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微切片制作 (一)

08-09 20:50:27 | http://www.5idzw.com | 电路板微切片 | 人气:620
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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。    

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