任何产品的生产跟检测手段都有着密不可分的联系。如果没有有效的分析技术,生产过程中的问题就没有办法得到改善。对于SMT行业,包括打件用到的零件,印刷电路板来讲,金相切片恰恰是最常用,也是最有效的分析手段。与此同时,切片的好坏也直接影响到最终结果的判定。所以,如何做好切片就变得非常重要了。当然,要想做好切片,每个步骤都需要有相当的耐心跟正确的作业手法,相信每位工程师都有自己的心得,在这里就不花费过多的文字来描述了。本文主要是跟大家探讨一下微蚀对于金相切片分析中所起到的作用,供大家参考。
一、什么是微蚀?为什么要做微蚀?
切片在研磨过程中,因受磨料切削力的影响而产生形变,细磨可以去除粗磨中的形变,而抛光的主要作用是消除细磨过程中的形变。而材料都具有延展性,虽然抛光可以去除变形,但是也阻止不了材料的延展,例如PCB,抛光完根本看不出铜线路到底有几层铜。这个时候就需要通过微蚀来去除最表面的铜从而将真正的结构显现出来。
微蚀是通过化学试剂对于金属具有腐蚀性这一特征来去除表面延展覆盖的部分,从而显现出真实的结构特征的一种手段。不同金属适用不同的腐蚀液。同一种化学试剂对于不同的金属腐蚀程度不一样,同一种金属不同制程阶段对于同一种化学试剂的耐腐蚀程度也有所差异。不论是通过怎么的手段,我们最终的目的:1.显现金属内部组织结构;2.分清不同金属界面;3.减少制备假象。
二、如何做好微蚀?
既然是化学腐蚀,药剂不同,材料不同,那么腐蚀速率也必然不同,如何控制好腐蚀的时间呢?不同的金属又该如何选择微蚀液呢?
将抛光面洗净擦干后即可进行微蚀,分出金属之各层面与其结晶状况。要看到清楚真相很不容易,不是每次都会成功的。效果不好时只有重新抛掉不良铜面重做微蚀。一次成功最好,多次微蚀会使结果失真。
SMT行业来讲,最常用的微蚀液为氨水加双氧水微蚀液:以氨水和双氧水混合配制。氨水加双氧水法配制的微蚀液得到的铜面结晶较为细腻,锡铅面呈现洁白。微蚀液配方如下: 5-10ml 氨水+30ml纯水+2-3滴双氧水(浓度33%)。微蚀液配比和微蚀时间依据个人的制作经验,各有不同。很多资料对于这种微蚀液都是不加纯水的,我们在多次试验中不断尝试发现加入纯水的微蚀效果更好更干净,当然这个还是看个人的经验,并不是绝对的。
微蚀液混合均匀后静置1-2min用棉花棒沾着蚀液,在切片表面轻擦约2-10秒,要注意铜层表面产生的气泡现象,气泡太大和产生太快证明微蚀反应过于剧烈,不利于微蚀。2-10秒后立即用水冲洗,必要时可用酒精清洗,避免微蚀液残留使铜面继续变色氧化,否则高倍显微下会出现粗糙不堪的铜面。良好的微蚀将看到鲜红的铜色,结晶分界清楚,层次分明。然后立即拍摄保存图片,以免逐渐氧化。微蚀液至多只能维持一小时左右,棉花棒擦过后也要换掉,以免少量铜盐污染微观铜面的结晶。下面3张图可以看出不同程度的微蚀铜层所显现出来的不同状态。
三、 微蚀的应用
是不是所有的切片都需要进行微蚀呢?什么时候需要进行微蚀处理?在这里我们举一些例子来解答一下。
1.制程改善:在文章开头我们提到过,通过分析测试来确认生产制程中的问题所在,那么问题到底是出现在
哪一站制程呢?我们看下面这张图(图3.1),通孔的右上角铜有一块凸起裸露。单纯看这张图我们可以猜测可能是底材铜,也有可能是镀层铜出现问题。微蚀之后(图3.2)很明显可以看出底材铜是完好平整的,问题出现在镀层铜。拿到这个结果生产单位就可以很好的针对电镀制程进行改善。
图3.1
图3.2
2. 镀层量测:当我们需要进行定量测量的时候是肯定要对切片进行微蚀的。以下2张图(图3.3及图3.4),样品的基材以及镀层都是镍,在抛光完之后完全看不出镀层,这个时候通过微蚀处理,无论多少层镀层都一目了然。(这次采用的是浓硝酸微蚀液)
图3.3
图3.4
3.确认失效模式:与PCB的铜层类似,金属存在延展性,很容易就把一些细微的痕迹给覆盖掉。我们在分析BGA的焊点时也碰到过这样的问题。品保单位送样品到实验室说是功能有不良,需要切片看一下BGA的焊点。我们研磨抛光后观察(图3.5),焊点虽然形状比较奇怪,但是还是有焊接的,功能不会受影响。但是微蚀之后发现,焊点中间有一条很明显的缝隙,这个焊点存在两个球,也就是我们所说的“枕头效应”。
图3.5
图3.6
切片画面所呈现的各种问题,需要详细的观察、考量,才能作出解释和分析,并做为决策和改善的依据,但是还要细心的把制程的各种情况、数据和切片的分析情况综合讨论后才可以判断、得出真实的问题所在,才可以有针对性的进行改善。想要做好切片还是需要大家多一些尝试,多一些耐心,合理巧妙的应用微蚀技术。