Cross Section

華南檢測中心金屬實驗室

切片 ( 金相 ) 技術及應用實例 講師 ﹕洪 偉 強 Tel:

73118

Date: 2004/8

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主要內容 1. 金相制備原則 2. 金相制備過程 3. 常見制備假象及產生原因 4. 切片制作實例 2

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一、金相制備原則

1.1 有系統的制備 (Systematic preparation) 樣品的制備要遵守一些對大部份材料均有效的 規則。具有相似性質 ( 硬度及延展性 ) 的不同材料會 有相似的反應 , 所以在制備期間要用到相同的耗材。

1.2 再現性 (Reproducibility) 當我們的工作是例行性的 , 在相同條件下檢視 相同的樣材時 , 我們都希望每次均能得到相同的結 果 , 此即制備結果的再現性。

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一、金相制備原則

1.3 真實結構 (True Structure) 理論上 , 我們想要檢視的樣品表面應當能 呈現出我 們所要分析的精確結構。理想的情況是樣品表面具備下列條 件: a. 沒有變形 (No deformation) b. 沒有刮痕 (No scratches) c. 沒有脫落 (No pull-out) d. 沒有引入異物 (No introduction of foreign elements) e. 沒有模糊 (No smearing) f. 沒有浮雕 (No relief) g. 沒有邊緣圓化 (No edge rounding)

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一、金相制備原則

1.4 可接受的制備結果 (Acceptable preparation results) 1) 一般而言 , 只有在少數情況下才必須得到真實結構。 對大部份檢視工作而言 , 幾道刮痕或輕微的“邊緣圓化 ”無關緊要。因此我們需要一種“可接受的制備結果”。 2) 完工表面 (finished surface) 只需達到可供從事某種特 定分析的良好程度即可。任何超出該要求的制備只 是增加整體製作成本而已。 5

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二、金相制備過程

˙ 金相制備過程分為五個階段 , 每個階段都必須正 確執行以確保獲得滿意的結果。這五個階段為 :

切割 鑲埋

2.1 切割 (Cutting) 目的﹕方便后續的鑲埋﹐研磨拋 光。 注意﹕ 1) 變形應盡可能的少 ( 磨粒 ) 切割片的種類 ˙ 濕式切割 切割 用途 片的選擇 2) 取樣必須代表母材特性 鑽石切割片 用於切割陶瓷或燒結碳 化物 : 氧化鋁切割片 用於切割鐵系金屬 氮化硼切割片 用於切割較硬的鐵系金屬 碳化硅切割片 用於切割非鐵系金屬

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二、金相制備過程

2.2 鑲埋 (Mounting) 方法 : 1) 熱鑲 埋 (150~180℃) _ 適用於金屬材料 2) 冷鑲埋 ( 常溫 ~85℃) _ 適用於非金屬材料 目的 : 1) 固定樣品 , 方便研磨及拋光 2) 保護邊緣 , 增進制備效果 注意 : 1) 樣品標記 2) 樣品清洗 ( 超音波 ) 3) 真空冷埋 , 配膠比例 , 混合均勻

熱鑲埋

冷鑲埋 7

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二、金相制備過程

2.3 研磨 (Grinding) 步驟 : 1) 粗磨 (320#﹐ 500#﹐ 800#) 2) 細磨 (1200#﹐ 2400) 目的 : 1) 粗磨 _ 快速移除材料 2) 細磨 _ 精確研 磨到觀察面 3) 獲得輕微磨損的表面﹐ 為 拋 光作准備 注意 : 1) 防止污染 2) 磨痕均勻 , 方向一致 3) 由粗到細 , 不可跳號

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二、金相制備過程

2.4

(Polishing)

步驟 : 1) 粗拋 (6μm 或 3μm) _ 金鋼石效果較氧化鋁要 好 2) 細拋 (1μm )_ 適用鋼 , 銅 , 鋁 3) 精拋 (0.1μm 或 0.05μm)_ 適用錫等極軟金屬 目的 : 1) 粗拋 _ 快速移除研 磨變形層 2) 細磨 _ 移除粗拋 變形層 3) 精拋 _ 消除細拋消除細拋變形層 4) 獲得基本無變形層的表面﹐ 為 拋 光作准備 注意 : 1) 防止污染 2) 拋光痕均勻 , 方向一致 3) 由粗到細 , 不可跳號 粗 拋

細 拋

精 拋

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二、金相制備過程

2.5

(etching)

不同金屬適用不同的腐蝕液 . 目的 : 1) 顯現金屬內部組織結構 2) 分清 不同金屬界面 3) 減少制備假象 注意 : 1) 按標準比例配置 2) 正確掌握腐蝕時間 3) 注意化學藥劑的使用 安全 未顯銅分層線

微腐蝕過淺

常用腐 蝕液

適用範 圍

硝酸酒 精

碳鋼 , 合金 鋼

鹽酸 +FeCl 3

不銹鋼

氫氟酸 液

鋁合金 ,

氨水 + 雙氧 水 + 純水

銅合金 , 含銅電 子零件

鈦合金

銅層組織變暗

可見銅分層線

微腐蝕過深

正確的微腐蝕

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三、常見制備假象及產生原 因 項次

制備假 象

1

銅層氧化 污染

2

水漬

3

刮痕

4

拋光不足

5

拋光黑線

6

磨痕

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三、常見制備假象及產生原 3.1 銅層氧化污 因 染

銅層氧 化污 染

原因 :1) 砂紙用舊﹐磨削力不足 2) 砂紙殘留磨屑過多﹐污染樣品 擦

3) 用勁過大﹐ 鋼層不是被切割而是被磨 12

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三、常見制備假象及產生原 因

3.2 水漬

水漬

原因 : 1) 樣品存在較多的空 隙 , 灌膠時未填潢 2) 水 , 酒精或腐蝕劑在 吹幹時 , 甚至在顯微鏡 檢視時從間隙流出

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三、常見制備假象及產生原 因

3.3 刮痕 (Scratch)

刮痕

原因 : 1) 粗磨后樣品未清 洗干淨 2) 砂紙受外來較粗顆粒污染 3) 粗磨時用力過大﹐ 磨痕不均勻

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三、常見制備假象及產生原 因

3.4 拋光不足

殘留上道磨痕

原因 : 1) 拋光時間不足 2) 拋光壓力過輕 3) 拋光布過舊

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三、常見制備假象及產生原 因

3.5 拋光黑線

Ni 層出現黑線

原因 : 1) 拋光壓力過大 2) 精拋 時間過長 16

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三、常見制備假象及產生原 因

3.6 磨痕

磨痕 原因 : 外來顆粒在樣品表面滾動 未作切割動作而留下的痕 跡 1) 樣品未清潔干凈 2) 拋光布受污染

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四、應用實例

1. BGA Solder Shortcircuit

Picture 4, 100X

Picture 3, 15X

˙Sampling From: DMD(II) Engineering Dept ˙Inspection Date: 2004/2/13 ˙Description:

Two BGA were soldered together resulted in shortcircuit.

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2. Cross Section of Conductive Particles FPC Lead

Conductiv e Particle

Conductiv e Particle

FPC Lead

PCB Lead

PCB Lead Picture 5, 1000X

Picture 6, 1000X

˙Sampling From: InnoLux MB/NPE ˙Inspection Date: 2004/2/28 ˙Description:

Showing the conductive particles connected the FPC Lead with the PCB Lead. 19

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3. Cross Section of PTH

Picture 3, 50X

Void

Picture 4, 50X

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5. Failed South Bridge in M/B 情況說明 : 1100 C 版 M/B 送回台北 做 ER 測試前 , Pre-test 時 發現 SATA 硬碟插入 SATA1 連接器無法開機 , SATA2 則可以 , 手指壓南 橋後 則可開機 , 在南橋四 角輕輕拉起 , 則又 shout down, 重現率 100% 台北 2D X-ray 及龍華 5D X-ray 觀察無異常 序號如左 21

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4. BGA Bump Cross Section

BGA Bump

Typical Cross Section

BGA Bump

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基準

South Bridge: F401NB69 23

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圖 2-7-100X

第二排 : 第 7 顆 球

2-7-5-500X 24

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第二排 : 第 7 顆球

2-7-1-500X

2-7-3-500X

圖 2-7-100X

2-7-2-500X

2-7-4-500X

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圖 2-9-100X

第二排 : 第 9 顆 球

2-9-5-500X 26

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第二排 : 第 9 顆球 2-9-1-500X

2-9-3-500X

圖 2-9-100X

2-9-2-500X

2-9-4-500X

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6. FPC 導通不良案例

1. 不良現象描述 產品型號 : MT170ES01

開發階段 :MVT

發現時間 / 日期 : 2004 /

03 不良現象描述 : 在 LOT 站電檢所有 PATTERN 皆可發現有 V-Block 現象 ( 見圖 一 , 二 ), 其位置對應于一顆 IC 寬度範圍内。大多是 S1,S5 FPC, 用手碰 觸 FPC 時會發現垂直區塊消失，畫面顯示正常。手離開時，垂直區塊會 再現。 V-Block

V-Block

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6. FPC 導通不良案例

2. 原因分析 測試工具：萬用錶 測試方法：將 FPC 上綫路一端進行短路處理， 將萬用錶一表筆固定于短路端，另一表筆接上一根針狀觸頭， 用針狀觸頭依次移動于每一根綫路，判斷斷路綫路。 短路區域

針狀觸頭測試端 黑色為已測出之 open 綫路

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6. FPC 導通不良案例

3. Cross Section 驗證 Ni Cu PI 斷裂部

OPEN 綫路切面

未折斷綫路切面

測量綫路各層厚度 : PI :26 um

Cu : 16 um

Ni:18 um

廠商 FPC 規格

PI :25 um

Cu : 17.5 um

Ni:3~9 um

實測各層厚度

PI :26 um

Cu : 16 um

Ni:18 um 30

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6. FPC 導通不良案例

Ni 層較厚

Ni 層厚度正常

4. 結論 廠商提供的 FPC 因 Ni 層太厚 , 導致 FPC 韌性不夠 , 綫路易折斷。 31

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謝謝大家 !

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