PCB切片技术

PCB切片技术
PCB切片分析流程：
一、
1．PCB取样：通过PCB切片取样机（小冲床）将被测板取样；
2．PCB胶模：利用切片冷埋树脂（水晶胶）倒模；
3．样片预磨：利用耐水研磨金相砂纸和抛光材料在研磨机打磨；
4．切片处理：利用分析液（3%弱酸溶液或水50ml+氨水5ml+3-5滴双氧水）稀释
二、观察和测量：(金相显微镜）
1．透光观察：分析一镀铜或二镀铜，或镀镍、金等，并进行测量；
2．背光观察：分析孔壁电镀分级。

最近大家有不少上传图片请教问题的.事实求实的说,很多切片的照片惨不忍睹.
不知道大家看过白蓉生老师写的<切片手册>没有?很有参看价值. 做切片的质量好坏直接影响到判断问题的所以之根本. Kaibin前辈已经提出这个问题. 就此,这里抛块砖头,引大家的玉出来.
做好一个切片是作为一个湿制程工程师的根本所在. 我刚加入这个行业时,有幸跟一个很厉害的老前辈. 他指导我做切片,整整三个月的工作就是学习"简单"的切片. 切片的学问很大,以至于白老师写成砖头大的著作.
下面就做切片中的一些小伎俩SHOW一下:
1,标记,做切片应首先知道你的切片是孔的横切面还纵切面,问题点在那里.必须用颜色油笔或胶带标记出来.用一个箭头的方式指明问题点.
2,灌胶, 如果孔内有气泡的话,这个切片已经失去了意义.因此,灌胶是做切片的基础的基础.大家使用的透明胶可能不一样,但不外乎粉胶或蓝白胶. 总有一个成分是"稀"的. 在灌胶之前,请保证样品的清洁,否则肯定会有气泡产生.我使用的方法是用棉棒蘸丙酮进行擦拭清洁.或用超声波清洁. 然后用"稀"溶剂进行润湿. 或先调稀胶,用牙签对小孔进行仔细的填充. 尤其是盲孔,用牙签仔细的填充.然后再用比较浓的胶填充. 烘干切忌不可过急,温度不可过高. 否则,外干内软,做不好切片.
3,磨切片,切片固化好了.磨就很重要了，一般手边可以准备砂纸至少要有240#,600#,800#,1200#,2400#几种.一般的工厂都有旋转磨盘,所以手工磨就不介绍. 磨时应注意,方向性,最忌讳就是无方向性的随意磨了. 一般来说，你先用粗砂纸朝一个方向磨,然后再用更细一号的砂纸朝垂直的方向磨.知道细的磨痕把上一道砂纸的磨痕彻底磨完后则换更细的砂纸进行另一个方向研磨. 直至到问题点附近. 磨时,切片的位置最好靠近在原盘的中心处,尽量不要在边缘部分.大家可能图速度块,但那样,很难做出好的切片. 如果有条件,在2400#研磨后,在用抛光步加二氧化铝研磨液进行抛光则就更好了。

手把持切片时,千万不可用力,否则就会偏离平衡.轻轻拿,慢慢放,稳稳找(平).
4,蚀刻,蚀刻是用来分层的,显示出铜的金属组织.一般大家用的都是双氧水加酸的体系.蚀刻的关键是时间的掌握. 这个需要大家多实践才能做好. 我自己的秘诀是先加一大滴在切片上,然后迅速用水(纯水)冲干,或甩干,然后用棉棒蘸药液细细擦拭,最后用水(纯水)冲干就可以了。

反正,作为一个工艺工程师,做切片是最重要的，一个好的切片可以告诉你问题的一切.这里的就简单说这么多.更多的可参阅白老师的<切片手册>-----------经典呀!圣经!
微切片制作（一）
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(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，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(40X~60X)直接观察孔壁。

这种“立体显微镜”看起来很简单，价格却高达30~40万台币，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。

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(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3~5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：
“5~10cc 氨水+45cc 纯水+2~3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2~3秒锺，注意铜层表面发生气泡的现象。

2~3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90~95%。

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40~50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。