白容生切片分析说明

1关于《电路板微切片手册》2一、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，每在下儀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14微蚀算老几--小兵立大功3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(VerticalSection)，或对通孔做横断面之水平切片(Horizontalsection），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4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20X~40X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，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，但价格很贵，常用代用品多为DexterHysol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“DielthyleneTriamine”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：①达到截面圆心的“孔中央”。②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。抛光布轮须稍加打湿，以白色1μ粒度的三氧化二铝抛光乳液协助轻抛，此时可利用小型10~20X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5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。6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将应磨掉的半个孔壁压入空腔中，是一种很糟糕的试样。7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，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0.5µ或1µ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。8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(.0391/1)，外层系采用两张单面铜箔的薄基板(2113*2+1ozFoil)。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MassLam。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.910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(CutingLip)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