IPC-7093 CN 2011 底部端子元器件(BTC)设计和组装工艺的实施.pdf - 第118页
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…
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
2011年3月 IPC-7093-C
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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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附录B
染⾊渗透试验
印制线路板组件的BTC封装染色渗透分析能用
来确定组装工艺参数和焊点的质量/完整性。以
下流程使用荧光染色剂，这在UV灯光下检验时
会加强缺陷瑕疵。
步骤1：BTC封装清洁 准备所选感兴趣的BTC
封装用丙酮溶剂冲洗。将BTC封装在丙酮液中
完全淹没，并在超声波清洗机中持续清洗60s。
从丙酮溶液中取出BTC封装，用干净的压缩空
气
将元器件上所有残留溶液吹走，然后在100°C
下烘烤20min，确保封装没有残留溶液。这封装
清洁过程是要保证BTC完全没有助焊剂或其它
阻碍染色渗透的物质残留。
步骤2：施加染⾊剂 加入染色渗透剂将BTC封
装淹没。如果完全淹没BTC封装是不可能的，
或将BTC封装从印制线路板组件取下是不可能
的，可将印制线路板组件放平，在BTC封装的
边缘
加入染色渗透剂以便将染料流入封装本体
的下面。要保证已加入了充足的染料，这样整个
BTC封装的底部均已覆盖。
步骤3：真空 在BTC封装淹没后，外部施加真
空将可能藏在封装底下的空气抽出。真空持续
时间60s是可接受的，但可用较长的时间。施加
真空应该注意因为染色渗透剂可能会沸腾或飞
溅。调节真空度可以减少染色溶液的沸腾
。染
色剂的沸腾将影响渗透和流入BTC封装小裂缝
的效率。注：不同的染色剂配方有不同的真空
反应特性。
步骤4：烘⼲染⾊剂 用实验室擦试布去除BTC封
装过多的染色剂。在100°C下烘烤至少30min，在
50-100°C下烘烤至少10-30min。烘烤时间/温度
需要根据具体的染料配方调整，待测试的BTC
封装和/或组件具有大的热质量。
步骤5：冷冻BTC封装 推荐将BTC封装
浸在液
态氮中冷冻以便于拉拔。应该注意如果直接接
触，液态氮会灼伤皮肤，因此需要适当安全防
护(手套、眼睛保护等)。封装浸入液态氮中的
持续时间取决于封装的热质量。当室温的BTC
封装浸入时，液态氮会“沸腾”，但当与液态氮
达到平衡后，沸腾作用就会中止。
步骤6：取⾛BTC封装和拉拔测试 从液态氮槽
中取走BTC封装然后拉拔。BTC封装应该被轻
易拔离，提供的拉拔工具对于封装的尺寸来说
是足够的。拉拔时应该注意确保垂直/拉伸的力
而不是水平/剪切的力加到BTC封装上。剪切力
将影响焊点断裂面的质量。
步骤7：断裂焊点的检验 检验最终断裂面和记
录结果。同时检验两断裂面(PCB和BTC)出现染
色是重要的。
图B1-1
图示了经历染色和拉拔程序后的BTC元
器件和PCB焊盘。
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