pcb微切片制作及不良分析

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？若只是为

2、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，但横断面却只可看到全貌的破环。

3、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 上一倍。目前国内PCB业者

4、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，是一片八层板中的L2/L3(即第二层讯号线与第三

5、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真样，以减少机械应力造成失真。2、 封 胶(Resin

6、 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，

7、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

8、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

9、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

10、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

11、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

12、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，在切片表面轻擦约2

13、3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食盐”的微蚀方法已经落伍，而且还会使锡铅层发

14、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

15、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

16、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

17、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 Void)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

18、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2880C，10秒钟之热应力试验) l 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。 l 树 脂 缩 陷(Rcsin

19、 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)。 l 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

20、合或板材空洞。 l 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。 l 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。 l 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

21、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”。 l 吹 孔(Blow 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

22、。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

23、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点： l 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50

24、X立体摄影，其铜瘤均已实体呈现。 l 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。 l 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2

25、0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

26、”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，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

27、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，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

28、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

29、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

30、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

31、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，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

32、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

33、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

34、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

35、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Void,美军规范MIL-P-5511OE规定凡孔铜厚度低于0. 8mil者即称为Void) 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

36、25ASF时，其差距更不知伊於胡底。图 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

37、年来的一些实务心得，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，再用新棉花棒继续吸液

38、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，连各铜层的厚度也出现真假不同的对比

39、。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

40、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“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

41、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200X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

42、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“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

43、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

44、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，以明确证据作为事后之师。 目前的显微摄影的有两类，其一是以光学方式直接照相，透过拍力得式像机而立即取得证据。其二是将画面以电脑先行记忆与编辑，再以Print Out方式输出得像。前者画面虽逼真，但相片成本却稍贵。后者在转接之CCD与处理平台之电子元组件都处于最佳状态时，其相片效果几可与光学相片并驾齐驱，否则就会解像模糊效果很差，不过相片成本却较便宜，并可重复输出多张。 一般配备的常用光学显微镜，其价格约在台币二十万元左右。

45、但若另加上CCD转接器之电子机组与观看监视器等，总价约近五十万。当然有了监视画面时彼此讨论，甚至远地沟通都方便多了。图1.左上为200X透过CCD与电脑记忆并上下双光照明的相片，可清晰看见玻纤板材结构组织，对黑化层的观察也更清楚。右为同时纳入四个分割画面的电脑处理画面， 有明也有暗视还可输出多片，即方便又节省。图2.左为50X水平切片的拍力得摄影，由于抽出机盒后不小心随手将相片自反应药面上撕起一角，在反应不足下(正常约2分钟)，成像自然不足，警觉之余立即又贴回药面去，直到反应完成才又重新撕开，短短不到一分钟的见光竟成了如此阴阳脸的奇异 画面。右为200X水平切片之正常成像画面。图3.一般显微摄

46、影多采自动方式。左200X之深孔(9/1)画面系以低“光强度”与长秒曝光时间下所完成的孔铜形象。右为400X残余胶渣的画面，其曝光条件与左图相同但明亮度却提高了，故愈低倍时需使用越高的光度。图4.左为CCD转成电脑处理输出的画面，其解像程度较容易劣化，即使新机最佳状况下，其成绩也只能与正统光学拍力得在仲伯之间而已。一旦机械老化或转换失准时则解像度将逐渐变差，而光学摄影之拍力得方式则可多年不变。 图5.左上为试样上下同时采光有电脑处理的画面，可清楚见到玻纤中的破洞。上右为成像一个月的画面左下角沾到水珠，一擦之下竟被洗掉少许。须知不够老化的彩面应尽量 避免沾到水与附着外物，否则必有损伤，下二图为背

47、光及滤光的效果。 微切片制作（六） 1.6 图说故事十则 电路板全流制程约有一百多站，不但漫长而且干湿杂处彼此特性差异极大。单凭现场实做只能得到一些概略性观念，若欲对每一关键处异常点深入了解时，其较好的方法就是进行微切片的观察，将回对细部精髓吸收很多。若为自己动手找出的要点，除了印象深刻了解透彻外而且还观念鲜活，这种活的智识不是从书本或经验传授中所能望其项背的。以下即以清晰之切片说明十种制程的特性。1、 油 默 阻 剂(湿膜阻剂) “印刷电路板”一词是指早年以印刷油墨成阻剂所制造的电路板而言，常用于较简单双面板或多层板。目前线路已变得相当密集纤细，简单的油墨与网版印刷方式只能用在大铜面的内层板

48、，其余均于改成感光成像的干膜或湿膜，下列四图均为早年所做之切片。图1.上左200X画面上可看出是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。注意，其孔环外缘的组合层次，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。此等由细部观察体会出的道理，要比听来的知识更为深刻且历久弥新。上右为100X干膜阻剂图为剥膜及蚀刻后尚未熔锡之画面。注意，其二铜与锡铅之横向扩镀情形。下100X图为网印负片法熔 锡后的切片，其孔环外缘截面上的缺口与上图对应已可清楚的自我解释其成因。图2.此200X图面上二铜镀得特别厚，不但超越油墨而且还侧爬颇远，当完成去墨与蚀

49、刻 即出现如上的庞然景象。此孔环外缘截面所呈现的缺口，其层次组成的来龙去脉是否历历如绘无需赘言了？ 注意，前图1二画中孔口之铜箔，被垂直旋转的磨刷轮将孔口前缘削薄的情形，但本图的孔口系处于板子前进中垂直旋刷的后缘，除铜箔未被削薄外，孔口毛头也被压平。此种孔口前后有异的细部情形，也可从切片上看得一清二楚。 2、干 膜 阻 剂图3.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。 图4.上左50X者为干膜后完成二铜与锡铅镀层之画面，上右100X图为黑孔法板面镀厚铜与锡铅尚未

50、蚀刻之画面。下左为早期之军用板，为小心起见先镀两次铜，再做干膜影像转移及镍线路铜与锡铅，画面已剥膜但尚未蚀刻。下右100X画面亦为早期军用板，在镀两次全板铜后(第二次特别厚)，随即以干膜做影像转移，之后又另镀较薄的线路铜与锡铅，再经剥膜与蚀刻后所得之画面。 3、层 间图5.以上三图均为50X之全孔图，左八层薄板之层间对准度(Layer to Layer Registration)似乎还差强人意。中间六层板从小孔看到的层间对准度就不妙了。右六层板之大孔其层间对准度就不象样了，其中的L4几乎已经破环(Break Out)。 而且换一方位去看时说不定已经破坏，此时以水平切片最容易找到真相。 4、高

51、纵 横 比 镀 铜 早期插装为配合脚宽其孔径均在40mil，3/1的20mil孔竟称为小孔。如今连6/1之9.8mil者也不希奇。 图6.上左200X为当年之深孔镀铜情形(孔径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，但狗骨现象(Dog Boning)看起来十分严重。上右50X全孔图其孔径为13.8mil或0.35mm板厚1.6mm 纵横比4.57/1比左图已困难很多，但S/H比却已进步到1.0/0.8，十余年来硫酸铜制程的进步也相当

52、惊人。下左50X全孔图其孔径为11.8mil或0.3mm板厚，纵横比5.3/1，不要忘记孔径会越镀愈小，孔长会越镀愈长，因而纵横比也愈来愈高，有一种人为定义的深孔困难度(Difficulty)为：D=L2/d，即孔长的平方除以孔径，故会愈镀愈困难，不过这是以水平反脉冲的特殊做法所镀，当然要比一般垂直挂镀精彩很多。下右图50X为孔径9.8mil或0.25mm之六层板，纵横比6.4/1，挂镀只可低电流慢慢来。 5、机 械 外 力 效 果 图7.上三图（上左、右、下左）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

53、种不通的孔常会多测一两次，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。下右图的变形更为离谱。 图8.上三图均为50X之V-Cut真相。左为上下切口对齐度较好的实例，中图稍歪，右图不但太差且上下切口深度不同，欧洲客户尤其是德国人，更是十分在意。 6、喷 锡 真 相图9.左100X四层板其内环原本就稍有反回蚀，经两次垂直喷锡后，竟造成局部后分离中图及右图分别为50X明暗之水平切片，此处三图均可见到朝下的半个孔壁喷锡层较厚。 7、层 降 对 准/孔 环 对 准图10.此二100X之直横珍藏切像，可清楚的理解到什么是将要破环或已破环(BreakOut,IPC-6012在3.4.2/3.4.3均有详细规格)。事实上即使破了也不会发生断路，只是制程能力不佳而已。 8、熔 锡 板/IMC 的 形 成 图11.上200X图为老式熔锡板，