切片目的：电子元器件表面及内部缺陷检查及SMT制程不良分析主要为BGA焊点失效分析；镀层厚度测量；PCB及元器件异常状况分析。

适用范围 : 适用于电子元器件结构剖析,PCBA焊接缺陷,焊点上锡形态及缺陷检测等。 

实验原理： 切片分析实验是将检验样本表面经研磨抛光（或化学抛光、 电化学抛光）至一定的光滑要求后,以特定的腐蚀液予以腐蚀,用各相或同一相中方向不同对腐蚀程度的不同 (anisotropy) 而表现出各相之特征,并利用显微镜放大倍率观察判断。

相关设备：精密切割机、研磨及抛光机、金相显微镜、真空包埋机。

相关材料：环氧树脂、砂纸、切削液、脱模剂、抛光液、抛光布、蚀刻液（氨水＋双氧水5%-10%）、镶埋盒、量杯、玻璃棒。

标准规范：IPC-TM-650 

相关设备介绍

设备名称：切割机

用途目的：切割材料成适当大小试片，以便后续镶埋。

原理介绍：利用砂轮锯片或砖石锯片高速旋转，将样本切割。

设备名称：真空包埋机

用途目的：灌胶后在真空环境下去除镶埋磨具中的空气。

原理介绍：电机将密封的包埋机种中的空气抽出。

设备名称：研磨抛光机

用途目的：研磨以及抛光试样表面，为金像观察以及摄像前处理工作。

原理介绍: 利用砂纸上之砂粒或抛光液中之抛光粉与试片表面的物理摩擦作用，对试片表面进行研磨或抛光处理

设备名称：金相显微镜

用途目的：材料或产品表面质量观察或切片焊点失效分析，并能实现微小尺寸的软件测量。

原理介绍:金像显微镜光源发出的光线经物镜照射于金像试样表面，取决于表面显微组织特征而形成的强弱不同的反射光线再经物镜以及目镜放大后进入观察孔，观察者可由观察孔看到放大后的反映组织形态的图像，或经转换后成像于显示器上。

切片基本信息

切片分为:垂直切片和水平切片

水平切片位置示意图

水平切片照片

垂直切片位置示意图

垂直切片检验项目:

  1. PCB结构缺陷：PCB分层，孔铜断裂等；

  2. 产品结构剖析,电容与PCB铜箔层数解析,LED结构剖析,电镀工艺分析,材料

    内部结构缺陷等；

  3. 微小尺寸量测（一般大于1um）：气孔大小,上锡高度,铜箔厚度等 ；

水平切片检验项目:

   1.BGA空焊，虚焊，孔洞，桥接短路，上锡面积等。

切片流程:

切片过程中的注意事项：

灌胶：

1. 灌胶前保证样品的清洁防止灌胶后产生气泡.方法是用棉棒蘸丙酮进行擦拭清洁.或用超声波清洁。

2.取一切片专用模具,涂抹脱模剂,并且将试样竖直于模内（可使用固定夹具）,需将待检样品底部水平放置。

3.调配树脂胶混合时将促进剂和树脂充分搅拌均匀。

4.适当提高固化剂的体积含量及适当提高环境温度(比如烘烤),能够缩短固化时间。

5.倒入到模具中时 使用玻璃棒引流,防止产生气泡。

6.将试样放入真空泵中以达到彻底灌封。

7.待树脂在模具内完全固化，此过程中有热量产生。 

灌胶品质与要求：

1. 灌封材料与样品间无间隙。

2. 灌封材料无气泡。

3.灌封材料灌满PTH孔。

研磨：

1.手持样品切片时,千万不可用力,否则就会偏离平衡.轻轻拿,慢慢放,稳稳找平 

2.用180号砂纸粗磨刚脱模样品,接近PTH孔壁边。

注意：大量水洗，以防止烧焦对样品破坏，并冲走磨碎。

3.依次用,800,1200,2400,4000号砂纸精细研磨样品,最后磨到PTH孔中心, 磨时用大量水洗.在精细研磨中,磨盘转速度为200到300转每分钟.在两相邻的研磨,旋转样品90°,研磨时间为磨掉前道研磨的磨痕的时间的2到3倍.在换砂纸间检查样品,可确认磨痕是否磨掉.研磨平面在同一水平面上很重要。

3.用流水冲洗后,用过滤空气吹。 

4.研磨过程效率不宜过快,效率越快单位切削越强,样品标本的形变也 就越大,导致后续细磨和抛光过程中,消除形变的时间变得越久。

抛光：

1. 抛光的主要作用是消除细磨过程中的形变.应当依次对每个方向都均匀进行抛光,以消除各个方向在细磨过程中所残余的形变。

2.抛光布：软、织布或中绒毛布，抛光液：1到0．1微米钻石抛光剂、0．05微米氧化铝或其它氧化物。         

    时间：    抛光剂为氧化物或二氧化硅时，抛光时间10到20秒； 

                  当使用钻石抛光剂和软织布时，抛光需要几分钟。

    转速：    使用的抛光速度为100到1 50转每分钟。

抛光后效果：

1．没有大于被最后的抛光膏引起的磨痕。

2．没有铜渣镀到PTH或基材中。

3．切片平面在孔中心。如果研磨不够，那么要求再研磨和重新抛光。

微蚀液：

  25毫升3—5％体积比的双氧水

  25毫升氨水(25—30％)

 1.使用合适的微蚀液擦切片样品；

 2. 时间为2到3秒。

注意：过蚀将造成铜箔和电铜分界线模糊，使测量不准。

 3.用流水或去离子水清洗，除去微蚀剂。

 4.用溶剂洗后吹干。

垂直切片示意图

IMC(Interllic compound)介面合金共化物:

焊锡与被焊金属之间由于原子间的扩散作用，原子间相互渗入，结合，在高温中快速形成一薄层类似“锡合金”化合物。

IMC层基本特性：

1.IMC在PCB高温焊接或锡铅重融时才会发生,其生长速度与温度成正比,常温下较慢.直到全铅的阻绝层才会停止。

2.IMC本身具有不良的脆性.影响焊点的机械强度及寿命,尤其是对抗疲劳强度影响最为严重.而且其熔点也较金属要高。

3.由于焊锡在介面附近的锡原子会逐渐移走,而与被焊金属组成IMC,使得该处的锡量减少.对于有铅焊接工艺，使得该处的锡量减少，相对的使铅含量的比例增加,以致使焊点展性增大及固着强度降低,久之会出现多铅的阻隔层,使整个焊锡体的松弛。

4.一旦焊垫上原有的熔锡层或喷锡层与滴铜之间出现“较厚”间距较小的IMC层后，对该焊垫后续再做焊垫有很大的妨碍;  也就是在粘锡性和焊锡性上都会出现劣化的情形。

如HASL退润湿拒焊现象，在板厂时已生成劣质Cu3Sn合金化的IMC死锡。

5.焊点中由于锡铜结晶或锡银结晶的涌入，使得该焊锡体本身的硬度也随之增加，久之会有脆化的隐患。

劣质的IMC层

良好的BGA焊球

BGA焊点气泡空洞

BGA相邻焊点短路

BGA焊点冷焊、不熔锡、生锡、锡未熔（半生田）

BGA焊点拒焊

绿油起翘灌锡

垂直焊盘切片-OK

水平切片-OK

垂直焊端切片-OK

电极的裂纹伤切片

电容切片-NG

电阻切片-NG

仿真人体带 8000V静电放电 ESD放电 3次放大 3000倍

仿真EOS放电

PTH切片的图片

孔内填充上锡高度75%，环绕360,拐角OK

不良焊点孔盘不上锡，拐角OK

左边拐角左OK,右边拐角扩散润湿不足NG

蘑菇头切片后的图片

焊锡未与孔壁实际焊接，中间存在空洞，焊点受到外

传播真知，赋能智造；

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