白蓉生《电路板微切片手册》(1)

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。
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Байду номын сангаас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：
(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。
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
(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。
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
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：
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
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。
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。
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。
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。
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
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)
(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)
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：
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)
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，使本书更为增色。
(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。
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 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。
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。