线路板厂的电路板的微切片与切孔

文章来源：PCB技术与品质作者：邓灵芝查看手机网址

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人气：5308发布日期：2017-07-03 11:04【大中小】

线路板厂板品质的好坏，问题的发生与解决，制程改进的情况，都需要微切片(microsectioning)做为观察研究与判断的根据，微切片做的好不好，真不真与讨论研判的正确与否大有关系在焉。若的确想要做好品质及彻底找出问题解决问题，则必须仔细做切、磨、抛及咬等功夫才会有清晰可看的微切片，不致造成误判。

切片的画面清晰可见只是制件手法，要能判读画面所出现的各种现象，并利用作为决策的根据，则更需丰富的电路板学识才行，尤其是成因及改进的方法更要学识与经验的配合才行，无法在短时间内所能凑合的。

1.空板通孔直切切片(含炸过油或喷过锡的板子)可看到各种现象有：
板材结构、孔铜厚度、孔铜完整情形、破铜(VOID)、流锡情形、钻孔对准及层间对准(layer to layer regisatration)、平环(Annular ring)、蚀刻情形、胶渣(Smear)情形、压板及钻孔情形、(有挖破Gouging、钉头、Nailheading )、渗铜扫把(Wicking)、孔铜浮离(Pullaway)、反蚀回(Negative　 Etchback)等，现分述于下：
　
1.1孔铜厚度
至少在1mil以上，微蚀良好时可看清楚一次铜二次铜甚至厚化铜的层次，要注意有些制程会出现孔铜厚度差别很大的情形，由切片上左右两条铜壁厚度可明显的看出。
　
1.2孔铜完整情形
有否镀瘤(Nodule)夹杂物(Inclusion)孔口之阶梯式镀层(Step plating)及铜层结晶情形。
　
1.3破铜
一个切片只允许有三个破洞出现，破洞是焊锡时吹孔(Blow Hole)最大原因，若破洞出现在直切片的同高度时，可解释或判定为全孔环断。
　
1.4流锡
可看到毛细现象的半月形流锡的结果，最高境界可看到铜锡合金(IMC)的50微吋的特殊夹层介于铜锡之间的白色长条薄层。
　
1.5对准情形
可由孔壁两侧的内层长短情形看出层间对准情形及钻孔与印刷之间的对准情形。
　
1.6蚀刻
可看到侧蚀(undercut)及算出蚀刻因子，也可看到印刷或干膜的侧壁情形。
　
1.7胶渣
可看到除胶渣或回蚀(Etch back)的情形，过度除胶造成玻璃突出孔壁粗糙以致孔铜不平整也可能造成吹孔，除胶渣不足时，内层与孔铜之间有黑线或分隔(Separation)出现。
　
1.8钻孔及压板
孔壁是否有粗糙及挖破情形，钉头是否超过50%，压板后介电层是否太薄(Dielectic thickness)。
　
1.9渗洞
原因是六价铬除胶渣液吃掉玻璃表面的硅氧层后而出现铜层的沉积渗入，但不可超过1mil。
　
1.10孔壁浮离
系由于铜层应力太，化铜附着力不良，造成受热后的大片浮起。
　
1.11反蚀回
可能是PTH过程中微蚀过度所造成，此时内层会稍有退回，很可能在一次镀铜时已镀上的化铜层再浮起，再经电镀的继续加厚造成浮起部份及底材部份都同时镀铜，要很高明的手法才能看出真相。
　
*注意上述各种缺点，若是用简单式的手涂胶切片时，尚可进一步小心再做水平切片，做深入的再证明，但若为圆柱形的正式切片时，则无能为力了。

2.灌过锡的通孔切片：
(一般均与288℃，10秒钟之热应力试验)可看到下列各种情形：

2.1断角(Corner Cracking)
高温焊锡时，板子产生较大的Z方向膨胀，若镀铜层本身的延展性不好时，(至少要10%的延性．062的板子才不会断角)，就会在转角处被拉断，此时要做镀铜槽的活性炭处理才能解决问题，孔铜断裂也可能出现在其它位置。
　
2.2树脂下陷(Resin Recession)
孔壁在焊锡前都完整无缺，灌锡后因树脂局部硬化不足，或挥发逸走，造成局部下陷自孔铜背后缩下。
　
2.3压数空洞(Lamination Void)
情形类似板子A区(热区)树脂下陷，但此种空洞却出现在板子的B区(压板区，或非通孔区)严重时，甚至出现分层。
　
2.4配圈浮起(Lifted Land)
由于剧烈的Z方向膨胀再泠缩回来后，热应力试验后在配圈外围所发生的浮离，但不可超过1mil 。
　
2.5吹孔(Blow hole)
由孔壁铜层的破洞处的藏湿在高温下气化吹出 (Outgassing)能把液锡赶开而形成的空洞，此种通孔称之为吹孔。
　
2.6内层铜箔微裂
由Z方膨胀所引起的，要手艺很好才看得到的。
　
2.7通孔的焊锡性(Solder abity)的好坏。

3.斜切片(45°，30°)
可看出各层间导体之间的关系，本层上导间黑化粉尘随流胶移动的情形，以及孔壁与内层较多接合面出现的情形，要用40x实体显微镜观察，但磨片的手艺较难，也不易照像。
　
4.水平切片
简易者先将切样平置，灌胶后再以强力瞬间胶贴上一直立的握片，以方便拿磨切，此水平法可对简单的垂直切再进一步的证明，但手艺较困难，要小心慢磨以防真相误失，尤其是铜箔在1/2 OZ 或1/4 OZ时更要非常谨慎才行，稍有不平即能出错。水平切片也看出除胶渣，孔铜厚度，钻孔粗造等，一般垂直切片情形而且更能看到平切的特殊画面。例如：
　
4.1粉红圈(Pink Ring ，Red Ring， Red Halo)
系钻孔动作太猛或PTH的化铜前有酸液攻入黑化层，吃掉氧化铜露出铜金属表面的原色，此粉红圈的大小也是一种制程好坏的指标。
　
4.2印刷与钻孔之间的对准情形
最容易在平切片平切上看到全貌，平环的最小宽度，是否有破出(Break out)等现象都要比直切片更为清楚及真实。
　
4.3孔铜厚度的分布也比直切要准。
　
5.切孔：
需用40x实体显微观察半个圆形壁的全景，可看的更完全，更接近实情，无需用言语解释，以下为切孔的特点。
　
5.1吹孔的真实情况
在喷锡，熔锡的孔壁上，可极清楚的看到，有气体吹出的静止画面的样子，任何人一看就懂而且印象深刻，比任何文字及语言的解释都更为有效有力。
　
5.2未镀前的原始钻孔孔壁的情形，如纵向玻璃束被挖空崩的情形，整犁沟出现的情形。
　
5.3经过无电铜(化学铜)后，可将背后尽量磨簿，做背光法检查铜壁是否覆盖(Coverage)良好或有破洞情形。
　
简单的做法是：
取─500ml烧杯将侧壁外面及杯底外面全部贴满胶带，使杯底朝上，杯中放入─小手电筒的光源，并在杯底胶带上割出一个小长缝，使光线射出，再将切孔样片的孔面朝上正压在光缝上，由20或40 倍实体显微镜下可清楚看到孔壁玻璃上是否已盖满了铜层，有任何光点或朦胧的光漏出，即表铜层的覆盖力有问题，铜层是不透光的，必须全黑才表示铜层已覆盖完整。
　
6.结论：
　
切片对线路板厂的电路板正犹如X光片对医生看病一样，可找出问题的真相，找出生产线的苦恼所在，并找出解决的办法。良好的切片，常有意想不到的好处，使做的人有很大的成就感，是故为业界所不断的追求及研究者也。