焊点切片分析

1、1 切片分析切片分析 报告报告:SIE 制造工程制造工程 2014/12/01 2 切片分析切片分析 切片目的：切片目的：电子元器件表面及内部缺陷检查及电子元器件表面及内部缺陷检查及SMTSMT制程不良分析主要为制程不良分析主要为BGABGA 焊点失效分析；镀层厚度测量；焊点失效分析；镀层厚度测量；PCBPCB及元器件异常状况分析及元器件异常状况分析 适用范围适用范围 : : 适用于电子元器件结构剖析适用于电子元器件结构剖析,PCBA,PCBA焊接缺陷焊接缺陷, ,焊点上锡形态及焊点上锡形态及 缺陷检测等缺陷检测等 实验原理实验原理： 切片分析实验是将检验样本表面经研磨抛光（或化学抛光、切片分

2、析实验是将检验样本表面经研磨抛光（或化学抛光、 电化学抛电化学抛光） 至一定的光滑要求后至一定的光滑要求后, ,已特定的腐蚀液予以腐蚀已特定的腐蚀液予以腐蚀, ,用各相或同一相中方向不用各相或同一相中方向不 同對腐蝕程度的不同同對腐蝕程度的不同 (anisotropy) (anisotropy) 而表現出各相之特徵而表現出各相之特徵, ,並利用顯微鏡並利用顯微鏡 放大倍率觀察判斷。放大倍率觀察判斷。 使用仪器：使用仪器：精密切割机精密切割机, ,研磨及抛光机研磨及抛光机, ,金相显微镜，真空包埋机金相显微镜，真空包埋机 材料：材料：环氧树脂，砂纸，切削液，脱模剂，抛光液，抛光布，蚀刻液（氨环氧

3、树脂，砂纸，切削液，脱模剂，抛光液，抛光布，蚀刻液（氨 水双氧水水双氧水5%-10%5%-10%），镶埋盒，量杯，玻璃棒），镶埋盒，量杯，玻璃棒 规范：规范：IPC-TM-650 2.1.1IPC-TM-650 2.1.1 3 切片分析切片分析-实验设备实验设备 设备名称：切割机 用途目的： 切割材料成适当大小试片，以便后 续镶埋。 原理：利用砂轮锯片或砖石锯片高 速旋转，将样本切割。 设备名称：真空包埋机 用途目的：灌胶后在真空環境下去 除镶埋磨具中的空氣 原理：电机将密封的包埋机种中的 空气抽出。 4 切片分析切片分析-实验设备实验设备 设备名称：金相显微镜 用途目的：材料或產品表面品質觀

4、察或切 片焊點失效分析，並能實現微小尺寸的軟 體測量 原理:金像顯微鏡光源發出的光線經物鏡照 射于金像試樣表面，取決於表面顯微組織 特徵而形成的強弱不同的反射光線再經物 鏡以及目鏡放大後進入觀察孔，觀察者可 由觀察孔看到放大後的反映組織形態的圖 像，或經轉換後成像於顯示器上。 设备名称：研磨抛光机 用途目的：研磨以及拋光試樣表面， 為金像觀察以及攝像前處理工作。 原理: 利用砂紙上之砂粒或拋光液中 之拋光粉與試片表面的物理摩擦作用， 對試片表面進行研磨或拋光處理 5 切片基本信息切片基本信息 水平切片位置示意图水平切片位置示意图 水平切片照片水平切片照片 切片分为切片分为:垂直切片和水平切片垂

5、直切片和水平切片 垂直切片垂直切片水平切片水平切片 6 垂直切片位置示意图垂直切片位置示意图 切片基本信息切片基本信息 垂直切片检验项目垂直切片检验项目: 1. PCB结构缺陷：结构缺陷：PCB分层，孔铜断裂等分层，孔铜断裂等 2. 产品结构剖析产品结构剖析,电容与电容与PCB铜箔层数解析铜箔层数解析,LED结构剖析结构剖析,电镀工艺分析电镀工艺分析,材料材料 内部结构缺陷等；内部结构缺陷等； 3. 微小尺寸量测（一般大于微小尺寸量测（一般大于1um）：气孔大小）：气孔大小,上锡高度上锡高度,铜箔厚度等铜箔厚度等 水平切片检验项目水平切片检验项目: 1.BGA空焊，虚焊，孔洞，桥接，上锡面积等

6、空焊，虚焊，孔洞，桥接，上锡面积等 7 怎样切片怎样切片 根据送检人员要求取样，对待检样品外观进行观根据送检人员要求取样，对待检样品外观进行观 察并拍照察并拍照 对需切片分析的部位在对需切片分析的部位在精密切割精密切割进行切割，进行切割，切割切割speed 一般设置为一般设置为275rpm 将固化好的切片试样由磨具内取出将固化好的切片试样由磨具内取出,按照专用研磨砂纸目按照专用研磨砂纸目 数又小到大的顺序进行粗磨和细磨数又小到大的顺序进行粗磨和细磨 用抛光液和抛光布对待检表面进行抛光处理用抛光液和抛光布对待检表面进行抛光处理 按标准配置腐蚀液按标准配置腐蚀液 进行显微观察拍照，先使用小倍率放大

7、倍数在使用大进行显微观察拍照，先使用小倍率放大倍数在使用大 倍率观察倍率观察. 切片流程切片流程: 取樣 切割 冷埋 研磨 拋光 微腐蝕 观察 固化剂与促进剂以合适的比例倒入纸杯中固化剂与促进剂以合适的比例倒入纸杯中.用玻璃棒搅拌均匀用玻璃棒搅拌均匀 慢慢倒入模內慢慢倒入模內,将灌好的放入真空泵中抽真空将灌好的放入真空泵中抽真空,以赶走试样中以赶走试样中 的气泡的气泡 8 怎样切片怎样切片 切片过程中的注意事项：切片过程中的注意事项： 灌胶：灌胶： 1.灌胶前保证样品的清洁防止灌胶后产生气泡灌胶前保证样品的清洁防止灌胶后产生气泡.方法是用棉棒蘸丙酮进行方法是用棉棒蘸丙酮进行 擦拭清洁擦拭清洁.

8、或用超声波清洁或用超声波清洁 2.取一切片專用模具取一切片專用模具,塗抹脫模劑塗抹脫模劑,並且將試樣豎直於模內（可使用固定夾並且將試樣豎直於模內（可使用固定夾 具）具）,需將待檢樣品底部水平放置需將待檢樣品底部水平放置 3.调配树脂胶混合时将促进剂和树脂充分搅拌均匀调配树脂胶混合时将促进剂和树脂充分搅拌均匀. 3.适当提高固化剂的体积含量及适当提高环境温度适当提高固化剂的体积含量及适当提高环境温度(比如烘烤比如烘烤),能够缩短能够缩短 固化时间固化时间 4.倒入到模具中时倒入到模具中时 使用玻璃棒引流使用玻璃棒引流,防止产生气泡防止产生气泡. 5.将试样放入真空泵中以达到彻底灌封将试样放入真空

9、泵中以达到彻底灌封 6.待树脂在模具内完全固化，此过程中有热量产生待树脂在模具内完全固化，此过程中有热量产生 灌胶品质要求：灌胶品质要求： 1.灌封材料与样品间无间隙灌封材料与样品间无间隙 2.灌封材料无气泡灌封材料无气泡 3.灌封材料灌满灌封材料灌满PTH孔孔 9 怎样切片怎样切片 切片过程中的注意事项：切片过程中的注意事项： 研磨：研磨： 1.手持样品切片时手持样品切片时,千万不可用力千万不可用力,否则就会偏离平衡否则就会偏离平衡.轻轻拿轻轻拿,慢慢放慢慢放,稳稳稳稳 找找(平平 ) 2.用用180号砂纸粗磨刚脱模样品号砂纸粗磨刚脱模样品,接近接近PTH孔壁边孔壁边. 注意：大量水洗，以防

10、止烧焦对样品破坏，并冲走磨碎注意：大量水洗，以防止烧焦对样品破坏，并冲走磨碎. 3.依次用依次用,800,1200,2400,4000号砂纸精细研磨样品号砂纸精细研磨样品,最后磨到最后磨到PTH孔中心孔中心, 磨时用大量水洗磨时用大量水洗.在精细研磨中在精细研磨中,磨盘转速度为磨盘转速度为200到到300转每分钟转每分钟.在两在两 相邻的研磨相邻的研磨,旋转样品旋转样品90 ,研磨时间为磨掉前道研磨的磨痕的时间的研磨时间为磨掉前道研磨的磨痕的时间的2到到 3倍倍.在换砂纸间检查样品在换砂纸间检查样品,可确认磨痕是否磨掉可确认磨痕是否磨掉.研磨平面在同一水平面研磨平面在同一水平面 上很重要上很重

11、要 3.用流水冲洗后用流水冲洗后,用过滤空气吹用过滤空气吹. 4.研磨过程效率不宜过快研磨过程效率不宜过快,效率越快单位切削越强效率越快单位切削越强,样品标本的形变也样品标本的形变也 就就 越大越大,导致后续细磨和抛光过程中导致后续细磨和抛光过程中,消除形变的时间越久消除形变的时间越久. 10 怎样切片怎样切片 切片过程中的注意事项：切片过程中的注意事项： 抛光：抛光： 1.抛光的主要作用是消除细磨过程中的形变抛光的主要作用是消除细磨过程中的形变.应当依次对每个方向都均匀应当依次对每个方向都均匀 进行抛光进行抛光,以消除各个方向在细磨过程中所残余的形变以消除各个方向在细磨过程中所残余的形变.

12、2.抛光布：软、织布或中绒毛布，抛光布：软、织布或中绒毛布， 抛光液：抛光液：1到到01微米钻石抛光剂、微米钻石抛光剂、005微米氧化铝或其它氧化物。微米氧化铝或其它氧化物。 时间：时间： 抛光剂为氧化物或二氧化硅抛光剂为氧化物或二氧化硅时时，抛光时间，抛光时间10到到20秒秒； 当使用钻石抛光剂和软织布时，抛光需要几分钟当使用钻石抛光剂和软织布时，抛光需要几分钟(见见 转速：转速： 使用的抛光速度为使用的抛光速度为100到到1 50转每分钟。转每分钟。 抛光后效果：抛光后效果： 1没有大于被最后的抛光膏引起的磨痕。没有大于被最后的抛光膏引起的磨痕。 2没有铜渣镀到没有铜渣镀到PTH或基材中。

13、或基材中。 3切片平面在孔中心。如果研磨不够，那幺要求再研磨和重新抛切片平面在孔中心。如果研磨不够，那幺要求再研磨和重新抛 11 怎样切片怎样切片 切片过程中的注意事项：切片过程中的注意事项： 微蚀液：微蚀液： 25毫升毫升35体积比的双氧水体积比的双氧水 25毫升氨水毫升氨水(2530) 1.使用合适的微蚀液擦切片样品使用合适的微蚀液擦切片样品 2. 时间为时间为2到到3秒秒 注意：过蚀将造成铜箔和电铜分界线模糊，使测量不准。注意：过蚀将造成铜箔和电铜分界线模糊，使测量不准。 3.用流水或去离子水清洗，除去微蚀剂。用流水或去离子水清洗，除去微蚀剂。 4.用溶剂洗后吹干。用溶剂洗后吹干。 12

14、 切片观察结果切片观察结果 铜箔铜箔 IMC 阻焊膜阻焊膜 锡球锡球 垂直切片示意图垂直切片示意图 IMC(Interllic compound)介面合金共化物介面合金共化物:焊锡与被焊金属之间由于原子间焊锡与被焊金属之间由于原子间 的扩散作用的扩散作用.原子间相互渗入原子间相互渗入.结合结合.在高温中快速形成一薄层类似在高温中快速形成一薄层类似“锡合金锡合金” 化合物化合物 13 切片观察结果切片观察结果 IMC层基本特性：层基本特性： 1.IMC在在PCB高温焊接或锡铅重融时才会发生高温焊接或锡铅重融时才会发生,其生长速度与温度成正比其生长速度与温度成正比,常温下常温下 较慢较慢.直到全铅

15、的阻绝层才会停止直到全铅的阻绝层才会停止. 2.IMC本身具有不良的脆性本身具有不良的脆性.影响焊点的机械强度及寿命影响焊点的机械强度及寿命,尤其是对抗疲劳强度影尤其是对抗疲劳强度影 响最为严重响最为严重.熔点也较金属要高熔点也较金属要高. 3.由于焊锡在介面附近的锡原子会逐渐移走由于焊锡在介面附近的锡原子会逐渐移走,而与被焊金属组成而与被焊金属组成IMC,使得该处的使得该处的 锡量减少锡量减少.相对的使铅含量的比例增加相对的使铅含量的比例增加,以致使焊点展性增大及固着强度降低以致使焊点展性增大及固着强度降低,久久 之会带来整个焊锡体的松弛之会带来整个焊锡体的松弛 4.一旦焊垫上原有的熔锡层或

16、喷锡层与滴铜之间出现较厚间距过小的一旦焊垫上原有的熔锡层或喷锡层与滴铜之间出现较厚间距过小的MIC层后，层后， 对该焊垫以后再做焊垫有很大的妨碍对该焊垫以后再做焊垫有很大的妨碍; 也就是在粘锡性和焊锡性上都会出现劣也就是在粘锡性和焊锡性上都会出现劣 化的情形化的情形 14 切片观察结果切片观察结果-BGA 良好的球形良好的球形 拒焊拒焊 冷焊冷焊 连锡连锡 气泡气泡 绿油起翘灌锡绿油起翘灌锡 15 切片观察结果切片观察结果-chip料料 水平切水平切-OK垂直焊端垂直焊端-OK 裂纹伤及电极裂纹伤及电极 垂直焊盘垂直焊盘-OK 电阻电阻-NG 电容电容-NG 16 切片观察结果切片观察结果-ESD EOS彷真人体带彷真人体带 8000V静电放电静电放电 放电放电 3次放大次放大 3000倍倍 17 上锡高度上锡高度