PCB微切片PPT课件

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1、200X之通孔直立纵断面切片 100X通孔横断面水平切片 背光切片(Back Light)明视200X之斜切片暗视200X之斜切片 2 2、封、封 胶胶(Resin Encapsulation)(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(封膠形式有很多種,本廠是购买现成的压克力成型模塊，将待檢切片固定在模塊槽中灌入冷凝胶封膠。)拋光良好無拋光良好無刮傷的良跡刮傷的良跡适當微蚀微蚀不足微蚀过度以致铜面出现氧化变暗 焦距適當焦距不適當因整孔剂浮游颗粒而

2、发生的镀铜空心瘤 纯钯直接电镀与镀铜后所发现的粉红圈与楔形孔破(Wedge Void)鍍層均勻鍍層不均鍍層不均线路电镀负片法线路电镀负片法之孔铜是由化学铜、一铜与二铜所共组成 正片法全板电镀铜正片法全板电镀铜系在PTH孔壁金属化之后（如化学铜或其他各种直接电镀法），即全板镀铜直到完成孔壁铜厚之要求随即以干膜进行盖孔式（Tenting）的影像转移，再直接蚀刻.一一 铜铜二铜二铜化学铜化学铜 一銅鍍銅不均形成的铜瘤鑽孔毛刺造成,鍍一銅時,形成的瘤狀由铜箔延伸出所造成的瘤.一銅鍍銅不均形成的瘤因镀铜过程中有固体粒子附形成的瘤机械刷磨消除孔口之铜层毛头时，然会经电镀铜的额外增时常只将毛头压入孔中并未真

3、正剥除。当厚，终至形成孔口的塞孔铜瘤.因镀铜过程中有固体粒子附著，再被铜层所加厚造成的瘤粒，与钻孔并无关系.如圖附著物是一铜开始不久就附上，再被后续包围而成的夹杂物。须知槽液中各种浮游固体粒子常会著落而成镀瘤（注：垂直挂镀的板子，其孔内流速很小，愈是深孔愈糟糕）薄膜状外来物或未除尽之原来不良皮膜会在板面铜层上被后来镀层所包围夹杂夹杂 孔壁上两个看似摺镀的瘤状物，其实是钻孔挖陷在很厚的镀铜孔壁相互挤紧之下而成的一种异常 空虚鸿沟原因是铜面钝化膜清除尽致使附著力不敌热应力而出现的異常一铜槽液中有导体粒子附在孔口影像转移后续镀二铜时所包夹填补而成一铜后有非导体粒子附在孔口，以致二铜与锡铅都镀不上 以

4、上三图分别为同一位置放大100X、200X、500X的切片情形，从小心抛光及仔细微蚀的画面上，可清楚的看到该垂入孔内的大尾巴，是从电镀铜槽液中浮游物陷入孔内，经镀铜包围后所延伸出来的.经抛光微蚀后發現此孔塞问题来自镀铜制程的管理不当与药水的質量的問題.發生孔破的原因主要有發生孔破的原因主要有:一、钻孔粗糙挖破玻织布，以致深陷处不易完成金属化及电镀铜层。二、PTH前处理不良，以致局部化学铜层或直接电镀层等，无法有效建立导电的基地，电镀铜自然也不易进入。三、直接电镀处理不良，或事后又出现脱落，此时通孔中间常出现环状孔破。四、楔形孔破（Wedge Void)或称“连续点状孔破”，将另阅专文讨论。五、

5、镀铜孔壁原本良好，但事后又被其他制程（如锡铅层不良）所弄破甚至咬断者，因鑽孔不良導致的孔破因由于PTH或化学铜不良導致的孔破由直接電鍍活化不良所形成的破洞 树脂表面活化不足导电不良造成的孔破1、油、油 默默 阻阻 剂剂(湿膜阻剂湿膜阻剂)完成一次铜才加印油墨阻剂，再镀二次铜与锡铅后所做之切片.由此可了解油墨阻剂的边缘是扁平渐薄的。致使二铜与锡铅很容易就横向增加宽度而将油墨包夹其中 剥膜及蚀刻后尚未熔锡之画面,其二铜与锡铅之横向扩镀 网印负片法熔锡后的切片 4.14流錫情形流錫情形 可看到毛細現象的半月形流錫的結果可看到毛細現象的半月形流錫的結果,最高境界可看到銅錫合金最高境界可看到銅錫合金(I

6、MC)的的50微吋的特殊夾層介于銅錫之間的白色長條薄層微吋的特殊夾層介于銅錫之間的白色長條薄層.由圖可以看出二铜镀得特别厚，不但超越油墨而且还侧爬颇远,孔环外缘截面呈现缺口 2、干、干 膜膜 阻阻 剂剂 此200X画面的油墨阻剂(如同墙壁)出现异常，致使二次铜一开始往墙外恻向伸出，有了镀铜层在非导体表面建立基地，锡铅镀层当然就毫不客气顺理成章的成长，其结果不免造成板子的报废。4.1.5对準情形对準情形 可由孔壁兩側的內層長短情形看出層間對準情形及鑽孔與印刷可由孔壁兩側的內層長短情形看出層間對準情形及鑽孔與印刷之間的對準情形之間的對準情形.層間對準良好層間對準不夠好4.1.6蚀刻因子蚀刻因子 可

7、看到側蝕可看到側蝕(undercut)及算出蝕刻因子及算出蝕刻因子,也可看到印刷或乾膜的也可看到印刷或乾膜的側壁情形側壁情形.所谓蚀刻因子(F)系指向下的蚀深V，除以侧蚀X所得商值F之谓也(F=V/X)。而X定义是指“从阻剂边缘横量到最细铜腰之宽距而言”VX 同一孔壁处被咬薄的放大特写镜头，其两端虽已塞有绿漆，但可能仍留有细缝，造成蚀刻液的毛细渗入而局部咬薄的现象。由于过度蚀铜而未将铜盐彻底去掉，以致造成化学镍层的浮离，或进一步掏空现象 铜面前处理不良时，化学镍虽可镀上去，但当镍层之内应力太大时，产生浮离现象 4.1.7胶渣胶渣 可看到除膠渣或回蝕可看到除膠渣或回蝕(Etch back)的情形

8、的情形,過度除膠造成玻璃突出過度除膠造成玻璃突出孔壁粗糙以致孔銅不平整也可能造成吹孔孔壁粗糙以致孔銅不平整也可能造成吹孔,除膠渣不足時除膠渣不足時,內層與孔內層與孔銅之間有黑線分隔銅之間有黑線分隔(Separation)出現出現.由于FR-4环氧树脂的Tg约在1300C左右，而钻孔时钻针与板材强力摩擦所产生的温度甚高，又因玻纤树脂与碳化钨（Tungsten Carbide）均为不良导体，故累积的热量常使得孔壁瞬间温度高达200C以上使得部份树脂被软化而成为胶糊，随着钻针的旋转而涂满孔壁，各内孔环的侧铜面也自不能幸免，冷却后变成胶渣(Smear)膠渣會影響孔环与铜壁的互连 IPC-6012对此明

9、文规定对此明文规定:过份除胶渣所造成的回蚀深度的不可过份除胶渣所造成的回蚀深度的不可超过超过1mil。内层孔环与孔壁之间有未除尽的残余胶渣镀上的铜壁又被拉开的情形 一面镀一面不断被拉开的情形 重铬酸过镀除胶渣造成孔壁表面的树脂全部溶出，其缩陷造成断点整齐的玻纤束突出 除膠渣良好圖片未做除胶渣的双面板孔铜壁经喷锡后退即出现了罕见的严重拉离(Pull Away)通孔直立切片上看到的不管是原本就存在的胶渣(Smear)分离，或是后续高温中才发生的分离，甚至互连处部份夹杂物或分离等，IPC-6012在表3-7中对Class2的板类也规定一律不能允收 纵向纱束被劈散成坑 过度钉头几乎一定会出现较大的挖破

10、，出自钻孔的纵向玻璃纱束之挖破，除与钻针尖部的刃角损耗有密切关系外，也与钻针的偏转（Run Out)或摇摆（Wobble)有关 过度除胶引起的孔壁粗糙度 轻微的撞破引起的孔壁粗糙度及釘頭 由于玻织纱束中的破洞造成的孔壁粗糙度 画面右边的黑洞及中央的断层，由于落差太大连化学铜与一次铜都镀不上，可见粗糙之严重性。这种由于玻织布中断纱太多而不良的基材板，进而又造成孔壁的粗糙，並不是鑽孔造成的粗糙度因鑽針不够锐利撞断“某一”画面上“立式”纵向的玻织纱束而造成的孔壁粗糙度因钻孔不良而引起的孔壁粗糙(挖破)為減少因鑽孔不良引起粗糙度,PCB正厂对钻针与钻孔的管理原则是：一，“0.062”厚的板子一般叠三片

11、高；二，全新钻针经1500击（Hits)后重磨；三，后续每1500H重磨一次，共两次，连新针共重磨三次即报废。本廠的孔壁粗糙度的允收標準為本廠的孔壁粗糙度的允收標準為:鑽孔粗糙度1000u”電鍍孔壁粗糙度ENTEK要求1000u”,喷锡板要求1500u”2.釘頭釘頭 MIL-P-55110E规定多层板内环之钉头宽度不可超过该铜箔厚规定多层板内环之钉头宽度不可超过该铜箔厚度的度的1.5倍倍钉头的起因是出于钻针的过度损耗，或钻孔作业管理不良，使得钻针在穿孔过程中，并未对铜箔做正常的切削，而是用不利的钻针在强迫切削穿过之际，同时也对铜箔产生侧向推挤的动作，致使所形成孔环的侧壁，于瞬间高温及强压下被挤

12、扁变宽而成为钉头。钻针情况最好时，其所切削过的孔环侧缘并未受到不当的挤压，因而铜箔截面宽度與銅箔寬度一致受到高温推挤变形而造成的钉头钻孔动作中高速旋转的钻针最后与孔壁接触者为刃角（Corner),当其呈现900时切削效果最好，一旦变圆后即容易出现钉头 釘頭釘頭釘頭釘頭釘頭3.3.壓板介電層壓板介電層 基板介電層太厚或太薄基板介電層太厚或太薄,會引響阻抗值和板厚會引響阻抗值和板厚,插件時會造成插件時會造成困擾困擾.良好的介電層不會引響板子的成功.4.1.9 滲銅滲銅 原因是六價鉻除膠渣液吃掉玻璃表面的矽氧層後而出現銅層的沉原因是六價鉻除膠渣液吃掉玻璃表面的矽氧層後而出現銅層的沉積滲入積滲入,但不

13、可超過但不可超過1mil 此圖200X可清楚看到玻織布的突出以及滲銅,都是出自孔口磨刷過度,邊外環的銅箔都磨薄了.鑽孔時,玻織布鑽落鍍層滲入.斷紗造成滲銅.CEM-3板材仅只喷锡就出了很糟糕的拉离孔壁與PP分离PTH一旦微蚀过度即会造成反回蚀，且对黑化层攻击还会造成楔形缺口 反回蝕后因化学铜强力导通使电镀铜有机会去弥平缺口 标准的正回蚀即镀铜孔壁对突出的孔环进行三面包夹式的结合正回蚀圖片不过由於酸性电镀铜品质差，出现了相当严重的孔铜狗骨现象左图反回蚀尚不明显，右图则可见到电镀铜孔壁已深入反回蚀之铜箔环侧，且其结合情形也极好几乎未出现凹陷 上三图均为200X之反回蚀画面，左图情况较轻微铜箔退缩甚

14、少，中图退缩已增大，右图环面退缩已达1mil，且上下两侧缩退颇深，其中下侧之光面黑化层处更为深入，此等斜角在MIL-P-55001E中称为Shadow.上左二图为200X反回蚀较严重之画面，尤其是黑化面斜口之渗蚀深度更为明显，是造成孔壁Wedge Void的原始病灶。右500X镜头中见到严重反回蚀，但已被化学铜与电镀镀所填平。该镀铜层从两端向斜口处联合进军，二者最后合流（界分线很清楚）并整平该处之凹陷。但左侧空心缺口却未填平。漂锡孔转角处之一次镀铜已被拉断，但二次铜则完好如初,属部分后分离.斷角斷角 美军规范美军规范MIL-P-55110E规定其规定其Zone A感热区出现感热区出现“树脂缩陷

15、树脂缩陷”时，其深度不许超过时，其深度不许超过3mil，长度不可超过单壁树脂总长的，长度不可超过单壁树脂总长的40IPC-6012曾附图曾附图3之之Notes 2中，已明文指出中，已明文指出Zone A处的树脂缩陷处的树脂缩陷已经无需再检验了，不过日本客户仍坚持此项已经无需再检验了，不过日本客户仍坚持此项缺点缺点不能允收不能允收 經高溫后树脂內縮 典型弧状的树脂缩陷 铜壁自基材上弹开Blip)“弹开“、后分离“、树脂缩陷基材空洞(暗示圖)基材空洞（Laminate Voids)多半是来自压合时，气泡还不及赶出板外之前树脂已经硬化，致使气泡残留板中而造成空洞。这种空洞一旦被钻孔撞个正著，就成了不

16、折不扣的孔破。基材空洞(暗示圖)基材空洞4.2.4孔環浮起孔環浮起(Lifted Land)通孔经过漂锡、波焊（Wave Soldering)时，直接与高热“液锡”接触之焊锡面（Solder Side)，会立即接受到大“批”的热量，产生X、Y、Z三方面的剧烈膨胀,再冷縮回來,熱應力試驗后在配圈外圍所發生的浮离,但不可超過1mil.漂锡孔口的孔环不但驾空浮离，并出现严重长串的铜壁弹开 漂锡孔口出现外环浮离，使得转角处一铜与铜箔之间发生分裂 以下是一些孔環浮離的圖片漂锡孔口两次镀铜层均自铜箔环面上被硬拉扯开焊锡面孔口浮离处可见到一铜被拉裂焊锡面孔口浮离处到一铜被拉裂、外环一铜断裂、一铜与外环铜箔侧

17、面也被拉开且内环上树脂缩陷4.2.54.2.5吹吹 孔孔(Blow hole)(Blow hole)由孔壁銅層的破洞處的藏溫在高溫下氣化吹出(Outgassing)能把液錫赶開而形成的空洞,此種通孔称之为“吹孔”。50X100X200X1000X孔口被咬断圖片孔口被咬断圖片 由1000X倍圖片可以看到断口（渗口）呈现阻剂逐渐消失而扩大蚀透之圆滑截面，并也能看到一铜与二铜之间蚀入的楔形缺口。使得镀上的孔壁又被后续所咬破或咬断。此种被咬破咬断的孔铜壁，不但会造成插焊时的吹孔，严重时还会造成组装某些孔铜的全断，以至无法完成“互连”而报废.因金属阻剂不良而造成的孔破原因可能是在孔中央处銅镀不上去或镀层

18、太薄，致使蚀刻中挡不住药水的攻击而造成咬断。其斜坡式的断口与板面线路的侧壁完全相同，故可明确的指出是后来被咬断的.4.2.64.2.6内層銅箔微裂内層銅箔微裂 IPC-6012将多层板漂锡试验所发生的内环破裂或微裂称为Type Crack对于电脑板类是不能允收的内环之破裂大多发生在漂锡那一面的次内层IPC-6012将多层板漂锡试验所发生的内环破裂或微裂称为Type Crack对于电脑板类是不能允收的内环之破裂大多发生在漂锡那一面的次内层发生的原因是由于该内层铜箔耐不住高温热应力的拉扯，只要改用高温延伸率（1800C，2以上）及格的铜箔就能过关.內環破裂輕微內環破裂以下是一些內環破裂的圖片互连后

19、分离互连后分离 多层板各内层孔环与后来之铜孔壁完成互连后（Interconnecting)还要耐得住后续各种高温考验而不分离才算合格,通常模拟方法即“288C十秒钟之漂锡”即热应力试验或漂锡试验（Thermo-Stress Test or Solder Floating Test),美式规范（如IPC-6012或MIL-P-5511OE）都只要求一次漂锡，但部分日商客户却要连做五次才行 IPC-6012 IPC-6012 中規定通孔热应力漂中規定通孔热应力漂锡后各内环与孔壁之互连处不可分离锡后各内环与孔壁之互连处不可分离 产生后分离的原因主要是内层孔环之侧面，在化学铜或直接电镀之前，就可能存在

20、氧化物或钝化物皮膜，使得二者附著力不够牢靠所致 漂錫后的互連分離铜壁自铜环上强力拉开尚未全离且因镀铜深入楔形缺口铜壁自铜环上强力拉开尚未全离且因镀铜深入楔形缺口铜壁被热应力强力拉离 铜孔壁被强力撕开后仍有輕微的連接 镀铜孔壁与铜箔孔环之间的拉离，完全是出自两次电镀铜本身的内应力，超过对铜箔孔环侧缘之附著力所致，由于尚未进行漂锡，故与热应力无关 铜壁与孔环之间并未完全拉开，而局部拉开所隆起的部分还造成整体铜壁的轻微突出 漂锡孔在强大热应力的拉扯下，使一铜与二铜之间发生轻微的分离 IPC-6012 Class 2IPC-6012 Class 2与与Class 3Class 3板类，板类，不能允收此

21、种分离不能允收此种分离 漂锡孔转角处之一次镀铜已被拉断，但二次铜则完好如初,属部分后分离部分后分离孔铜制程后分离圖片(镀完铜或半镀即呈现微分，再续镀之下即成了真正的分离“)微分圖片分離圖片漂锡试验后环壁之间产生沟分且出现树脂缩陷环壁分离 4.2.7通孔焊锡通孔焊锡(Solder abity)(Solder abity)的好坏的好坏 通孔焊锡性好坏与孔铜厚及孔壁破洞大有关系(由下圖可以看出因孔铜厚度不足以致焊性不佳，且可看出零件脚之焊錫性也有問題)4.34.3斜切片斜切片(45(45，3030)可看出各层間导体之间的关系,本層上導間黑化粉尘随流胶移动的情形,以及孔壁與內層較多接合面出現的情形,要

22、用40 x實體顯微鏡觀察,但磨片的手藝較難,也不易照像.4.4水水 平平 切切 片片 簡易者先將切樣平置,灌膠后再以強力瞬間膠貼上一直立的握片,以方便拿磨切,此水平法可對簡單的垂直切再進一步的證明,但手藝較困難,要小心慢磨以防真相誤失,尤其是銅箔在1/2OZ或1/4OZ時更要非常謹慎才行,稍有不平即能出錯.水平切也看出除膠渣,孔銅厚度,鑽孔粗造等,一般垂直切片情形而且更能看到平切的特殊畫面.例如:孔环与孔壁间孔环与孔壁间不规则分布的不规则分布的残余胶渣残余胶渣 粉红圈（Pink Ring)一般會造成楔形孔破 薄铜在无反回蚀下所见到的Wedge Void 稍出现回蚀之间楔孔破 稍有回蚀下所出现的

23、严重缺口，稀硫酸不但将铜箔光面的黑氧化层吃完而深入板内，且连缺口处的铜箔本身已予以蚀薄，造成很宽的离沟 大型之间楔缺口，在两次镀铜中均无法完成跨桥填平，反而是各自向粉红圈深处镀进去，丝毫没有交集 经过喷锡之正片法厚铜孔壁，也是在无交集之下各自向粉红圈深处进去 左圖可看出的異常有:一、互连微裂二、黑氧化裂口三、电流变化之镀铜层四、铜壁弹开上三圖分別点状针眼孔破之50X、100X、200X暗视图，左画面的背后半个孔壁上，依稀可看到一圈不反光的鸿沟。另从右图的裂口可窥出似已全断 IPC-6012IPC-6012在对粉红圈（在对粉红圈（Pink Ring)Pink Ring)有如下的说法：有如下的说法

24、：目前尚无既存证据，显示粉红圈会影响到功能性Functionality).粉红圈的出现可考虑是制程或设计方面变异的指标,但却不构成为剔退的原因。对其关心的焦点应集中在压合制程的结合力品质上。因粉紅圈引起的楔形孔破圖片因粉紅圈引起的楔形孔破圖片切孔切片中看到切孔切片中看到的铜瘤現象的铜瘤現象切孔切片中看到切孔切片中看到的吹孔現象的吹孔現象4.5.1吹孔的真實情況吹孔的真實情況(Blow hole)在噴錫、熔錫的孔壁上,可极清楚的看到,有氣體吹出的靜止畫面的樣子,任何人一看就懂而且印象深刻,比任何方字及語言的解釋都更為有效有力.4.5.24.5.2鑽孔鑽孔 末鍍前的原始鑽孔孔壁的情形,如縱向玻璃被挖空崩的情形,整犁溝出現情形.鑽孔良好鑽孔良好銅薄銅薄,上錫不良上錫不良吹孔吹孔內層銅箔被挖离，內層銅箔被挖离，形成整犁溝形成整犁溝末打底光之前打底光之后判定10級,無亮點.打底光之后判定8級.2021/3/964放映结束 感谢各位的批评指导！谢谢 谢！谢！让我们共同进步