每个电子元件都有一个没有相机、没有 X 射线、也没有人眼可以看到的结构部分：孔壁内电镀层的厚度、锡渗透到元件引脚、锡和铜之间形成的金属间化合物层。如果你想知道这些事情，你就必须剪出样本。
本文解释了什么是切片、为什么它是唯一可以回答一组特定问题的方法、样品制备过程需要什么，以及在使用结果得出结论之前需要注意的四个限制。
1. 什么是切片？
切片（也称为切片、显微切片）是将样品（电路板、焊点、连接器、电缆）通过待研究的正确位置切割，将样品模制成塑料模具，将切片研磨和抛光至必要的平整度和光泽度，然后在光学显微镜或电子显微镜下观察的方法。
核心原理：切片创建三维结构的二维“切片”。位于切割平面上的所有物体都是可见的；任何偏离该平面的东西都会被忽略。这既是该方法的优点，也是最大的限制。
2. 为什么需要切样？外面的事是无法告诉的
| 问题 | 目视检查/AOI | X 射线 | 切片 |
|---|---|---|---|
| 孔内镀层厚度 | 看不到 | 无法测量 | 直接测量 |
| 元件引脚吸锡 | 只看到暴露的部分 | 只看整体造型 | 查看整个焊点切片 |
| 锡和铜之间的金属间化合物层 | 看不到 | 看不到 | 可见且可测量 |
| 孔壁内部出现裂纹 | 看不到 | 看得见但难以量化 | 清楚地看到位置和长度 |
| 材料层之间的分离 | 看不到 | 局限性 | 看清楚 |
| 孔与孔环同心度 | 仅顶部可见 | 无法准确测量 | 可测量的 |
简而言之：切片回答了以下问题内部尺寸和材料层之间的粘合质量。这是一组非破坏性方法只能提出建议而不能证实的问题。
3. 六大指标只能用切片来衡量
- 孔镀层厚度：决定钻孔的导电性和机械强度。
- 表面涂层厚度：焊盘上的化学或电镀层，直接影响焊接能力。
- 圆角和润湿角：指示焊点是否已形成真正的结合或只是表面连接。
- 金属间化合物层厚度：太薄，粘合力弱，太厚，又脆 — 这是长期可靠性因素。
- 空洞和层分离：确定内部缺陷的位置、大小和密度。
- 层偏差及层数：检查多层电路板设计是否正确，压合过程中是否错位。
4. 样品制备过程：决定图像质量的五个步骤
| 步骤 | 目的 | 常见错误 |
|---|---|---|
| 剪下图案 | 通过要测量的正确位置创建初步切片 | 选择错误的地点；产生的热量使样品变形 |
| 镶嵌样品 | 将样品固定到位并保护切割边缘 | 成型不严密，塑料流入间隙，造成样品边缘扭曲 |
| 粗磨 | 压平切片，将样品带到正确的平面进行检查 | 磨削过多会导致待检零件丢失 |
| 抛光 | 去除划痕和表面变形层 | 忽略晶粒水平，留下覆盖结构的变形层 |
| 腐蚀（如有必要） | 增加相和材料层之间的对比度 | 腐蚀太强会导致小细节丢失 |
需要强调的是：实际上，大多数不令人满意的切片图像是由样品制备引起的，而不是由显微镜引起的。带有精心准备的样品的普通显微镜比带有划痕或倒角样品的高端显微镜产生更好的图像。
5. 阅读切片图像：查看四组特征
- 厚度：电镀层、介电层、涂层 — 测量并与设计要求进行比较。
- 接口形状：焊点润湿是否均匀，是否有凹角，锡与元件引脚之间是否有间隙？
- 残疾：空洞、裂纹、分层、杂质、错位 — 记下位置和尺寸。
- 晶体结构：颗粒尺寸、金属间化合物层形态、过热或冷却过快的迹象。
6. 什么时候需要做切片，什么时候不需要？
| 情况 | 需要切片吗？ | 原因 |
|---|---|---|
| 确认新供应商的板批次 | 是的，在第一批中 | 测量电镀厚度和钻孔质量 |
| 快速筛查限用物质的存在 | 否 | 使用更合适的元素筛选方法 |
| 热震试验后焊点出现裂纹 | 是的 | 需要确定裂纹的位置和机理 |
| 100% 检验生产线上的产品 | 否 | 破坏性方法，不适用于整个批次 |
| 客户投诉焊点变形 | 是的 | 用照片证明内部结构 |
| 在批量生产之前评估新设计 | 应该有 | 在设计错误变得代价高昂之前发现它们 |
7. 该方法的四个局限性
- 样品销毁：切割后的样品无法返回生产线。因此，成本包括样本值。
- 只看到一架飞机：位于切片外部的缺陷不会出现在图像中。 “未发现错误”的结论仅适用于剖切面。
- 取决于运营商：对于同一个样品，如果测量过程和测量点的定义不同，两个技术人员可能会得到不同的图像和测量结果。
- 限定型号：不可能对整个批次进行切割，因此结果始终是样本的结论，需要放在抽样的背景下。
8. 常见问题
切片和显微切片有什么不同吗？
在实际使用中，这两个词经常互换使用。 “显微切片”强调在显微放大倍数下观察，而“切片”则强调切割结构。文件中应有统一的名称，以免产生误解。
是否可以在不破坏图案的情况下进行切片？
不，该方法的本质是样品切割。然而，如果设计考虑到这一点，可以通过在允许的区域（例如优惠券区域或非功能边缘区域）选择切割位置来减少损伤。
一次评估需要多少样本？
取决于目标和风险级别。对于新供应商的新批次，应从面板上的许多不同位置采集样品，而不是从同一位置采集多个样品。
可以用切片来得出整批的结论吗？
仅在抽样和样本数量允许的情况下。一个切片代表一个点；整个批次的结论需要样本集和相应的统计参数。
所有类型的产品都需要切片吗？
不会。对于没有焊点或没有多层结构的产品，该方法的价值会很低。它对于多层板、隐藏焊点和金属互连最有价值。
9. 结论
切片是直接观察焊点和电路板内部结构的唯一方法：镀层厚度、锡渗透、金属间化合物层、空洞和分层。它不会取代非破坏性方法，而是在尺寸和材料粘合问题组中对其进行补充。
要做的三件事：在选择切割位置之前确定需要回答的问题；投资样品制备，因为这是照片质量的决定因素；并在报告中明确说明结论与切割平面和具体样本集有关。
参考资料
- IPC-TM-650 方法 2.1.1 — 显微切片，用于制备印刷电路板切片样品的程序。
- IPC-A-600 — 印刷电路板验收标准，切片评估。
- IPC-6012 — 刚性印刷电路板的技术和性能要求。
- IPC-A-610 和 J-STD-001 — 焊接验收标准和焊接材料要求。
- ASTM E3——金相样品制备指南； ASTM E407 — 金属腐蚀。
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