IPC-7093 CN 2011 底部端子元器件(BTC)设计和组装工艺的实施.pdf - 第117页

A4 研 磨 样 品 准 备 的第三 步 包 括将 密封 材 料 从 试 样 上 去 除 以 外露 感 兴趣 的部位。研 磨是 一 个 打 磨 过程， 慢慢 地 去 除 表面 变 形 层 让 其露 出 底下 非 变 形 区 域 。 研 磨 一 般 用 120 号 - 1000 号 碳 化 硅 砂 纸打 磨 ， 这取决 于 需要 去 除材 料的 数 量。 这 一 步应该 考虑 以 下 几 个 因 素 ： 1. 压 力 ： 样 品 的 硬 …

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附录A
⾦相处理
引⾔
制 备 锡铅 焊 点对 于金相评估来 说需要格外注
意。样品由高硬度(铜-锡)金属间化合物粒子构
成，这些粒子散布在非常软的基材(铅、铅-锡)
上。将这不均匀的物质涂在铜或铁合金硬基材
料上。在达到环氧灌胶材料或热塑性灌胶材料
固化期间的温度，铅锡基质会再结晶。所以推
荐使用固化或制备时温升尽可能
低的聚酯和丙
烯酸灌胶材料。要特别注意在浅表层没有出现
变形和损坏的结构。
金相样品的准备、灌胶和打磨的总要求可在IPC-
TM-650，2.1.10和IPC-MS-810，2.1.1.2上找到。
“Guidelines for High Volume Microsection”和
Leco公司的“金相显微镜原理和程序”也包含有
ASTM E407-70和ASTM E340-68的内容。此外，
ITRI出版物580第5-12页对锡铅焊点破坏性物理
分析(DPA)有启发意义。
A1 切割 金相样品准备的第一步是分离要灌
胶的元器件或焊点。
采用宝石锯、刨锯、磨切
机或类似的切割设备来取走样品。第一步应该
要考虑几个因素：
1. 切割位置：取样时必须格外小心，不能太靠
近切割到感兴趣的焊点。但是，切割应该足
够靠近而不需要过多的打磨。如有疑问，留
出少些多余的材料。通常离感兴趣点留有2.5
mm的材 料是充足的。
2. 夹具：必须小心在夹持样品切割时不要损坏
样
品。
3. 切割速度：应该维持平稳的给料速率和压力以
避免损坏样品。切割时必须避免样品的振动。
4. 切割液体：油、水或其它冷却液体应该可用
于打磨片，尤其是金刚石打磨片。切割液主
要有两方面的目的：
a) 带走碎屑以有效去除切割。
b) 带走切割时产生的热量。当需要干切时，
必须极为小心避免产生的热量可能
影响样
品，尤其是焊点或聚酯材料。选择的冷却
液应该是容易且能够被彻底清除的样品，
这样密封的环氧树脂才能贴合样品表面。
5. 陶瓷预防：由于高硬度，氧化铝陶瓷样品在
切割和研磨时需要使用金刚石切割设备。同
时，铍和氧化铍材料会产生有毒粉尘，必须
禁止干切。
A2 灌胶 用于研磨和抛光的样品应该
使用坚
硬的介质材料进行密封，以获得扁平、均匀的
表面来保护焊点。必须注意确保灌胶流程不会
改变焊点的微结构。板上电镀铜或镍能够大大
保护变形的材料。两种灌胶的方法是：
1. 快速灌胶：此类封装方法可使用热塑性材质
如有机玻璃，一般是不完全透明的。在填充
小孔穴和粘贴样品方面，效果可能不如慢灌
胶。然而，一次快速灌胶通常准备时间约
只
需5-15分钟。在快速封装系统产生的热量随
着产品的不同变化很大。
2. 慢速灌胶：这种一般用环氧化物作为灌胶介
质。真 空 浸渍技术能用 来 去除气泡以改善
密封剂流入密闭空间。一些密封剂必须在60-
90°C下固化，其它的可在室温下固化，但通过
放热反应会产生更高的温度。通过空模实验
将会知道是
否这是个问题。在水盆里固化会
帮助带走过量的热。灌胶时间将需1-8小时，
这取决于产品和固化条件。
A3 灌胶准备 当灌胶样品时，重要的是方向
正确。正确的方向取决于研磨和抛光设备和技
术。实践将确定什么能做，什么不能做。这里
有两个基本的灌胶方法：
1. 垂直灌胶：既可以用胶水粘贴到模具底面也
可用特殊的夹子使样品相对于模具底部垂直
夹持。密封剂然后浇入模具直至充满。
2. 半灌胶：样品水平放置于半充满且已固化密
封剂的模具中。然后给模具充满密封剂让其
固化。样品从侧面进行研磨，这可能不适合
于某些自动化设备。如果这是个问题，应该
使用垂直灌胶。注：本研磨和抛光流程是基
于手
工操作样品的观点而写的。但是，对于
自动化处理流程，大部分概念是适用的，但
要试图调整两流程之间的差异。
IPC-7093-C 2011年3月
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A4 研磨 样品准备的第三步包括将密封材料
从试样上去除以外露感兴趣的部位。研磨是一
个打磨过程，慢慢地去除表面变形层让其露出
底下非变形区域。研磨一般用120号-1000号碳化
硅砂纸打磨，这取决于需要去除材料的数量。
这一步应该考虑以下几个因素：
1. 压力：样品的硬度在某种程度上决
定了所需
的压力。应该保持轻微的压力以避免样品表
面的过度变形。
2. 时间：每张砂纸的使用时间不应该过长。砂
纸使用时间过长会使砂纸磨损和砂粒变钝造
成划痕现象。这可通过更换新的锋利的砂纸
予以纠正。
3. 切割液体：在切割作业时，液体常用来去除
碎屑和防止样品过热。水是
最常用的切割液
体。
4. 陶瓷材料：由于陶瓷的硬度，由陶瓷制成的
元器件、封装和基材如氧化铝(钒土)或氧化
铍，需要使用金刚石切割轮和砂轮。机械加
工如氧化铍的研磨和抛光会产生已被定义为
有害物质的粉尘，这粉尘必须被充足的冷却
液和切割液抑制。OSHA和EPA操作要求将优
先于任何技术操作或使用要求。氧化铍粉
尘
与冷却液混合被定义为有害材料，这方面在
处置时必须加以考虑。
5. 观察窗：常常在精密研磨时，从上面看清楚
样品是有帮助的。这可通过研磨和抛光垂直
于剖面的环氧树脂表面的平整区域来实现。
但是一些自动化设备不允许贴装这些不规则
形状的样品。
6. 硬金属间化合物如：Cu6Sn5、Cu3Sn、i3Sn2、
i3Sn7、AuSn、AuSn2、AuSn4、FeSn、
FeSn2
和Ag3Sn，当颗粒断裂而顺势转动时，会在软
的铅或铅锡基质产生沟痕，与砂轮方向相反
地手动或自动移动或旋转样品会减少沟痕。
A5 抛光 研磨之后金相制备的下一阶段是对
剖面进行抛光，抛光不会对样品表面持续剧烈
打磨。抛光的介质可包括金刚石、氧化铝、氧
化硅或氧化铬。抛光
的介质颗粒大小从大约9μm
至0.05μm以产生均匀、无划花的表面。通常将
抛光分为粗抛(9-1μm)和细抛(1-0.05μm)。在这
步骤中应该考虑以下几个因素：
1. 清洁：常常清洗样品。这是非常重要的，在
抛光的自始自终样品和靠近它的所有东西(包
括手和工作台)要尽可能干净。在开始抛光前
及以后各步骤，样品应该要用温肥皂水清洗
和冲
洗。简单的超声波清洗是清洁裂纹和空
洞的最有效的方式。
2. 抛光布的选择：研磨和抛光的主要区别是研
磨砂粒是固定的，而抛光是采用悬浮流动的
自由颗粒。悬浮物由抛光布保持，其决定了
表面凹凸和光洁的程度。低绒布会比高绒布
产生更平整的表面，但不能完全有效去除刮
花。特殊的细绒布能产生非常平整的、几乎
没有刮花的表面。
3. 抛光添加剂：抛光时用的添加剂起到与研磨
时切割液类似的作用，去除碎屑和减小热产
生。添加剂也保证抛光介质适当扩散。必须
小心使用适当的添加剂数量。太多的添加剂
使样品上浮造成过多凹凸。太少的添加剂使
密封材料软化和吸收抛光介质，尤其是金刚
石颗粒。使用的添加剂与抛
光介质有关，通
常可以使用去离子水或特殊抛光油。
4. 压力：抛光压力应该非常小。过大的压力造
成过大的表面凹凸。
5. 方向：粗抛可按两种方法之一操作。反复试
验的结果会表示哪一种最适合你，此结果会
随着不同类型的样品而不同。全方向抛光包
含绕着砂轮旋转样品，可 以是逆着砂轮方向
也可顺着砂轮方向。这
种方式，抛光是全方向
进行的。但单方向抛光是保持样品不动的，
抛光的条纹是在一个方向排列的，这对于层
状结构是特别有用的。细抛绝大数的情况是
进行全方向抛光的。大多数自动化设备仅有
多方向抛光模式的功能。
A6 蚀刻 蚀刻是金相样品处理的最后一步。
样品应该在蚀刻之前进行检验，检查有无缺陷、
包含物、空隙、裂缝、
颗粒间腐蚀、金属间化合
物的增长和其它异常。蚀刻去除磨损后表面变
形的薄层，揭示了样品的微观结构的细节。蚀
刻需要使用酸或碱的化学方法攻击样品表面。
许多方法可用于蚀刻多种材料。产生的废弃物
处理可能是个问题，因为出现了重金属例如铬
酸盐和有害材料如氧化铍粉尘。安全注意事项
参见ASTM E407-70，化学品应该用USP或F或
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更好的。对于锡和锡合金的蚀刻剂和得到的样
品表面的微观照片，见ITRI出版物580。
1. 铅-锡金相：硝酸浸蚀液(1-5 ml硝酸，100 ml
酒精(95％)或甲醇(95％))浸5-40s在5％的硝
酸溶液中。要去除杂质，浸25s在10％盐酸-
酒精溶液。
2. 铜-锡 金属间化合物各种蚀刻方法如表A-1。
3. 焊料： 焊料可通过用稀盐酸(最多5％)
化学
蚀刻，但可接受的结果通常在非常低压力下
由大量最终抛光获得。焊料对大多数蚀刻剂
有反应，必须小心不要破坏结构。
4. 铜
• 50ml氢氧化铵
• 50ml水
• 3-5mg过硫酸铵
5. 不锈钢或Kovar
• 10mg硫酸铜
• 50ml盐酸
• 50ml水
表A1-1 常⽤于显⽰⾦属间化合物的蚀刻剂
各种蚀刻剂
95ml 水
10ml 10%的铬酸
2ml 盐酸
5ml 硫酸
7g 三氯化铁
75ml 盐酸
200ml 水
100ml 水
100ml 双氧水，浓度3％
100ml 氨水，浓度35％
100ml 双氧水，浓度3％
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