体摄影，其铜瘤均已实体呈现。 未镀前原始钻孔经除胶渣后的孔壁情形：如纵向玻璃束被挖破挖崩情形，整条犛沟出现 的情形。 背光检查：经过化学铜后之孔壁，可将背后板材尽量磨薄，以进行背光法检查铜壁是否 覆盖良好或有细碎不连的微破情形。 图 20.在为切孔后再把背板板材削到很薄，而看到孔壁 100X的背光情形，右为 200X细 部真相，其中白色部分即为无铜层
30、透光的破壁。 在缺乏高倍显微镜时，背光检查简单的做法是： 取一 500mil 烧杯将侧壁及杯底外面全部贴满胶带，设法将杯子架高并使用杯底朝上， 杯内放入一小手电筒的光源，并在杯底胶带上割出一条小长缝可使光线射出，再将切孔样片 的孔面朝上放置在光缝处，另以 20 或 40 倍简易显微镜去观察，即可清楚看到孔壁玻纤布是 否已盖满了铜层。凡有任何光点或朦胧的光线漏出者，即表铜层的覆盖力有问题。铜层本身 是不透光的，必须全黑才表示铜层已完整覆盖。 五、 结 论 微切片之于电路板，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。良好的切片常有意
31、想不到的发现，让动手 的人时常获得很大的成就感。业界工程师们实应勤加练习与广泛应用才是。 但为求快速了解板面与孔内之各种故障，以争取解决问题之时效者，则微切片不但耗时， 也不一定能凑巧揭露事件的真相。此时良好的“立体显微镜”将是最有力的帮手，可惜业界 对比认知甚少，莫忘“实地观察”才是一切改善的开始。 微切片制作（二） 1.2 封胶后研磨 在取得电路板试样后微切片制作过程，首先就是要进行封胶(其他板样)与填胶(针对通 孔)，目的是在研磨抛光的动态过程中，避免纤细的真像受到不当的伤害。尤其是后者还要尽 量做到全孔填实，务求减少气泡的出现，以确保切样细部的真实与照相画面的美观。一旦孔 内出现气泡时
32、，再得来不易的珍贵试样，其制作结果虽不至成为泡影，但至少会在画面上出 现重大瑕疵，美中不足无法挽救之余，不管是研究或研判用途其整个结果都难免蒙上阴影遗 憾连连。封胶填胶最重的指标就是不能产生“气泡” 。 至于所选胶料以使用方便为宜，原则上如 Buehler 专业供应商之各种压克力透明胶粉最 佳，但价格很贵，常用代用品多为 Dexter Hysol的“Epoxi-Patch”,也就是俗称的 AB胶，如 小牙膏状双液型的配套，主成分为“Dielthylene Triamine”类。常用主剂树脂之剂膏为 2.54oz， 而硬化剂剂膏之容量 0.81oz。其用胶量可按试样多寡而以 3：1 的方式调配，
33、不但节省而且所 形成的“样块”体积不大透明良好，硬度也够，观察保存都很适宜，是国内业者所发现的一 项秘密武器。 由上可知调胶不能产生“气体” ，因而以烘烤加速硬化时不可太猛也是成败的转折点。调 胶可在玻璃表面或抛弃型纸类或塑胶类上进行，先按比例剂胶再用牙签不断搅动，知道完全 混合稀流如水毫无气泡的地步才可使用。小孔深孔的填胶十分不易，可采压迫式做法使液胶 能单面完全进入，不宜双面涂抹以防孔内藏气。完成填胶封胶并停置几分钟后，即可送入低 温烤箱(70)中加速其硬化。 通孔研磨最重要的关卡就是： 达到截面圆心的 “孔中央” 。 截面上两条孔壁必须平行，不可出现喇叭孔。本手册前文“微切片制作”的“磨
34、片”一节中，即有附图示如下。一定要 磨到孔心。所观察到的画面才够正确，否则只是一“片”虚假自欺欺人而已。 自动研磨并不方便， 手动则需一片一片来， 高速(2000rpm)转盘砂纸的削磨还要小量冲水， 以减热及避免粉尘。至于所用砂纸可按个人喜好而定，如#220、#600、#800等，但最后须用 #1200去掉画面上的砂痕再去抛光时，效果会较好。抛光布轮须稍加打湿，以白色 1粒度的 三氧化二铝抛光乳液协助轻抛，此时可利用小型 1020X放大镜不断观察切样的成效，以便 采取改正行动，直到完全光亮为止，即表示剖面已十分平整，大功于焉告成。接着便可进行 微蚀与观察。 图 1.对深孔小孔而言，填胶与研磨都
35、不很容易，唯有勤加练习才能做好。上左图为孔径 9.8mil 镀铜后从纵横比达 7/1的深孔，经小心填胶研磨及抛光后所得几近完美的切片。右为暗视之 另一良好深孔切片。从透明胶料中还可看透到背后半个孔壁，此二简易切样皆为台路公司黄 过珍先生之作品。 图 2.此三图均为填胶有气泡十分碍眼的不良品，即使研磨抛光做得再好也是枉然。左上尚可 见到轻微的喇叭状，上图则超过(或未到)孔心很多，使所见之孔壁粗糙也被夸张到失真的地 步。 图 3.左为难度 9/1的填锡深孔(原始钻孔径 9.8mil， 1mil孔铜后缩成 8.0mil)， 不但填锡十分 完 美，切片也制作精彩。右图填锡很差，上半截在无靠山支持下竟然
36、将应磨掉的半个孔壁压入 空腔中，是一种很糟糕的试样。 图 4.上左 200X图之转动毡面抛光已近，若再以手动往复轻抛油膏布面数分钟，即可得右上 之精美画面。左 50X图为毡轮抛光粗手粗脚用力过大所呈现的不良结果，使得较软的树脂部 分被削走，而留下突起的玻纤布，不但突兀难看而且失真颇多。 图 5.上二 50X画面均为填胶与抛光都不错的孔样，只是左图之研磨稍呈上小下大的喇叭口， 致使上端孔口铜壁有了明显的失真变厚。右图为同板的另一填锡孔样，由于研磨正确两壁上 下平行，其同位置的铜厚也就更为正确了。 图 6.为了维持在削磨与抛光动作中的“真平” ，其填胶的截面积要愈大愈好，常见矮圆柱形透 明的封胶体
37、，就是人见人爱的标准试样。然而这种正规封胶法不但进口耗材用量大，花费昂 贵制作耗时，而且做占空间也颇多，以致保存不易。因而业者为了外国客户也偶尔做些标准 柱状切样，上二图即为其代表画面。 微切片制作（三） 1.3 打底靠抛光 微切片过程需先经粗磨细磨接近孔心之平面后，才可仔细抛光。之后再经小心微蚀，其 整个画面才能看得眉清目秀纤毫毕露。以下即为笔者的制作经验。 1、 研 磨 过 程 将灌胶硬化后的切样，先用 120 号圆形粗砂纸使平贴在旋转磨盘上，配合细小冲水之动 作(可冲掉残粉并能减热)，将之削磨接近孔体轴心的平面时，即换成 600 号与 1200号较细的 砂纸再进行修平，最后用 2400号
38、尽量将小的砂痕去掉。在研磨过程中需不断的改换方向及放 大观察，以免磨歪或磨过头。当然也可改用其他方式去研磨，只要到达目的就好。 研磨的要点是：对孔壁而言其截面必须落在孔心平面之附近，必须要两壁平行，必须要 消除大多数砂痕。 2、抛 光 手 法 采用专用可吸水的厚毡，以背胶牢贴于圆形转盘上，在滴水打湿的表面涂均抛光膏，一 般可用 0.5 或 1 的白色氧化铝专用抛光膏。在 3000rpm 的转速下，手执切样不断变换方向 进行轻压式抛光。同时也要用放大镜随时观察其截面状况。当抛光面非常光亮全无刮痕之时， 即表任务已达成。不过最清晰的画面还要再经手动细抛，如利用男性汗衫的针织布，涂上油 性的细质抛光
39、膏，手执切样轻压在布面上来回抛光多次，唯有如此才能看清纱束中历历可数 的玻璃丝。到达此境界再与同业相互印证时，才体会到手法高下如何，也才品位得出成就感 的快乐。不过此种做法却非常耗时，而且还需要很大的耐心才行。 图 1.200X之孔壁其板材中7628与1080之玻纤清晰可数，孔环与孔壁之残余胶渣亦极明显。右为400X之金 手指，不但7628玻纤清楚，连镀金层都难逃法眼。 图 2.此为十八年前的四层板，内层为五张 7628的双面薄板(.039 1/1)，外层系采用两张单面 铜箔的薄基板(2113*2+1oz Foil)。然后下上各用两张 1080胶片去压合。彼时多层板 极少，故 各铜层均采单面或
40、双面薄板去压合。 直到 1985年个人电脑大起后， 才流行用 铜皮压合的 Mass Lam。此 200X图面可清楚分办各种材料的组合，唯有小必抛光及微蚀才能得此佳绩。 图 3.此亦为古董四层板， 除了外层单面板比上图稍厚外， 亦改用 3 张 1080的胶片， 此等切 片 不但要用自动转盘去抛光，最后还要用油膏在棉布上往复来回以手动方式去小心轻压慢抛， 才能得如此清楚的 200X画面。本图尚可见到一铜表面上的干膜阻剂，并请注意四个角落圆 形包围的黑影，那是早年试样倒立显微镜摄影的特征. 图 4.左上 200X漂锡图为早期钻孔不良的双面板，由于钻针尖面的切削刃口(Cuting Lip)发生 崩刃而
41、不利，与外线的刃角(Corner)变圆变钝，致使高速旋切中缝此画面时，撞崩其瞬间纵向 的玻纤束而造成挖破缺口，使得彼时性能尚差的酸性镀铜未能及时填平，以致 造成所谓的孔 铜破洞(虽未见底亦称 Vo i d ,美军规范 MIL-P-5511OE规定凡孔铜厚度低于 0. 8mil者即称为 Vo i d ) 右二图均为 500X深孔中心之铜壁切片(孔径 9.8mil，纵横比 8/1)；右上为大板面 (20cm*34cm)之板边铜厚度，下为同一样板中央的孔铜厚度，其一铜与二铜作业分别为 13AF/45分钟，已经如此慢工细活尚有 35的厚度落差，若采正常电流 25ASF时，其差距更 不知伊於胡底。 图
42、5.此二图均为 200X 仔细抛光的画面。左为自动转盘与毛毡以三氧化二铝抛光稀膏所得之 镜头，若再用用手动往复轻抛 1-2分钟即得右图之眉清目秀画面矣。 微切片制作（四） 1. 4 微蚀算老几 微切片之制作经仔细抛光后，即需进行小心的微蚀，如此方可使各种金属层次得以清楚 的界分开来。通常微蚀液会因不同金属而有不同的配方，针对铜金属而言，起最理想的配方 是“稀氨水+双氧水”(体积比 3-10%氨水约 300cc，再加上新鲜有效的双氧水 2-3滴即可。早 期所用稀硫酸加铬酸的配方，其效果没有氨水法来的好)。配方虽然有了，要注意有是正确的 使用才能呈现出应有的效果。以下即为笔者多年来的一些实务心得，
43、特据以实报分享读者：1、此种微蚀液一定要用纯水或蒸馏水去配制，不可用含有杂质的自来水，因在 00-500X 高倍显微镜下，任何不良的蚀液都会造成细部效果的失佳。不信您可实地加以比较，一试便 知真假。 2、所配微蚀液之量不可太多，以 30-50cc 为宜，因其寿命仅约 1-2 小时而已。一旦放置 太久双氧水将会失效，此时虽可再加 1-2 滴做为补充，但效果并没有新配液来的好。且用过 的棉花棒也不可重用，以全新者为宜。 3、抛光面上经微蚀液擦抹后，其铜面将迅速产生微小气泡，此即表示反应已在进行。来 回擦蚀约 1-3 秒钟后，应立即用卫生纸迅速擦干试净，之后可做显微观察，若效果不足时， 再用新棉花棒
44、继续吸液擦抹。 4、若 PTH孔样中已有填锡时，由于贾凡尼效应的缘故，会使得铜结晶不易被咬出来。须 改采较低浓度微蚀液及较长时间去小心擦咬，否则铜面很容易过度氧化而变红变暗。一旦如 此则只好再重行抛光及微蚀了。 5、其他金属之微蚀液并无定论，专书中虽曾列有多种配方，但均需实做以找出可行之道， 此处不再祥述。 图 1.此放大 500倍之二图。左图为尚未微蚀之孔环与孔壁互连画面，只看到模糊的概略影像， 分不清孔壁与孔环之铜层组织。右为同一孔样在 6-8%稀氨水约三秒钟的微蚀后,即可见到清 晰的画面，二者几有天壤之别。 图 2.此为同一孔样同位置处放大 200倍之切片，其微蚀前后有判若两人的感觉，连
45、各铜层的 厚度也出现真假不同的对比。至于环壁之间未能除尽的胶渣，更令人有大小不同的感受，由 此可知微蚀的重要性。注意二图为电脑记忆后所输出的显微画面，其画质解像度似不如光学 直接摄影之前二图。 图 3.此为填锡孔之切样，由于锡铅量出现太多，会影响到铜微蚀的效果。此时可将微蚀液的 氨水降到 2-3%，双氧水也要减半，经多次小心翼翼的试咬之下才能得到美丽的画面。左图不 但可清楚的看到孔环 Grade 1 铜箔被热应力在高温过度之 Z膨胀下所拉裂的情形。中图几右 图之微蚀则似嫌不足。 图 4.此为三种微蚀的比较，左图为微蚀不足，中图为微蚀过度以致铜面出现氧化变暗的现象。 右图为适宜微蚀放大 500倍
46、环壁互连之精彩镜头。 注意， 喷锡层中黑色部分为铅,白色者为锡， 而锡铜介面处之狭窄状暗红色处，即为贾凡尼效应使得铜面呈氧化之现象。 图 5.上二图均为水平五次镀铜之 200X切片，其流程为水平 PTH后立即连续两个 Module的 高速一次铜(50ASF)， 进行影像转移又回到三个 Module去镀二次铜。由于二铜前微蚀致使第 二层变薄，随后绿漆前微蚀又将第五层也弄薄了。上左图因孔口 S/M有破口以致镀上化镍， 上右图为 TCP 其 5mil宽焊垫上的化镍金与 Super Solder 层。 下图为放大 500X之铜箔其棱线 上的铜瘤清晰可见。 图 6.通孔中灌满焊锡柱体之微切片，当欲进行“
47、氨水+双氧水”对各层次之微蚀时，须要将氨 水与双氧水之浓度减半，并用新棉花棒吸液后，以较长时间去漫漫擦蚀才行。上附 200X之 二画面中，远离大量的锡焊的微蚀铜面都很精彩，但邻近焊锡的铜面却因微蚀中过度氧化而 变成暗棕色，且颗粒也相当粗糙，这当然是出自焊锡铅合金干扰所致。 图 7.笔者二十多年前任职美商安培电子公司 PCB厂时，微蚀液系采铬酸加稀硫酸配方。此液 所蚀之铜面刻画较浅，只能大概界分(Define)出层次来，想要看清晶粒组织并不容易。不过此 液较不易老化，比氨水配方要耐久些。上二放大 300X与 800X者均 为铬酸法所微蚀，到了 800X才勉强看出晶粒来。下二为氨水微蚀放大 200
48、X之画面， 显然清楚很多。 图 8.上列五图为正确“氨水”配方的微蚀画面，按顺时针说明：上左此珍藏十八年之 400X 图，一铜系焦磷酸铜镀层，其片状结晶及断层特征清晰可见；上右 1000X之金手指截面，金 层全部明显呈现；中间图右中均为 500X五槽水平镀铜之切样；中间图左 100X化镍浸金后之 局部孔壁，由于铜面不洁致使化镍层附着力不牢而产生浮离情形。下列三图系铬酸之微蚀画 面，左 500X看不到一铜与二铜的分界，中 1000X结晶也甚含糊，右 500X铜层之分界也不太 清楚。 图 9.左为 200X之军用八层板老照片，是有四张双面薄基板压合而成的。为减少后制程中的 内环破裂起见，一律采用“
49、低棱线”(Low Profile)的 HTE铜箔，不过微蚀后发现其中一张竟 然混错了材料的 Grade 1 标准铜箔，其较粗的柱状结晶一眼就看到了。虽然氨水法对各种铜 层的微蚀都很好用，但出现较多锡铅层或镍层时，就很不容易显现界分了。中右二 200X的 打金线承垫就很不好咬，此二垫面之镀镍厚度在 0.5mil以上。 图 10.此二 100X 画面上共有三种不同结晶的铜层呈现，ED 铜箔为高电流密度所镀(1000ASF 以上)，呈现柱状组织(Columnar Structure)，一次铜为焦磷酸铜镀层，呈现片状结构并有圆弧 状之断层， 二次铜则为硫酸铜之不规则组织， 左图最外有镍层， 右图有熔锡层(Solder Reflow)。 微切片制作（五） 1. 5有照片为证 从事科技工业的人务必抱持“有几分证据说几分话”的做事态度，老一代“官大学问大” 或“资格老的说话”等威权与乡愿包袱，今日都要彻底丢开。对 PCB 的品质改善与解决问题， 也都要以“求真”为出发点。就微切片而言，当场透过显微镜去看到什么才是什么，这种观 点当然最好最真，但受到时空的限制，有时不得不照相留下记录，以明
