微切片制作（四）

  1. 4 微蚀算老几  

微切片之制作经仔细抛光后，即需进行小心的微蚀，如此方可使各种金属层次得以清楚的界分开来。通常微蚀液会因不同金属而有不同的配方，针对铜金属而言，起最理想的配方是“稀氨水+双氧水”(体积比3-10%氨水约300cc，再加上新鲜有效的双氧水2-3滴即可。早期所用稀硫酸加铬酸的配方，其效果没有氨水法来的好)。配方虽然有了，要注意有是正确的使用才能呈现出应有的效果。以下即为笔者多年来的一些实务心得，特据以实报分享读者：

1、此种微蚀液一定要用纯水或蒸馏水去配制，不可用含有杂质的自来水，因在00-500X高倍显微镜下，任何不良的蚀液都会造成细部效果的失佳。不信您可实地加以比较，一试便知真假。

2、所配微蚀液之量不可太多，以30-50cc为宜，因其寿命仅约1-2小时而已。一旦放置太久双氧水将会失效，此时虽可再加1-2滴做为补充，但效果并没有新配液来的好。且用过的棉花棒也不可重用，以全新者为宜。

3、抛光面上经微蚀液擦抹后，其铜面将迅速产生微小气泡，此即表示反应已在进行。来回擦蚀约1-3秒钟后，应立即用卫生纸迅速擦干试净，之后可做显微观察，若效果不足时，再用新棉花棒继续吸液擦抹。

4、若PTH孔样中已有填锡时，由于贾凡尼效应的缘故，会使得铜结晶不易被咬出来。须改采较低浓度微蚀液及较长时间去小心擦咬，否则铜面很容易过度氧化而变红变暗。一旦如此则只好再重行抛光及微蚀了。

5、其他金属之微蚀液并无定论，专书中虽曾列有多种配方，但均需实做以找出可行之道，此处不再祥述。

图1.此放大500倍之二图。左图为尚未微蚀之孔环与孔壁互连画面，只看到模糊的概略影像，分不清孔壁与孔环之铜层组织。右为同一孔样在6-8%稀氨水约三秒钟的微蚀后,即可见到清晰的画面，二者几有天壤之别。

图2.此为同一孔样同位置处放大200倍之切片，其微蚀前后有判若两人的感觉，连各铜层的厚度也出现真假不同的对比。至于环壁之间未能除尽的胶渣，更令人有大小不同的感受，由此可知微蚀的重要性。注意二图为电脑记忆后所输出的显微画面，其画质解像度似不如光学直接摄影之前二图。

图3.此为填锡孔之切样，由于锡铅量出现太多，会影响到铜微蚀的效果。此时可将微蚀液的氨水降到2-3%，双氧水也要减半，经多次小心翼翼的试咬之下才能得到美丽的画面。左图不但可清楚的看到孔环Grade 1铜箔被热应力在高温过度之Z膨胀下所拉裂的情形。中图几右图之微蚀则似嫌不足。

图4.此为三种微蚀的比较，左图为微蚀不足，中图为微蚀过度以致铜面出现氧化变暗的现象。右图为适宜微蚀放大500倍环壁互连之精彩镜头。注意，喷锡层中黑色部分为铅,白色者为锡，而锡铜介面处之狭窄状暗红色处，即为贾凡尼效应使得铜面呈氧化之现象。

图5.上二图均为水平五次镀铜之200X切片，其流程为水平PTH后立即连续两个Module的高速一次铜(50ASF)， 进行影像转移又回到三个Module去镀二次铜。由于二铜前微蚀致使第二层变薄，随后绿漆前微蚀又将第五层也弄薄了。上左图因孔口S/M有破口以致镀上化镍，上右图为TCP其5mil宽焊垫上的化镍金与Super Solder层。 下图为放大500X之铜箔其棱线上的铜瘤清晰可见。

图6.通孔中灌满焊锡柱体之微切片，当欲进行“氨水+双氧水”对各层次之微蚀时，须要将氨水与双氧水之浓度减半，并用新棉花棒吸液后，以较长时间去漫漫擦蚀才行。上附 200X之二画面中，远离大量的锡焊的微蚀铜面都很精彩，但邻近焊锡的铜面却因微蚀中过度氧化而变成暗棕色，且颗粒也相当粗糙，这当然是出自焊锡铅合金干扰所致。

图7.笔者二十多年前任职美商安培电子公司PCB厂时，微蚀液系采铬酸加稀硫酸配方。此液所蚀之铜面刻画较浅，只能大概界分(Define)出层次来，想要看清晶粒组织并不容易。不过此液较不易老化，比氨水配方要耐久些。上二放大300X与800X者均 为铬酸法所微蚀，到了800X才勉强看出晶粒来。下二为氨水微蚀放大200X之画面， 显然清楚很多。

图8.上列五图为正确“氨水”配方的微蚀画面，按顺时针说明：上左此珍藏十八年之400X图，一铜系焦磷酸铜镀层，其片状结晶及断层特征清晰可见；上右1000X之金手指截面，金层全部明显呈现；中间图右中均为500X五槽水平镀铜之切样；中间图左100X化镍浸金后之局部孔壁，由于铜面不洁致使化镍层附着力不牢而产生浮离情形。下列三图系铬酸之微蚀画面，左500X看不到一铜与二铜的分界，中1000X结晶也甚含糊，右500X铜层之分界也不太清楚。

图9.左为200X之军用八层板老照片，是有四张双面薄基板压合而成的。为减少后制程中的内环破裂起见，一律采用“低棱线”(Low Profile)的HTE铜箔，不过微蚀后发现其中一张竟然混错了材料的Grade 1标准铜箔，其较粗的柱状结晶一眼就看到了。虽然氨水法对各种铜层的微蚀都很好用，但出现较多锡铅层或镍层时，就很不容易显现界分了。中右二200X的打金线承垫就很不好咬，此二垫面之镀镍厚度在0.5mil以上。

图10.此二100X画面上共有三种不同结晶的铜层呈现，ED铜箔为高电流密度所镀(1000ASF以上)，呈现柱状组织(Columnar Structure)，一次铜为焦磷酸铜镀层，呈现片状结构并有圆弧状之断层，二次铜则为硫酸铜之不规则组织，左图最外有镍层，右图有熔锡层(Solder Reflow)。