白榮生切片分析教材

微切片(Microsectioning)技術(shù)應(yīng)用范圍很廣，電路板只是其中之一。對(duì)多

層板品質(zhì)監(jiān)視與工程改善，倒是一種花費(fèi)不多卻收獲頗大的傳統(tǒng)手藝。不過由于電

路板業(yè)擴(kuò)展迅速人材青黃不接，尤其是純手藝的技術(shù)員更是鳳毛麟角。雖然每家公

司也都聊備設(shè)施安置人員，也都有模樣的切磨拋看，然而若就一般判讀標(biāo)準(zhǔn)而言，

則多半所得到書面的成績(jī)，雖不至慘不忍睹的地步，多也只停留在不知所云的階段。

考其原因不外：客戶內(nèi)行者太少、老板們不深入也不重視，工程師好高鷲遠(yuǎn)甚少落

寶基本。是以在欠缺教材乏人指導(dǎo)下，當(dāng)然只有自我摸索閉門造車了。

至于國(guó)外同業(yè)的水準(zhǔn)，經(jīng)筆者多年用心觀察與比較下，除了設(shè)備比我們貴與

好之外，手藝方面則不僅乏善可陳，而且還頗為優(yōu)越自大。甚至IPC販?zhǔn)垆浻皫е?/p>

的講師，也只是西裝筆挺振振有詞，根本拿不出幾張晶瑩剔透眉清目秀的寶物彩照,

何況是經(jīng)年累月眾多量產(chǎn)的心血結(jié)晶。國(guó)外同業(yè)在諸多故障方面的累積經(jīng)驗(yàn)，也遠(yuǎn)

去國(guó)內(nèi)廠商甚多。持遠(yuǎn)來和尚會(huì)念經(jīng)的想法，想要從國(guó)外引進(jìn)微切片技者應(yīng)只是緣

木求魚竹籃打水罷了。

筆者二十五年前進(jìn)入PCB業(yè)，即對(duì)動(dòng)手微切片發(fā)生興趣，每每找到重點(diǎn)再印

證于產(chǎn)品改善時(shí)，不僅心情雀躍深獲成就感外，且種種經(jīng)驗(yàn)刻骨銘心至今不忘。如

此親身實(shí)地之經(jīng)驗(yàn)累積，比諸書本當(dāng)然大有不同在焉。多年來共集存了二千多張各

式微切片原照，特于投老之際仔細(xì)選出730張編輯成書，希望為業(yè)界后起留下一些

可資比較的樣本，盼在無師之下而能自通，拋開包袱減少誤導(dǎo)。

由于版面有限許多珍貴照片必須裁剪以利編輯,每在下刀之際就有切膚之痛

難以割舍，實(shí)乃歲月不居件件辛苦得之不易也。本書除以全彩印刷極高成本之外，

每幀照片也都絕對(duì)是費(fèi)時(shí)耗力所有贊，放眼全球業(yè)界以如此大手筆成書者應(yīng)屬首見。

本書能順利編輯，須感謝臺(tái)灣電路公司切片實(shí)驗(yàn)室小姐先生們之鼎力協(xié)助，若以簡(jiǎn)

易切片方式而言，從廣經(jīng)閱歷的筆者看來，臺(tái)路的幾位老手們應(yīng)列國(guó)內(nèi)之頂尖。本

書某些照片即得其等慷慨饋贈(zèng)，而部份內(nèi)容亦在多次討論中獲益匪淺，在此特別感

謝任禮君先生、余瑞珍小姐與黃國(guó)珍先生之協(xié)助，使本書更為增色。

書目

第一章琢磨好手藝

1.1微切片制作--說來話又長(zhǎng)

1.2封膠后研磨-生氣不爭(zhēng)氣

1.3打底靠拋光-細(xì)皮嫩肉秀

1.4微蝕算老幾-小兵立大功

1.5有照片為證-秋毫待明察

第二章制程可解惑

2.1圖說故事十則

2.2化銅厚化銅

2.3電鍍銀金有得瞧

2.4化學(xué)保金不好玩

2.5綠漆要塞孔

2.6焊接非等閑

2.7黑孔話滄桑

第三章品檢有大千

3.1孔壁怎粗糙

3.2互連后分離

3.3孔銅今昔

3.4斷角之痛

3.5外環(huán)浮起

3.6內(nèi)環(huán)裂傷

3.7何物燈芯

3.8樹脂縮陷/基材空洞

3.9銅瘤非同瘤

3.10釘頭何方圣

3.11粉紅自黑化

3.12機(jī)關(guān)槍點(diǎn)放

3.13摺鍍豈夾雜

3.14回蝕反回蝕

3.15斷垣殘壁慘

3.16鑾壁不借光

3.17腰斬為那椿

3.18綠漆會(huì)生氣

3.19膠渣有涂辜

3.20面子出問題

第四章高科技解讀

4.1深孔怎鍍銅

4.2按圖索驥十則

4.3諸葛孔不明

4.4干嘛要塞孔

4.5雷射燒增層

4.6BGAVsCSP

第五章硬板之資格認(rèn)可與性能檢驗(yàn)（IPC-6012）

第六章硬質(zhì)板與多層板之基材規(guī)范（1PC-4101）

一、概述

電路板品質(zhì)的好壞、問題的發(fā)生與解決、制程改進(jìn)的評(píng)估，在都需要微切片做

為客觀檢查、研究與判斷的根據(jù)(Microsectioning此字才是名詞，一般人常說的

Microsection是動(dòng)詞，當(dāng)成名詞并不正確)。微切片做的好不好真不真，與研判的

正確與否大有關(guān)系焉。

一般生產(chǎn)線為監(jiān)視(Monitoring)制程的變異，或出貨時(shí)之品質(zhì)保證，常需制

作多量的切片。次等常規(guī)作品多半是在匆忙幾經(jīng)驗(yàn)不足情況下所趕出來的，故頂多

只能看到真相的七、八成而已。甚至更多缺乏正確指導(dǎo)與客觀比較不足下，連一半

的實(shí)情都看不到。其等含糊不清的影像中，到底能看出什么來？這樣的切片又有什

么意義？若只是為了應(yīng)付公事當(dāng)然不在話下。然而若確想改善品質(zhì)徹底找出癥結(jié)解

決問題者，則必須仔細(xì)做好切取、研磨、拋光及微蝕，甚至攝影等功夫，才會(huì)有清

晰可看的微切片畫面，也才不致誤導(dǎo)誤判。

二、分類

電路板解剖式的破壞性微切法，大體上可分為三類：

1、微切片

系指通孔區(qū)或其他板材區(qū)，經(jīng)截取切樣灌滿封膠后，封垂直于板面方向

所做的縱斷面切片(VerticalSection),或?qū)ν鬃鰴M斷面之水平切片(Horizontal

section),都是一般常見的微切片。

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圖1.左為200X之通孔直立縱斷面切片，右為100X通孔橫斷面水平切片。若以孔

與環(huán)之對(duì)準(zhǔn)度而言，縱斷面上只能看到一點(diǎn)，但橫斷面卻只可看到全貌的破環(huán)。

2、微切孔

是小心用鉆石鋸片將一排待件通孔自正中央直立剖成兩半，或用砂紙將一排通孔

垂直縱向磨去一般，將此等不封膠直接切到的半壁的通孔，置于20X~40X的立體顯

微鏡下(或稱實(shí)體顯微鏡)，在全視野下觀察剩余半壁的整體情況。此時(shí)若另將通孔

的背后板材也磨到很薄時(shí)，則其半透明底材的半孔，還可進(jìn)行背光法(BackLight)

檢查其最初孔銅層的敷蓋情形。

圖2.為求檢驗(yàn)與改善行動(dòng)之效率與迅速全盤了解起見，最方便的方法就是強(qiáng)光之

下以性能良好的立體顯微鏡(40X~60X)直接觀察孔壁。這種“立體顯微鏡”看起來

很簡(jiǎn)單，價(jià)格卻高達(dá)30~40萬臺(tái)幣，比起長(zhǎng)相十分科技的斷層高倍顯微鏡還貴上

一倍。目前國(guó)內(nèi)PCB業(yè)者幾乎均未具備此種“慧眼”去看清板子。

圖3.用鉆石刀片將孔腔剖鋸開來，兩個(gè)半壁將立即攤在陽光下，任何缺點(diǎn)都原貌

呈現(xiàn)無所遁形。若欲進(jìn)一步了解細(xì)部詳情時(shí)，可再去做技術(shù)性與學(xué)理性的微切片。

切孔后直接用立體顯微鏡觀察比微切片更有整體觀念，但攝影則需借助電子顯微

鏡SEM才會(huì)有更亮麗的成績(jī)。

3、斜切片

多層板填膠通孔，對(duì)其直立方向進(jìn)行45°或30°的斜剖斜磨，然后以實(shí)體顯微

鏡或高倍斷層顯微鏡，觀察其斜切平面上各層導(dǎo)體線路的變異情形。如此可兼顧直

切與橫剖的雙重特性。不過本發(fā)并不好做，也不易擺設(shè)成水平位置進(jìn)行顯微觀察。

圖4.此明視與暗視200X之斜切片，是一片八層板中的L2/L3(即第二層訊號(hào)線與

第三層接地層)，此二層導(dǎo)體系出自一張，0101/1的ThinCore。由于斜切的關(guān)系

故GND層顯得特別厚，且左圖中的黑化層也很明顯。

三、制作技巧

除第二類微切孔法是用以觀察半個(gè)孔壁的原始表面情況外，其余第一及第三類

皆需填膠拋光與微蝕，才能看清各種真實(shí)品質(zhì)，此為微切片成效好壞的關(guān)鍵，關(guān)系

至為重要不可掉以輕心。以下為制作過程的重點(diǎn)：

1、取樣(Sampleculling)

以特殊專用的鉆石鋸自板上任何位置取樣，或用剪床剪掉無用板材而得切樣。注

意后者不可太逼近孔邊，以防造成通孔受到拉扯變形。此時(shí)，最好先將大樣剪下來,

再用鉆石鋸片切出所要的真樣，以減少機(jī)械應(yīng)力造成失真。

2、封膠(ResinEncapsulation)

封膠之目的是為夾緊檢體減少變形，系采用適宜的樹脂類將通孔灌滿及將板樣封

牢。把要觀察的孔壁與板材予以夾緊固定，使在削磨過程中其銅層不致被拖拉延伸

而失真。

圖5.此為Buehler公司所售之低速鉆石圓刀鋸，圖另有單樣手動(dòng)削磨與拋光的轉(zhuǎn)盤

機(jī)，注意其刀片容易折斷，需小心操作。

封膠一般多采用特殊的專密商品，以Buhler公司各系列的透明壓克力專用封膠為

宜，但價(jià)格卻很貴。也可用其他樹脂類，以透明度良好硬度大與氣泡少者為佳。例

如：用于電子小零件封膠用的黑色環(huán)氧樹脂、小牙膏狀的二液型環(huán)氧樹脂(俗稱AB

膠)、各種商品樹脂，甚至烘烤型綠漆也可充用。注意以氣泡少者為宜，為使硬化完

全，常需烤箱催化加快反應(yīng)以節(jié)省時(shí)間。

為方便進(jìn)行切樣的封膠，正式做法是用一種金屬片材卷擾式的彈性夾具，將樣片

直立夾入，使在封膠時(shí)保持直立狀態(tài)。正式標(biāo)準(zhǔn)切片的封膠體，是灌注于杯狀的藍(lán)

色橡皮模具內(nèi)，硬化后只要推擠橡皮模子即可輕易將切樣之柱體推出，非常方便。

此種特用的橡皮模也是Buhler產(chǎn)品，且國(guó)內(nèi)不易買到。外國(guó)客戶多要求此種短柱形

的切樣，取其平坦度良好容易顯微觀察之優(yōu)點(diǎn)，并可在體外柱面上書寫文字記錄。

其他簡(jiǎn)易做法尚有：

(1)在鋸短的鋁管內(nèi)壁涂以脫模劑，另將樣片用膠帶直立在玻璃板上，再把鋁

管套在樣片周圍，務(wù)必使得下緣管口與玻璃板的表面密合，不讓膠液漏出。待所填

之封膠硬化后即可將圓柱取出，或改用稍呈漏斗斜壁形的模具而更容易脫模。

(2)或用膠粉在熱壓模具中將切樣填滿，再以漸增之壓力擠緊膠粉并趕出空

氣，使通孔能完全填實(shí)，隨后置于高溫中進(jìn)行硬化而成為透明實(shí)體。某些透明材質(zhì)

圖章內(nèi)所封入的各種形象即采此法。在各種切片封體中，其外形與顯微畫面均以此

種最為美觀。

(3)將多個(gè)切樣以鋼梢串妥，在于特殊的模具中將此多片同時(shí)灌膠而成柱體,

稱之Nelson-Zimmer法?？赏瑫r(shí)研磨九個(gè)柱樣，而每個(gè)柱樣中又可封入五六個(gè)切片,

是一種標(biāo)準(zhǔn)切樣的大量做法。

(4)購(gòu)買現(xiàn)成的壓克力方形小模具，將樣片逐一插妥再灌入封膠即可。還可

將其置入真空箱內(nèi)進(jìn)行減少氣泡的處理。

(5)最簡(jiǎn)單的做法，是將雙液型的AB膠按比例擠涂在PE薄模上，小心用牙

簽調(diào)勻至無氣泡全透明的液態(tài)，再使切樣上的各通孔緩緩的刮過膠面，強(qiáng)迫液膠擠

入孔內(nèi)。或用牙簽將膠液小心填入通孔與板面的封包。然后倒插在有槽縫的墊板上,

集中送入烤箱緩緩烤硬。

此簡(jiǎn)易法不但好做，而且切削拋光也非常省時(shí)。不過因微視狀態(tài)下之真平性不

佳，高倍時(shí)聚焦回出現(xiàn)局部模糊的畫面，常不為客戶所接受，只能做內(nèi)部研究之用。

此簡(jiǎn)易法的畫面效果與手法好壞關(guān)系極大，須多加練習(xí)。筆者之切樣絕大部分都是

采用本法。

3、磨片Grinding)

在高速轉(zhuǎn)盤上利用砂紙的切削力，將切樣磨到通孔正中央的剖面，亦即圓心所

座落的平面上，以便正確觀察孔壁之截面情況。此旋轉(zhuǎn)磨盤的制備法，是將有背膠

的砂紙平貼在盤面上，或?qū)⒁话銏A形砂紙背面打濕平貼在之后再套合上箍環(huán)。在高

速轉(zhuǎn)動(dòng)的離心力與濕貼附著力雙重拉緊下，盤面砂紙上即可進(jìn)行壓迫削磨。至于少

量簡(jiǎn)單的切樣，只要手執(zhí)試樣在一般砂紙上來回平磨即可，連轉(zhuǎn)盤也可省掉。以上

所用的砂紙番號(hào)與順序如下：

(1)先以220號(hào)粗磨到通孔的兩行平行孔壁即將出現(xiàn)為止，注意應(yīng)適量沖水

以方便減熱與滑潤(rùn)。

(2)改用600號(hào)再磨到“孔中央”所預(yù)設(shè)“指示線”的出現(xiàn)，并伺機(jī)修平改

正已磨歪磨斜的表面(如圖6如示)。

（3）改用1200號(hào)與2400號(hào)細(xì)砂紙，盡量小心消除切面上的傷痕，以減少拋

光的時(shí)間與增加真平的效果。

oooooo

圖6.此亦為Buehler公司所售之多樣自動(dòng)削磨與拋光之轉(zhuǎn)盤機(jī)（EC0METIV原品

名為NelsonZemmer）,其試樣夾具（有9個(gè)樣位）可自轉(zhuǎn)及公轉(zhuǎn)。

圖7.左為ECOMET自動(dòng)轉(zhuǎn)盤機(jī)所配備的切樣夾具，共有9個(gè)樣位每位可放置3~5

個(gè)柱形切樣（用鋼梢串起），可多樣同時(shí)磨拋光。右為另一專業(yè)供應(yīng)商Strvers的機(jī)

種,不過此等自動(dòng)機(jī)只能制作板邊固定的常規(guī)切片，很難做板內(nèi)的故障分析與制程

研究切片。

4、拋光（Poish）

要看清切片的真相必須仔細(xì)拋光，以消除砂紙的刮痕。多量切樣之快速拋

光法，是在轉(zhuǎn)盤打濕的毛氈上，另加氧化鋁白色懸浮液當(dāng)作拋光助劑，隨后進(jìn)行輕

微接觸之快速摩擦拋光。注意切樣在拋光時(shí)要時(shí)常改變方向，使產(chǎn)生更均勻的效果,

知道砂痕完全消失切面光亮為止。

少量切樣可改用一般棉質(zhì)布類，以擦銅油膏當(dāng)成助劑即可進(jìn)行更細(xì)膩的拋光。此

法亦應(yīng)時(shí)常改變拋光方向，手藝功夫到家時(shí)其效果要比高速轉(zhuǎn)盤拋光更為清晰，也

更能呈現(xiàn)板材的真相，但卻很費(fèi)時(shí)。拋光時(shí)所加的壓力要輕，往復(fù)次數(shù)要多，效果

才好，而且油性拋光所得的真相要比水性拋光要好。

5、微蝕(Microetch)

將拋光面洗凈擦干后即可進(jìn)行微蝕，以界分出金屬之各層面與其結(jié)晶狀況。此

種微簡(jiǎn)單，但要看到清楚細(xì)膩的真相卻很不容易，不是每次都會(huì)成功的。效果不好

時(shí)只有拋掉不良銅面重做微蝕。微蝕液配方如下：

“5~10cc氨水+45cc純水+2~3滴雙氧水”

混合均勻后即可用棉花棒沾著蝕液，在切片表面輕擦約2~3秒錘，注意

銅層表面發(fā)生氣泡的現(xiàn)象。2~3秒后立即用衛(wèi)生紙擦干，勿使銅面繼續(xù)變色氧化，

否則100X顯微下會(huì)出現(xiàn)暗棕色及粗糙不堪的銅面。良好的微蝕將呈現(xiàn)鮮紅銅色，且

結(jié)晶分界清楚層次區(qū)隔井然的精彩畫面。此時(shí)須立即攝影保存，以免逐漸氧化變丑。

不過當(dāng)微蝕仍未能顯現(xiàn)“秋毫”時(shí)還需再來過。

圖&左1000X畫面之拋光成績(jī)非常良好，可惜未做微蝕看不見銅層的組織。右

200X正片法者微蝕良好，各種缺失一目了然。

注意上述微蝕液至多只能維持一二小時(shí)，棉花棒擦過后也要換掉，以免少量銅鹽

污染微觀銅面的結(jié)晶。讀者需摸索多做，才可找出其中的竅門。

早期所用“銘酸加入少量硫酸及食鹽”的微蝕方法已經(jīng)落伍，而且還會(huì)使錫鉛層

發(fā)黑，不宜再用。氨水法得到的銅面結(jié)晶較為細(xì)膩，錫鉛面仍可呈現(xiàn)潔白，其中常

見之黑點(diǎn)部分即為錫鉛量較多的區(qū)域。

為能仔細(xì)研究正確判斷起見，切片必須要認(rèn)真拋光及小心微蝕，否則只有白費(fèi)力

氣而已。一般出貨性的多量切片，平均至多能看出七八分真相而已。

圖9.左二明視400X切片系經(jīng)特殊“電漿”微蝕處理，效果極為突出，第三圖

1000X之暗視圖亦為專密處理之效果。右400X之軟板切片則為一般氨水微蝕之畫

面，成績(jī)平平。

6、攝影(Photography)

假設(shè)良好拋光表面的真正效果為100分時(shí)，則透過顯微鏡所看到的顛倒影像，

按機(jī)種性能的好壞只約看到90~95機(jī)而用拍立得照像之最好效果也只有九成左右。

若再將拍立得像片轉(zhuǎn)變成印刷品之畫面時(shí)，當(dāng)然還會(huì)有折扣存在。為了記錄及溝通

起見，照像還是最好方法。此種像片之價(jià)格很貴(平均每張約臺(tái)幣40~50元)，一定

要有好畫面才去攝影，否則只是無謂浪費(fèi)而已。顯微照像之焦距對(duì)準(zhǔn)最為不易，其

困難點(diǎn)有：

(1)目視焦距與攝影焦距并不完全雷同，不可以目視為準(zhǔn)，高倍時(shí)不免要犧牲

幾張以找出真正攝影焦距，并將經(jīng)驗(yàn)傳承與后續(xù)之工作。

(2)曝光所需之光量=光強(qiáng)度*時(shí)間，良好的像片要盡量延長(zhǎng)時(shí)間與減少光強(qiáng)

度，還要加上各種濾光片后才可得不同的效果，一般自動(dòng)控制光量之曝光效果很難

達(dá)到最好。

(3)切樣表面必須極端真平，否則倍數(shù)增大時(shí)(200X以上)就會(huì)出現(xiàn)局部清楚

局部模糊的影像。自“拍立得”片盒中所拉出的夾層像片，要等上一分鐘左右才能

撕開，使能完成畫面的色澤。此時(shí)還可稍家烘烤以加速其熱化老化。隨后須徹底陰

干后才可觸摸，以避免畫面受損。

圖10.左上為電腦列印畫面，左上為光學(xué)攝影，后者畫面質(zhì)顯然較佳，上二電

腦畫面系不易見到的最佳狀態(tài)。

四、判讀

切片畫面的清晰可愛，只要火候到家時(shí)還不難臻至。但要進(jìn)一步判讀畫面所呈

現(xiàn)的各種玄機(jī)，并用以做為決策的根據(jù)，則非豐富的電路板學(xué)養(yǎng)而莫辦。尤其是追

究肇因與改善方法，更要學(xué)理與經(jīng)驗(yàn)的配合才行，短時(shí)間是無法急就湊功的。唯有

不斷的閱讀與實(shí)做才能逐漸增進(jìn)功力。以下簡(jiǎn)介切片切孔之各種待檢項(xiàng)目：（詳細(xì)內(nèi)

容請(qǐng)閱讀“99切片手冊(cè)”之說明與圖片）

1、空板通孔切片（含噴過錫的板子）可看到各種現(xiàn)象有：板材結(jié)構(gòu)、孔銅厚

度、孔銅品質(zhì)、孔壁破洞、流錫情形、鉆孔對(duì)準(zhǔn)、層間對(duì)準(zhǔn)、孔環(huán)變異、蝕刻情形、

膠渣情形、鉆孔情形（如挖破、釘頭）、燈芯滲銅、孔銅拉離、反蝕回、環(huán)壁互連品

質(zhì)（ICD）、粉紅圈、點(diǎn)狀孔破（WedgeVoid）等，將在本手冊(cè)中逐一詳加討論。

圖11.上述各種品質(zhì)項(xiàng)目均將本手冊(cè)后文中以最佳畫面詳加敘述，此處僅舉數(shù)

例說明以引起讀者興趣。左500X圖可見到因整孔劑浮游顆粒而發(fā)生的鍍銅空心瘤

與粉紅圈，右500X為“反回蝕”及“燈芯效應(yīng)”之真相。

圖12.左200X圖為純鈕直接電鍍與鍍銅后所發(fā)現(xiàn)的粉紅圈與楔形孔破(Wedge

Void),右200X者為粉紅圈尚未惡化為楔形孔破之一例。

*注意：上述所見各缺點(diǎn)，如系出自牙簽涂膠的簡(jiǎn)單切樣時(shí)，尚可進(jìn)一步小心

將原樣再做水平切片，以深入問題的所在。但若所檢視者為正規(guī)柱形之切樣，則只

好無能為力了。

2、熱應(yīng)力填錫的通孔切片：(一般均為288℃,10秒鐘之熱應(yīng)力試驗(yàn))

?斷角(Cornercracking)

高溫漂錫時(shí)板子Z向會(huì)產(chǎn)生很大的膨脹，若鍍銅層本身的延展性不好時(shí)(銅箔

之高溫延伸率至少要2%以上，62mil的板子才不會(huì)斷角，此銅箔稱為THEFoil)。

一旦孔口轉(zhuǎn)角處鍍銅層被拉斷時(shí)，其鍍銅槽液須做活性炭處理才能解決問題。孔銅

斷裂也可能出現(xiàn)在孔壁的其他位置。

?樹脂縮陷(ResinRecession)

孔壁背后的基材在漂錫前多半完整無缺，漂錫后因樹脂局部繼續(xù)硬化聚合，或

揮發(fā)份的逸走，造成局部縮陷而自孔銅背后退縮之現(xiàn)象即為本詞。此缺點(diǎn)雖然

IPC-6012已可允收，但日本客戶仍堅(jiān)持拘收。

圖13.左100X漂錫后的切片可明顯見到“樹脂縮陷"(ResinRecession)的實(shí)

像。右為200X漂錫后斷角情況，此圖已超過20年，仍可明顯看清焦磷酸一次銅的

片狀組織(LaminarStructure)。

?壓合空洞(LaminationVoid)

多層板除了在感熱之通孔“A區(qū)”會(huì)產(chǎn)生樹脂縮陷外，板子的“B區(qū)”(接受強(qiáng)

熱通孔以外的板材區(qū))也會(huì)在高熱后出現(xiàn)空洞，稱之為壓合或板材空洞。

焊環(huán)浮起(LiftedLand)

由于Z方向的劇烈脹縮，熱應(yīng)力試驗(yàn)后某些板面焊環(huán)的外緣，常會(huì)發(fā)生浮離,

IPC-6012規(guī)定不可超過Imi1o

?內(nèi)環(huán)銅箔微裂

由于Z方向膨脹所引起內(nèi)環(huán)銅箔的微裂，切片手藝要很好才能看得清楚。

通孔焊錫好壞

圖14.左圖為300X垂直切片所見到內(nèi)環(huán)銅箔上的微裂情形，似乎不是多了不

起的毛病若另改做成500X的水平切片時(shí)，則整圈性銅箔孔環(huán)受到Z方向熱脹的撕

裂即赫然呈現(xiàn)，雖不致造成短路問題，但至少可靠度就有了瑕疵，其最簡(jiǎn)單的改善

方法就是改用HTE銅箔。

圖15.通孔焊錫性好壞與孔銅厚及孔壁破洞大有關(guān)系。左上圖系筆者十五年前

所做的八層軍用板，孔銅竟厚到2mil以上，今日看來未免覺得過分緊張。右二50X

圖為零件腳插焊接時(shí)，因孔銅厚度不足以致焊性不佳，且下圖可看出零件腳之焊性

也有問題。

圖16.左100X圖為漂錫后其焊錫面(SolderSide)孔環(huán)浮離翹起的精彩寫真，

右為孔銅壁有破窟窿(Void)存在經(jīng)漂錫時(shí)，出現(xiàn)大量水蒸氣自破口處噴出的驚心動(dòng)

魄情形，這種會(huì)吹氣而推開錫體的PTH特稱為“吹孔”。

?吹孔(BlowHole)

孔壁銅層存在的破洞處，其所儲(chǔ)藏的濕氣在高溫中會(huì)脹大吹出，把尚未固化

的液錫趕開而形成空洞，此種品質(zhì)不良的通孔特稱之為吹孔。

3、斜切片(45。，30°)

可看出各層導(dǎo)體間的互動(dòng)關(guān)系。各層導(dǎo)體黑氧化之粉塵會(huì)隨流膠而移動(dòng)，可采

用40X實(shí)體顯微鏡或高倍層顯微鏡去觀察。然而研磨平面的手藝較難，也不易照得

出精彩的像片。

圖17.左為一種八層板的L2接地層(100X)與右L3訊號(hào)線層(200X),兩者系出

自同一張薄基板，由于是30°斜切，故銅箔厚已夸張變厚了很多。

4、水平切片

簡(jiǎn)易者先將切樣平置，灌膠及硬化后再以強(qiáng)力瞬間膠貼上一小時(shí)直立的握點(diǎn)，

以方便捏緊進(jìn)行切磨與拋光。已完成的簡(jiǎn)易切樣還可再做水平切片，以進(jìn)一步證明

缺點(diǎn)之真相。但此手藝卻較困難，要小心慢磨以防誤失真相。尤其是銅箔在1/2oz

時(shí)要非常謹(jǐn)慎才行，稍有不平即將出錯(cuò)。水平切片也可看到除膠渣、孔銅厚度、鉆

孔粗糙等異常情形。

H

圖18.左為200X之輕微膠渣(Smear)。右為同一樣板之100X水平切片，其孔

孔環(huán)與孔壁間不規(guī)則分布的殘余膠渣昭然若揭。

水平切片的特殊畫面可從粉紅圈、孔環(huán)也孔間的對(duì)準(zhǔn)情形、水平孔銅厚度等項(xiàng)

目上，看得更清楚體會(huì)得更真實(shí)。

5、切孔

需改用40X實(shí)體顯微鏡去觀察所余半壁的全景，如此可看得更完全，更接近實(shí)

情，比斷層畫面更具說服力，以下即為切口檢驗(yàn)的特點(diǎn)：

?吹孔的真實(shí)情況：在噴錫或熔錫的孔壁上，可極清楚看到有氣體吹出

的吹口，任何人一看就懂而且印象深刻，比任何文字語言的結(jié)實(shí)都更有力。

圖19.左為100X之明視切孔圖，系采一般截面式顯微鏡所攝之畫面，故只有

中間清楚而已。右為切孔以后50X立體攝影，其銅瘤均已實(shí)體呈現(xiàn)。

?未鍍前原始鉆孔經(jīng)除膠渣后的孔壁情形：如縱向玻璃束被挖破挖崩情

形，整條顰溝出現(xiàn)的情形。

?背光檢查：經(jīng)過化學(xué)銅后之孔壁，可將背后板材盡量磨薄，以進(jìn)行背

光法檢查銅壁是否覆蓋良好或有細(xì)碎不連的微破情形。

圖20.在為切孔后再把背板板材削到很薄，而看到孔壁100X的背光情形，右

為200X細(xì)部真相，其中白色部分即為無銅層透光的破壁。

在缺乏高倍顯微鏡時(shí)，背光檢查簡(jiǎn)單的做法是：

取一500mil燒杯將側(cè)壁及杯底外面全部貼滿膠帶，設(shè)法將杯子架高并使用杯底

朝上，杯內(nèi)放入一小手電筒的光源，并在杯底膠帶上割出一條小長(zhǎng)縫可使光線射出，

再將切孔樣片的孔面朝上放置在光縫處，另以20或40倍簡(jiǎn)易顯微鏡去觀察，即可

清楚看到孔壁玻纖布是否已蓋滿了銅層。凡有任何光點(diǎn)或朦朧的光線漏出者，即表

銅層的覆蓋力有問題。銅層本身是不透光的，必須全黑才表示銅層已完整覆蓋。

五、結(jié)論

微切片之于電路板，正猶如X光對(duì)醫(yī)生看病一樣，可用以找出問題的真相，協(xié)助

問題的解決，而且還能破解各種新制程與新板類的奧秘。良好的切片常有意想不到

的發(fā)現(xiàn)，讓動(dòng)手的人時(shí)常獲得很大的成就感。業(yè)界工程師們實(shí)應(yīng)勤加練習(xí)與廣泛應(yīng)

用才是。

但為求快速了解板面與孔內(nèi)之各種故障，以爭(zhēng)取解決問題之時(shí)效者，則微切片不

但耗時(shí)，也不一定能湊巧揭露事件的真相。此時(shí)良好的“立體顯微鏡”將是最有力

的幫手，可惜業(yè)界對(duì)比認(rèn)知甚少，莫忘“實(shí)地觀察”才是一切改善的開始。

1.2封膠后研磨

在取得電路板試樣后微切片制作過程,首先就是要進(jìn)行封膠（其他板樣）與填膠（針

對(duì)通孔），目的是在研磨拋光的動(dòng)態(tài)過程中，避免纖細(xì)的真像受到不當(dāng)?shù)膫?。尤?/p>

是后者還要盡量做到全孔填實(shí)，務(wù)求減少氣泡的出現(xiàn)，以確保切樣細(xì)部的真實(shí)與照

相畫面的美觀。一旦孔內(nèi)出現(xiàn)氣泡時(shí)，再得來不易的珍貴試樣，其制作結(jié)果雖不至

成為泡影，但至少會(huì)在畫面上出現(xiàn)重大瑕疵，美中不足無法挽救之余，不管是研究

或研判用途其整個(gè)結(jié)果都難免蒙上陰影遺憾連連。封膠填膠最重的指標(biāo)就是不能產(chǎn)

生“氣泡”。

至于所選膠料以使用方便為宜，原則上如Buehler專業(yè)供應(yīng)商之各種壓克力透明

膠粉最佳，但價(jià)格很貴，常用代用品多為DexterHysol的“Epoxi-Patch”，也就是

俗稱的AB膠，如小牙膏狀雙液型的配套，主成分為“DielthyleneTriamine”類。

常用主劑樹脂之劑膏為2.54oz,而硬化劑劑膏之容量0.81ozo其用膠量可按試樣多

寡而以3：1的方式調(diào)配，不但節(jié)省而且所形成的“樣塊”體積不大透明良好，硬度

也夠，觀察保存都很適宜，是國(guó)內(nèi)業(yè)者所發(fā)現(xiàn)的一項(xiàng)秘密武器。

由上可知調(diào)膠不能產(chǎn)生“氣體”，因而以烘烤加速硬化時(shí)不可太猛也是成敗的轉(zhuǎn)

折點(diǎn)。調(diào)膠可在玻璃表面或拋棄型紙類或塑膠類上進(jìn)行，先按比例劑膠再用牙簽不

斷攪動(dòng)，知道完全混合稀流如水毫無氣泡的地步才可使用。小孔深孔的填膠十分不

易，可采壓迫式做法使液膠能單面完全進(jìn)入，不宜雙面涂抹以防孔內(nèi)藏氣。完成填

膠封膠并停置幾分鐘后，即可送入低溫烤箱(70C)中加速其硬化。

通孔研磨最重要的關(guān)卡就是：①達(dá)到截面圓心的“孔中央”。②截面上兩條孔壁

必須平行，不可出現(xiàn)喇叭孔。本手冊(cè)前文“微切片制作”的“磨片”一節(jié)中，即有

附圖示如下。一定要磨到孔心。所觀察到的畫面才夠正確，否則只是一“片”虛假

自欺欺人而已。

[ododobj

自動(dòng)研磨并不方便，手動(dòng)則需一片一片來，高速(2000rpm)轉(zhuǎn)盤砂紙的削磨還要小

量沖水，以減熱及避免粉塵。至于所用砂紙可按個(gè)人喜好而定，如#220、#600、#800

等，但最后須用#1200去掉畫面上的砂痕再去拋光時(shí)，效果會(huì)較好。拋光布輪須稍

加打濕，以白色1口粒度的三氧化二鋁拋光乳液協(xié)助輕拋，此時(shí)可利用小型10~20X

放大鏡不斷觀察切樣的成效，以便采取改正行動(dòng)，直到完全光亮為止，即表示剖面

已十分平整，大功于焉告成。接著便可進(jìn)行微蝕與觀察。

圖1.對(duì)深孔小孔而言，填膠與研磨都不很容易，唯有勤加練習(xí)才能做好。上左圖為

孔徑9.8mil鍍銅后從縱橫比達(dá)7/1的深孔，經(jīng)小心填膠研磨及拋光后所得幾近完

美的切片。右為暗視之另一良好深孔切片。從透明膠料中還可看透到背后半個(gè)孔壁,

此二簡(jiǎn)易切樣皆為臺(tái)路公司黃過珍先生之作品。

圖2.此三圖均為填膠有氣泡十分礙眼的不良品，即使研磨拋光做得再好也是枉然。

左上尚可見到輕微的喇叭狀，上圖則超過（或未到）孔心很多，使所見之孔壁粗糙也

被夸張到失真的地步。

圖3.左為難度9/1的填錫深孔（原始鉆孔徑9.8mil,Imil孔銅后縮成不

但填錫十分完美，切片也制作精彩。右圖填錫很差，上半截在無靠山支持下竟然

將應(yīng)磨掉的半個(gè)孔壁壓入空腔中，是一種很糟糕的試樣。

圖4.上左200X圖之轉(zhuǎn)動(dòng)氈面拋光已近，若再以手動(dòng)往復(fù)輕拋油膏布面數(shù)分鐘，即

可得右上之精美畫面。左50X圖為氈輪拋光粗手粗腳用力過大所呈現(xiàn)的不良結(jié)果，

使得較軟的樹脂部分被削走，而留下突起的玻纖布，不但突兀難看而且失真頗

多。

圖5.上二50X畫面均為填膠與拋光都不錯(cuò)的孔樣，只是左圖之研磨稍呈上小下大的

喇叭口，致使上端孔口銅壁有了明顯的失真變厚。右圖為同板的另一填錫孔樣，由

于研磨正確兩壁上下平行，其同位置的銅厚也就更為正確了。

圖6.為了維持在削磨與拋光動(dòng)作中的“真平”，其填膠的截面積要愈大愈好，常見

矮圓柱形透明的封膠體，就是人見人愛的標(biāo)準(zhǔn)試樣。然而這種正規(guī)封膠法不但進(jìn)口

耗材用量大，花費(fèi)昂貴制作耗時(shí)，而且做占空間也頗多，以致保存不易。因而業(yè)者

為了外國(guó)客戶也偶爾做些標(biāo)準(zhǔn)柱狀切樣，上二圖即為其代表畫面。

1.3打底靠拋光

微切片過程需先經(jīng)粗磨細(xì)磨接近孔心之平面后，才可仔細(xì)拋光。之后再經(jīng)小心微

蝕，其整個(gè)畫面才能看得眉清目秀纖毫畢露。以下即為筆者的制作經(jīng)驗(yàn)。

1、研磨過程

將灌膠硬化后的切樣，先用120號(hào)圓形粗砂紙使平貼在旋轉(zhuǎn)磨盤上，配合細(xì)小沖

水之動(dòng)作（可沖掉殘粉并能減熱），將之削磨接近孔體軸心的平面時(shí)，即換成600號(hào)

與1200號(hào)較細(xì)的砂紙?jiān)龠M(jìn)行修平，最后用2400號(hào)盡量將小的砂痕去掉。在研磨過

程中需不斷的改換方向及放大觀察，以免磨歪或磨過頭。當(dāng)然也可改用其他方式去

研磨，只要到達(dá)目的就好。

研磨的要點(diǎn)是：對(duì)孔壁而言其截面必須落在孔心平面之附近，必須要兩壁平行,

必須要消除大多數(shù)砂痕。

2、拋光手法

采用專用可吸水的厚氈，以背膠牢貼于圓形轉(zhuǎn)盤上，在滴水打濕的表面涂均拋光

膏，一般可用0.5口或的白色氧化鋁專用拋光膏。在3000rpm的轉(zhuǎn)速下，手執(zhí)切

樣不斷變換方向進(jìn)行輕壓式拋光。同時(shí)也要用放大鏡隨時(shí)觀察其截面狀況。當(dāng)拋光

面非常光亮全無刮痕之時(shí)，即表任務(wù)已達(dá)成。不過最清晰的畫面還要再經(jīng)手動(dòng)細(xì)拋,

如利用男性汗衫的針織布，涂上油性的細(xì)質(zhì)拋光膏，手執(zhí)切樣輕壓在布面上來回拋

光多次，唯有如此才能看清紗束中歷歷可數(shù)的玻璃絲。到達(dá)此境界再與同業(yè)相互印

證時(shí)，才體會(huì)到手法高下如何，也才品位得出成就感的快樂。不過此種做法卻非常

耗時(shí)，而且還需要很大的耐心才行。

圖1.200X之孔壁其板材中7628與1080之玻纖清晰可數(shù)，孔環(huán)與孔壁之殘余膠渣

亦極明顯。右為400X之金手指，不但7628玻纖清楚，連鍍金層都難逃法眼。

圖2.此為十八年前的四層板，內(nèi)層為五張7628的雙面薄板(.0391/1),外層系采

用兩張單面銅箔的薄基板(2113*2+1OZFoiDo然后下上各用兩張1080膠片去壓合。

彼時(shí)多層板極少，故各銅層均采單面或雙面薄板去壓合。直到1985年個(gè)人電腦大

起后，才流行用銅皮壓合的MassLamo此200X圖面可清楚分辦各種材料的組合，

唯有小必拋光及微蝕才能得此佳績(jī)。

圖3.此亦為古董四層板，除了外層單面板比上圖稍厚外，亦改用3張1080的膠片、

此等切片不但要用自動(dòng)轉(zhuǎn)盤去拋光，最后還要用油膏在棉布上往復(fù)來回以手動(dòng)方式

去小心輕壓慢拋，才能得如此清楚的200X畫面。本圖尚可見到一銅表面上的干膜阻

劑，并請(qǐng)注意四個(gè)角落圓形包圍的黑影，那是早年試樣倒立顯微鏡攝影的特征.

圖4.左上200X漂錫圖為早期鉆孔不良的雙面板，由于鉆針尖面的切削刃口（Cuting

Lip）發(fā)生崩刃而不利，與外線的刃角（Corner）變圓變鈍，致使高速旋切中縫此畫面

時(shí)，撞崩其瞬間縱向的玻纖束而造成挖破缺口，使得彼時(shí)性能尚差的酸性鍍銅未能

及時(shí)填平，以致造成所謂的孔銅破洞（雖未見底亦稱Void,美軍規(guī)范MIL-P-55110E

規(guī)定凡孔銅厚度低于0.8mil者即稱為Void）右二圖均為500X深孔中心之銅壁

切片（孔徑9.8mil,縱橫比8/1）；右上為大板面（20cm*34cm）之板邊銅厚度，下為同

一樣板中央的孔銅厚度，其一銅與二銅作業(yè)分別為13AF/45分鐘，已經(jīng)如此慢工細(xì)

活尚有35%的厚度落差，若采正常電流25ASF時(shí)，其差距更不知伊於胡底。

圖5.此二圖均為200X仔細(xì)拋光的畫面。左為自動(dòng)轉(zhuǎn)盤與毛氈以三氧化二鋁拋光稀

膏所得之鏡頭，若再用用手動(dòng)往復(fù)輕拋1-2分鐘即得右圖之眉清目秀畫面矣。

1.4微蝕算老幾

微切片之制作經(jīng)仔細(xì)拋光后，即需進(jìn)行小心的微蝕，如此方可使各種金屬層次得

以清楚的界分開來。通常微蝕液會(huì)因不同金屬而有不同的配方，針對(duì)銅金屬而言，

起最理想的配方是“稀氨水+雙氧水”（體積比3-10%氨水約300cc,再加上新鮮有效

的雙氧水2-3滴即可。早期所用稀硫酸加銘酸的配方，其效果沒有氨水法來的好）。

配方雖然有了，要注意有是正確的使用才能呈現(xiàn)出應(yīng)有的效果。以下即為筆者多年

來的一些實(shí)務(wù)心得，特?fù)?jù)以實(shí)報(bào)分享讀者：

1、此種微蝕液一定要用純水或蒸鐳水去配制，不可用含有雜質(zhì)的自來水，因在

00-500X高倍顯微鏡下，任何不良的蝕液都會(huì)造成細(xì)部效果的失佳。不信您可實(shí)地

加以比較，一試便知真假。

2、所配微蝕液之量不可太多，以30-50cc為宜，因其壽命僅約1-2小時(shí)而已。一

旦放置太久雙氧水將會(huì)失效，此時(shí)雖可再加1-2滴做為補(bǔ)充，但效果并沒有新配液

來的好。且用過的棉花棒也不可重用，以全新者為宜。

3、拋光面上經(jīng)微蝕液擦抹后，其銅面將迅速產(chǎn)生微小氣泡，此即表示反應(yīng)已在進(jìn)

行。來回擦蝕約1-3秒鐘后，應(yīng)立即用衛(wèi)生紙迅速擦干試凈，之后可做顯微觀察，

若效果不足時(shí)，再用新棉花棒繼續(xù)吸液擦抹。

4、若PTH孔樣中已有填錫時(shí)，由于賈凡尼效應(yīng)的緣故，會(huì)使得銅結(jié)晶不易被咬出

來。須改采較低濃度微蝕液及較長(zhǎng)時(shí)間去小心擦咬，否則銅面很容易過度氧化而變

紅變暗。一旦如此則只好再重行拋光及微蝕了。

5、其他金屬之微蝕液并無定論，專書中雖曾列有多種配方，但均需實(shí)做以找出可

行之道，此處不再祥述。

圖1.此放大500倍之二圖。左圖為尚未微蝕之孔環(huán)與孔壁互連畫面，只看到模糊的

概略影像，分不清孔壁與孔環(huán)之銅層組織。右為同一孔樣在6-8%稀氨水約三秒鐘的

微蝕后，即可見到清晰的畫面，二者幾有天壤之別。

圖2.此為同一孔樣同位置處放大200倍之切片，其微蝕前后有判若兩人的感覺，連

各銅層的厚度也出現(xiàn)真假不同的對(duì)比。至于環(huán)壁之間未能除盡的膠渣，更令人有大

小不同的感受，由此可知微蝕的重要性。注意二圖為電腦記憶后所輸出的顯微畫面,

其畫質(zhì)解像度似不如光學(xué)直接攝影之前二圖。

圖3.此為填錫孔之切樣，由于錫鉛量出現(xiàn)太多，會(huì)影響到銅微蝕的效果。此時(shí)可將

微蝕液的氨水降到2-3%雙氧水也要減半，經(jīng)多次小心翼翼的試咬之下才能得到美

麗的畫面。左圖不但可清楚的看到孔環(huán)Grade1銅箔被熱應(yīng)力在高溫過度之Z膨脹

下所拉裂的情形。中圖幾右圖之微蝕則似嫌不足。

圖4.此為三種微蝕的比較，左圖為微蝕不足，中圖為微蝕過度以致銅面出現(xiàn)氧化變

暗的現(xiàn)象。右圖為適宜微蝕放大500倍環(huán)壁互連之精彩鏡頭。注意，噴錫層中黑色

部分為鉛，白色者為錫，而錫銅介面處之狹窄狀暗紅色處，即為賈凡尼效應(yīng)使得銅

面呈氧化之現(xiàn)象。

圖5.上二圖均為水平五次鍍銅之200X切片，其流程為水平PTH后立即連續(xù)兩個(gè)

Module的高速一次銅(50ASF),進(jìn)行影像轉(zhuǎn)移又回到三個(gè)Module去鍍二次銅。由

于二銅前微蝕致使第二層變薄，隨后綠漆前微蝕又將第五層也弄薄了。上左圖因孔

口S/M有破口以致鍍上化鑲，上右圖為TCP其5mil寬焊墊上的化鍥金與Super

Solder層。下圖為放大500X之銅箔其棱線上的銅瘤清晰可見。

圖6.通孔中灌滿焊錫柱體之微切片，當(dāng)欲進(jìn)行“氨水+雙氧水”對(duì)各層次之微蝕時(shí),

須要將氨水與雙氧水之濃度減半，并用新棉花棒吸液后，以較長(zhǎng)時(shí)間去漫漫擦蝕才

行。上附200X之二畫面中，遠(yuǎn)離大量的錫焊的微蝕銅面都很精彩，但鄰近焊錫的

銅面卻因微蝕中過度氧化而變成暗棕色，且顆粒也相當(dāng)粗糙，這當(dāng)然是出自焊錫鉛

合金干擾所致。

圖7.筆者二十多年前任職美商安培電子公司PCB廠時(shí)，微蝕液系采銘酸加稀硫酸配

方。此液所蝕之銅面刻畫較淺，只能大概界分(Define)出層次來，想要看清晶粒組

織并不容易。不過此液較不易老化，比氨水配方要耐久些。上二放大300X與800X

者均為銘酸法所微蝕，到了800X才勉強(qiáng)看出晶粒來。下二為氨水微蝕放大200X

之畫面，顯然清楚很多。

圖&上列五圖為正確“氨水”配方的微蝕畫面,，按順時(shí)針說明：上左此珍藏十八年

之400X圖，一銅系焦磷酸銅鍍層，其片狀結(jié)晶及斷層特征清晰可見；上右1000X

之金手指截面，金層全部明顯呈現(xiàn)；中間圖右中均為500X五槽水平鍍銅之切樣；中

間圖左100X化銀浸金后之局部孔壁，由于銅面不潔致使化銀層附著力不牢而產(chǎn)生浮

離情形。下列三圖系格酸之微蝕畫面，左500X看不到一銅與二銅的分界，中1000X

結(jié)晶也甚含糊，右500X銅層之分界也不太清楚。

圖9.左為200X之軍用八層板老照片，是有四張雙面薄基板壓合而成的。為減少后

制程中的內(nèi)環(huán)破裂起見，一律采用“低棱線”(LowProfile)的HTE銅箔，不過微蝕

后發(fā)現(xiàn)其中一張竟然混錯(cuò)了材料的Grade1標(biāo)準(zhǔn)銅箔，其較粗的柱狀結(jié)晶一眼就看

到了。雖然氨水法對(duì)各種銅層的微蝕都很好用，但出現(xiàn)較多錫鉛層或銀層時(shí)，就很

不容易顯現(xiàn)界分了。中右二200X的打金線承墊就很不好咬，此二墊面之鍍銀厚度在

0.5mil以上。

圖10.此二100X畫面上共有三種不同結(jié)晶的銅層呈現(xiàn)，ED銅箔為高電流密度所鍍

(1000ASF以上)，呈現(xiàn)柱狀組織(ColumnarStructure),一次銅為焦磷酸銅鍍層，

呈現(xiàn)片狀結(jié)構(gòu)并有圓弧狀之?dāng)鄬?，二次銅則為硫酸銅之不規(guī)則組織，左圖最外有鍥

層，右圖有熔錫層(SolderReflow)。

1.5有照片為證

從事科技工業(yè)的人務(wù)必抱持“有幾分證據(jù)說幾分話”的做事態(tài)度，老一代“官大

學(xué)問大”或“資格老的說話”等威權(quán)與鄉(xiāng)愿包袱，今日都要徹底丟開。對(duì)PCB的品

質(zhì)改善與解決問題，也都要以“求真”為出發(fā)點(diǎn)。就微切片而言，當(dāng)場(chǎng)透過顯微鏡

去看到什么才是什么，這種觀點(diǎn)當(dāng)然最好最真，但受到時(shí)空的限制，有時(shí)不得不照

相留下記錄，以明確證據(jù)作為事后之師。

目前的顯微攝影的有兩類，其一是以光學(xué)方式直接照相，透過拍力得式像機(jī)而立

即取得證據(jù)。其二是將畫面以電腦先行記憶與編輯，再以PrintOut方式輸出得像。

前者畫面雖逼真，但相片成本卻稍貴。后者在轉(zhuǎn)接之CCD與處理平臺(tái)之電子元組件

都處于最佳狀態(tài)時(shí)，其相片效果幾可與光學(xué)相片并駕齊驅(qū)，否則就會(huì)解像模糊效果

很差，不過相片成本卻較便宜，并可重復(fù)輸出多張。

一般配備的常用光學(xué)顯微鏡，其價(jià)格約在臺(tái)幣二十萬元左右。但若另加上CCD轉(zhuǎn)

接器之電子機(jī)組與觀看監(jiān)視器等，總價(jià)約近五十萬。當(dāng)然有了監(jiān)視畫面時(shí)彼此討論,

甚至遠(yuǎn)地溝通都方便多了。

圖1.左上為200X透過CCD與電腦記憶并上下雙光照明的相片，可清晰看見玻纖板

材的結(jié)構(gòu)組織，對(duì)黑化層的觀察也更清楚。右為同時(shí)納入四個(gè)分割畫面的電腦處理

畫面，有明視也有暗視還可輸出多片，即方便又節(jié)省。

圖2.左為50X水平切片的拍力得攝影，由于抽出機(jī)盒后不小心隨手將相片自反應(yīng)藥

面上撕起一角，在反應(yīng)不足下（正常約2分鐘），成像自然不足，警覺之余立即又貼

回藥面去，直到反應(yīng)完成才又重新撕開，短短不到一分鐘的見光竟成了如此陰陽臉

的奇異畫面。右為200X水平切片之正常成像畫面。

圖3.一般顯微攝影多采自動(dòng)方式。左200X之深孔(9/1)畫面系以低“光強(qiáng)度”與長(zhǎng)

秒曝光時(shí)間下所完成的孔銅形象。右為400X殘余膠渣的畫面，其曝光條件與左圖相

同但明亮度卻提高了，故愈低倍時(shí)需使用越高的光度。

圖4.左為CCD轉(zhuǎn)成電腦處理輸出的畫面，其解像程度較容易劣化，即使新機(jī)最佳狀

況下，其成績(jī)也只能與正統(tǒng)光學(xué)拍力得在仲伯之間而已。一旦機(jī)械老化或轉(zhuǎn)換失準(zhǔn)

時(shí)則解像度將逐漸變差，而光學(xué)攝影之拍力得方式則可多年不變。

圖5.左上為試樣上下同時(shí)采光有電腦處理的畫面，可清楚見到玻纖中的破洞。上右

為成像一個(gè)月的畫面左下角沾到水珠，一擦之下竟被洗掉少許。須知不夠老化的彩

面應(yīng)盡量避免沾到水與附著外物，否則必有損傷，下二圖為背光及濾光的效果。

1.6圖說故事十則

電路板全流制程約有一百多站，不但漫長(zhǎng)而且干濕雜處彼此特性差異極大。單憑

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)做只能得到一些概略性觀念，若欲對(duì)每一關(guān)鍵處異常點(diǎn)深入了解時(shí)，其較好

的方法就是進(jìn)行微切片的觀察，將回對(duì)細(xì)部精髓吸收很多。若為自己動(dòng)手找出的要

點(diǎn)，除了印象深刻了解透徹外而且還觀念鮮活，這種活的智識(shí)不是從書本或經(jīng)驗(yàn)傳

授中所能望其項(xiàng)背的。以下即以清晰之切片說明十種制程的特性。

1、油默阻劑（濕膜阻劑）

“印刷電路板”一詞是指早年以印刷油墨成阻劑所制造的電路板而言，常用于

較簡(jiǎn)單雙面板或多層板。目前線路已變得相當(dāng)密集纖細(xì)，簡(jiǎn)單的油墨與網(wǎng)版印刷方

式只能用在大銅面的內(nèi)層板，其余均于改成感光成像的干膜或濕膜，下列四圖均為

早年所做之切片。

圖1.上左200X畫面上可看出是完成一次銅才加印油墨阻劑，再鍍二次銅與錫鉛后

所做之切片。注意，其孔環(huán)外緣的組合層次，由此可了解油墨阻劑的邊緣是扁平漸

薄的。致使二銅與錫鉛很容易就橫向增加寬度而將油墨包夾其中。此等由細(xì)部觀察

體會(huì)出的道理，要比聽來的知識(shí)更為深刻且歷久彌新。上右為100X干膜阻劑圖為剝

膜及蝕刻后尚未熔錫之畫面。注意，其二銅與錫鉛之橫向擴(kuò)鍍情形。下100X圖為網(wǎng)

印負(fù)片法熔錫后的切片，其孔環(huán)外緣截面上的缺口與上圖對(duì)應(yīng)已可清楚的自我解釋

其成因。

圖2.此200X圖面上二銅鍍得特別厚，不但超越油墨而且還側(cè)爬頗遠(yuǎn)，當(dāng)完成去墨

與蝕刻即出現(xiàn)如上的龐然景象。此孔環(huán)外緣截面所呈現(xiàn)的缺口，其層次組成的來龍

去脈是否歷歷如繪無需贅言了？

注意，前圖1二畫中孔口之銅箔，被垂直旋轉(zhuǎn)的磨刷輪將孔口前緣削薄的情形，但

本圖的孔口系處于板子前進(jìn)中垂直旋刷的后緣，除銅箔未被削薄外，孔口毛頭也被

壓平。此種孔口前后有異的細(xì)部情形，也可從切片上看得一清二楚。

2、干膜阻劑

圖3.此200X畫面的油墨阻劑（如同墻壁）出現(xiàn)異常，致使二次銅一開始往墻外惻向

伸出，有了鍍銅層在非導(dǎo)體表面建立基地，錫鉛鍍層當(dāng)然就毫不客氣順理成章的成

長(zhǎng)，其結(jié)果不免造成板子的報(bào)廢。

?

圖4.上左50X者為干膜后完成二銅與錫鉛鍍層之畫面，上右100X圖為黑孔法板面

鍍厚銅與錫鉛尚未蝕刻之畫面。下左為早期之軍用板，為小心起見先鍍兩次銅，再

做干膜影像轉(zhuǎn)移及鍥線路銅與錫鉛，畫面已剝膜但尚未蝕刻。下右100X畫面亦為早

期軍用板，在鍍兩次全板銅后(第二次特別厚)，隨即以干膜做影像轉(zhuǎn)移，之后又另

鍍較薄的線路銅與錫鉛，再經(jīng)剝膜與蝕刻后所得之畫面。

3、層間對(duì)準(zhǔn)

圖5.以上三圖均為50X之全孔圖，左八層薄板之層間對(duì)準(zhǔn)度(LayertoLayer

Registration)似乎還差強(qiáng)人意。中間六層板從小孔看到的層間對(duì)準(zhǔn)度就不妙了。右

六層板之大孔其層間對(duì)準(zhǔn)度就不象樣了，其中的L4幾乎已經(jīng)破環(huán)(BreakOut)。而

且換一方位去看時(shí)說不定已經(jīng)破壞，此時(shí)以水平切片最容易找到真相。

4、高縱橫比鍍銅

早期插裝為配合腳寬其孔徑均在40mil,3/1的20mil孔竟稱為小孔。如今連6/1

之9.8mil者也不希奇。

圖6.上左200X為當(dāng)年之深孔鍍銅情形(孔徑19.8mil或0.5mm,板厚L6mm,縱橫

比僅3.2/1而已)，一次銅系采焦磷酸銅制程，其面銅與孔銅之厚度比(S/H)為

(1.0/0.5)；二次銅為硫酸銅制程,S/H比已改善到了1.0/0.67,但狗骨現(xiàn)象(Dog

Boning)看起來十分嚴(yán)重。上右50X全孔圖其孔徑為13.8mil或0.35mm板厚1.6mm縱

橫比4.57/1比左圖已困難很多，但S/H比卻已進(jìn)步到L0/0.8,十余年來硫酸銅制

程的進(jìn)步也相當(dāng)驚人。下左50X全孔圖其孔徑為或0.3mm板厚，縱橫比

5.3/1,不要忘記孔徑會(huì)越鍍愈小，孔長(zhǎng)會(huì)越鍍愈長(zhǎng)，因而縱橫比也愈來愈高，有一

種人為定義的深孔困難度(Difficulty)為：D=L2/d,即孔長(zhǎng)的平方除以孔徑，故會(huì)

愈鍍愈困難，不過這是以水平反脈沖的特殊做法所鍍，當(dāng)然要比一般垂直掛鍍精彩

很多。下右圖50X為孔徑9.8mil或0.25mm之六層板，縱橫比6.4/1,掛鍍只可低

電流慢慢來。

5、機(jī)械外力效果

圖7.上三圖(上左、右、下左)均為電性測(cè)試時(shí)，發(fā)現(xiàn)斷路(ContinuityFailure或

Open)時(shí)，再去做切片發(fā)現(xiàn)是因鍍錫鉛不良而于蝕刻時(shí)被咬斷的孔。這種不通的孔常

會(huì)多測(cè)一兩次，以致孔口出現(xiàn)被探針?biāo)敂D變形的樣，電測(cè)機(jī)所施加壓力的影響可

見一般。下右圖的變形更為離譜。

圖&上三圖均為50X之V-Cut真相。左為上下切口對(duì)齊度較好的實(shí)例，中圖稍歪,

右圖不但太差且上下切口深度不同，歐洲客戶尤其是德國(guó)人，更是十分在意。

6、噴錫真相

圖9.左100X四層板其內(nèi)環(huán)原本就稍有反回蝕，經(jīng)兩次垂直噴錫后，竟造成局部后

分離中圖及右圖分別為50X明暗之水平切片，此處三圖均可見到朝下的半個(gè)孔壁噴

錫層較厚。

7、層降對(duì)準(zhǔn)/孔環(huán)對(duì)準(zhǔn)

圖10.此二100X之直橫珍藏切像，可清楚的理解到什么是將要破環(huán)或已破環(huán)

（Breakout,IPC-6012在3.4.2/3.4.3均有詳細(xì)規(guī)格）。事實(shí)上即使破了也不會(huì)發(fā)生

斷路，只是制程能力不佳而已。

8、熔錫板/IMC的形成

圖11.上200X圖為老式熔錫板，其錫鉛厚度要比噴錫層更厚。轉(zhuǎn)角處除了50日in

的IMC外，尚有少許熔錫層從本圖與下面圓形圖中均可看到。

圖12.上左200X老式PI板材之多層軍用板，由于當(dāng)年攝影前即已存放很長(zhǎng)時(shí)間，

故銅錫之間已形成“介面合金共化物”(IMC;IntermatallicCompound,Cu6Sn5,Cu3Sn

等)，由圖中可清楚看到。下500X圖亦可見到較薄的IMC。右上斜銅壁系將十五年

前所留下的切樣細(xì)磨與拋光數(shù)次，均無法做出良好效果，此乃過度老化之下錫與鉛

均已毀壞松弛，無法呈現(xiàn)應(yīng)有的金屬性。

9、蝕刻因子Etchingfactor

圖13.上左及上中均為400X之線路截面圖，所謂蝕刻因子（F）系指向下的蝕深V,

除以側(cè)蝕X所得商值F之謂也（F=V/X）o而X定義是指“從阻劑邊緣橫量到最細(xì)銅腰

之寬距而言”（見"5600￡之3.2節(jié)），因而若誤用下圖去量F時(shí)，豈非緣木求魚自

欺欺人了。

10、細(xì)線難為

“腰部缺口”

圖14.線路剖面兩側(cè)腰處常出現(xiàn)對(duì)稱性的缺口，如下左圖與中圖，可能原因有二：

1、由于干膜顯像不足（也是水池效應(yīng)），使得阻劑根部出現(xiàn)向外伸出的殘足，致使

鍍二銅時(shí)留有缺口（見下右圖），經(jīng)去膜、蝕刻及剝錫鉛后即成下左及下中之畫面（下

圖右之干顯像較好，故殘足不大）。

2、由于電鍍銅箔與PCB電鍍銅層之結(jié)晶組織不同，致使于蝕刻之瞬間在電位茶的

協(xié)助下加速PCB鍍銅蝕入（見下左圖之清晰畫面）。

“銅箔殘足”

圖15.線路剖面會(huì)看到銅箔根部蝕刻不足的殘足（上左右二圖），其原因有二：

1、電鍍銅箔制造時(shí)，是從陰極轉(zhuǎn)胴的鈦表面（DrumSide,又稱ShiningSide）,以

1000ASF的高電流密度快速鍍得的ED銅箔，是以柱狀組織（ColumnarStructure）快

速向上成長(zhǎng)。起始時(shí)顆粒較細(xì)，結(jié)束時(shí)則毛面（MattSide）棱線的顆粒就很大，并還

有額外粗糙后處理所加鍍的銅瘤，與耐熱的黃銅層（見上右圖）。再加上高溫壓合時(shí)

其棱線的踏入樹脂中，因而很不容易徹底蝕透。目前已有銅箔業(yè)者嘗試推動(dòng)棱線朝

外的銅箔基板反壓法，以強(qiáng)調(diào)細(xì)線的良率。

2、而且朝上板面會(huì)有水池（內(nèi)層）或水溝（外層）效應(yīng)，再加上一銅二銅鍍得太厚，

與錫鉛層的屋檐效應(yīng)等共同撻伐之下，板邊板角細(xì)密線路區(qū)，經(jīng)常造成蝕刻不徹底

的短路情形（見下圖左）。

圖16.1、左四圖之上二圖為18"*24"外層之正面線路蝕刻中會(huì)有水池（水溝）效應(yīng)。

下二圖為反面線路淹水效應(yīng)，故反面蝕完后正面板邊仍有殘銅。

2、右四圖之左二圖為21"*24"外層之板中央，線路之側(cè)蝕雖較大，但卻接

近方形。右二圖為板角線路，側(cè)蝕較小但卻接近一般所謂的梯形。

圖17.一般規(guī)范對(duì)線寬的異常變細(xì)或變寬都以不超過20%為原則，IPC-6012的3.5.1

節(jié)仍沿襲老式觀念。其實(shí)這都針對(duì)導(dǎo)體與電流而言，如今板面的線多半都已經(jīng)成為

傳輸線（TransmisionLine）了。例如今年（1999）Q3將要流行的RambusDRAM的卡

板，其特性阻抗公差為28?！?.8。，有瑕疵的線路都過不了關(guān)。

1.7化銅厚化銅

化學(xué)銅(ChemicalCopper)又稱為無電銅(ElectrolessCopper),是利用槽液之“自

我催化"(Self-Autocatalytic)方式，大量沉積在有氫氣包圍的“鈿金屬”活化的

非導(dǎo)體表面，對(duì)不能導(dǎo)電的孔壁基材表面進(jìn)行“金屬化”制程，使后來的電鍍銅層

能順利的增厚孔壁，完成導(dǎo)通互連的任務(wù)。

化學(xué)銅在業(yè)界使用己達(dá)50年以上，也是目前可靠度最好最容易操作的“金屬化”

制程?？上в捎谂浞街泻屑兹?，會(huì)在操作中不斷被吹散到空氣中，有致癌的可能

性，對(duì)人身安全造成威脅。再加上還有大量的鉗合劑(Chelator,系為防止強(qiáng)堿溶液

中銅離子沉積而添加)存在，對(duì)廢水處理也造成很大的干擾。在工安與環(huán)保的壓力下

各種“直接電鍍”制程紛紛出籠，大有取代化學(xué)銅的態(tài)勢(shì)。

化學(xué)銅室溫作業(yè)配方中的主劑有硫酸銅、氫氧化鈉、甲醛以及鉗合與錯(cuò)合鹽類等

五項(xiàng)。此外尚有多種少量的其他添加劑，使化銅鍍層變得更為實(shí)用。1975T985年

代業(yè)界計(jì)曾盛行一種高溫(45℃)操作的“厚化銅”，厚度從60uin到120口in視作

業(yè)時(shí)間而定，比傳統(tǒng)化銅層的20uin要厚得很多(因而有時(shí)也稱為薄化銅Thin

Build),因此可節(jié)省一次銅流程，使在廠房、設(shè)備、管理、流程縮短等方面都十分

有利，但因總體成本比一次銅之做法要貴，且槽液管理不易，品質(zhì)也不穩(wěn)定，故而

今年來已漸從臺(tái)灣業(yè)界絕跡了。

IPC-6012在3.2.6.1節(jié)中對(duì)化學(xué)銅層的厚度并無具體要求，只要能完成導(dǎo)電即

可。業(yè)界曾盛行一種“背光法”檢查化學(xué)銅層的覆蓋性(Coverage),似乎并不具太

大的使用性。因即使使孔壁未全蓋滿，但仍可被后來增厚的電鍍棟所填充連平。與

所謂“小時(shí)了了大未必佳”說法的未必正確，其道理如出一轍。不過背光法對(duì)各種

直接電路后，再刻意鍍上少許電鍍銅才檢查其覆蓋性時(shí)，則甚具參考價(jià)值。

圖1.左3000X之電子顯微鏡(SEM)圖面，即為一般化學(xué)銅的立體結(jié)晶形態(tài)。右3000X

畫面系厚化銅之結(jié)構(gòu)模式。由于厚化銅的結(jié)構(gòu)并不縝密，因而經(jīng)常在操作參數(shù)管理

不良，或藥水老化或污染時(shí)，即容易發(fā)生浮離脫皮等問題。

圖2左100X圖為筆者故意將一片不銹鋼板上，先鍍以兩層電鍍銅層，然后再置于

傳統(tǒng)化學(xué)銅槽液中24小時(shí)。取出洗凈烘干并自不銹鋼板上撕下，再做微切片可看出

當(dāng)操作參數(shù)改變時(shí)，起組織橫亦有所不同。切當(dāng)電鍍銅層的內(nèi)應(yīng)力超過對(duì)化銅層的

附著力時(shí)，即可見到所產(chǎn)生變形與裂口。

圖3.此三圖均為200X未微蝕的畫面，因微蝕會(huì)使得薄薄的化銅層反而不容易看到，

故而此處化銅層的厚度不免有些夸張不實(shí)。右圖之反回蝕系由于過度微蝕，請(qǐng)注意，

銅箔棱線粗糙面(MattSide)，其黃銅處理層所產(chǎn)生的滲入“斜口”要比光胴面(Drum

Side)少了很多，此乃說明微蝕液攻擊黑化層與其附近的銅箔速度最快，經(jīng)常造成

WedgeVoido

圖4.左圖為400X放大畫面，銅箔表面的厚化銅層清晰可見。右圖為厚化銅后直接

進(jìn)行干膜影像轉(zhuǎn)移再做線路之孔角情形，處于兩銅之間者即厚化銅。

圖5.左二100X之線路切片，由于厚化銅之品質(zhì)不佳，完成線路蝕刻后竟然出現(xiàn)分

離式的脫落。右100X系“打線墊”(BondingPad)表面鍍過厚銀層(0.5mil以上)，

因銅與鎮(zhèn)之合并應(yīng)力超過對(duì)厚化銅的附著力，或造成化銅層本身的崩裂，因而也發(fā)

生分離(Separtion)。

圖6.上左圖為純鈿系統(tǒng)之直接電鍍后所鍍五分鐘之電鍍銅層，由于導(dǎo)電度不是太

好，以致留有黑化層被稀硫酸攻擊的缺口。上右圖即使鍍過兩次銅層，其缺口仍然

堵不住，形成楔形孔破(WedgeVoid)o下二圖化學(xué)銅所做通孔，即使黑化層有裂口

多半仍能彌補(bǔ)。

1.8電鍍銀金有得瞧

電鍍鍥金在PCB上一向只用于板邊金手指處當(dāng)成接觸用途，希望在低電壓下

（2.5V）能瞬間完成導(dǎo)通（訊號(hào)傳輸），而且還希望成為可換式插拔接點(diǎn)的另一種

互連任務(wù)。由于黃金永遠(yuǎn)不生銹不氧化（一般人常說的‘‘金氧化〃或〃金變色”等，那

完全是外行話。應(yīng)該是金表面有了其他外來物的附著而已），且接觸電阻很低，因

而被選為板邊金手指（G/F）的表面鍍層。至于鍍銀則是當(dāng)成一種屏障層（Barrier）

的作用，阻止金原子與銅原子之間的相互遷移（Migration）,避免黃金層貴金屬性

質(zhì)的降低，并無其他功能。費(fèi)06012在表3-2中對(duì)（：1552的的板類，規(guī)定G/F用

途的金層厚度為30口in,對(duì)鍥層厚度要求只有100Min,已經(jīng)放棄古早不切實(shí)的200

微時(shí)，但二十年來才有這種覺醒未免太迂腐了。

早期某些軍規(guī)要求電鍍鍥金也做為焊接之用，這大概是從許多高階零件腳上

鍍金所得到的靈感。其實(shí)電鍍銀金的焊錫性與焊點(diǎn)可靠度（Reliability）根本不好，

高溫焊接的瞬間黃金老早就溜到焊錫中去了。金層愈厚焊點(diǎn)強(qiáng)度（Strength）反而

愈差，焊點(diǎn)實(shí)際是長(zhǎng)在銀層上的。這種理論老早就成熟了，只是要派上用場(chǎng)，免不

了還要好好的磨蹭一番。

近年來又薄又小的各種手機(jī)板（大哥大、次筆記型電腦等）很難噴錫，在高

階產(chǎn)品的形象作祟下，多半改用化學(xué)鑲金去做為表面貼焊的基地了。某些迷你板也

會(huì)利用軟銀（如胺基磺酸銀）及薄金（luin以下）當(dāng)成蝕刻阻劑，又可執(zhí)行焊接

或打線之雙重功能，那只是為了簡(jiǎn)化流程節(jié)省成本而已，并非是什么正規(guī)的做法。+

然而電子業(yè)的持續(xù)求新求變，尤其是數(shù)量龐大的個(gè)人電子產(chǎn)品，為了便宜及

輕薄短小，許多積體電路元件已放棄外形的封裝，而改用〃板面直接安晶”

（DCA-DirectChipAttach或COB-ChipOnBoard）等省事省錢的做法。于是電路

板又流行打線（WireBonding打金線或鋁線）用"承墊"（BondingPad）的制做。須

知此等板面的"打扁點(diǎn)"（WedgeBond）不管用那種打法（TC、US、TS等），都免不

了涉及高熱量及大壓力，P-BGA所用板材樹脂為BT,其Tg高達(dá)180℃,當(dāng)然幫了很大

的忙。但物美價(jià)廉最廣用的FR-4,其Tg只有130℃的窘狀，不得不靠厚一點(diǎn)與硬一

點(diǎn)的銀層來支撐場(chǎng)面了。

目前國(guó)際規(guī)范對(duì)打線用的鍥金厚度尚未規(guī)定，但從一些先進(jìn)廠商量產(chǎn)

P-BGA、CSP等產(chǎn)品切片中，清楚可見到銀金的品質(zhì)觀念，完全不同于傳統(tǒng)G/F的外

觀而已，必須要通過客戶