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PCB大講堂:電路板內(nèi)層微短路現(xiàn)象(CAF,Conductive Anodic Filament)

發(fā)布時(shí)間 :2016-07-18 14:48 閱讀 : 來源 :技術(shù)文章責(zé)任編輯 :深圳宏力捷PCB制板部
公司的產(chǎn)品最近一直被這個(gè)【電路板內(nèi)層微短路】不良現(xiàn)象所困擾,因?yàn)橐恢闭也坏阶C據(jù),最近終于有了突破性的進(jìn)展,原因是我們終于找到了電路板內(nèi)微短路現(xiàn)象一直存在的不良板,經(jīng)過與PCB板廠共同分析現(xiàn)象后,不良原因目前指向【CAF(Conductive Anodic Filament,導(dǎo)電性陽極細(xì)絲物,陽極性玻璃纖維絲漏電現(xiàn)象)】也俗稱【玻璃沙漏電】,總算有了點(diǎn)眉目,否則客戶已經(jīng)開始跳腳為什么一直找不到問題。
其實(shí)要找到這類CAF的不良現(xiàn)象還真不容易,首先得找出電路板出現(xiàn)短路現(xiàn)象的地方,然后把能割的線路都割斷,逐漸把可能發(fā)生短路現(xiàn)象的范圍縮小,最好要縮小到是那個(gè)通孔(via)對(duì)通孔,或是哪條線路(trace)對(duì)線路,甚至要量測(cè)出來是那一層銅箔短路,這樣切片(cross section)下去才有比較大的機(jī)會(huì)可以找到微短路的證據(jù)。
 
? 如果你對(duì)PCB及玻璃纖維(Glass Fiber)的結(jié)構(gòu)還不是很了解的請(qǐng)參考【PCB板材的結(jié)構(gòu)與功用介紹】一文。
? 如果你還不是很清楚什么是CAF,請(qǐng)先參考這篇文章【CAF(電路板微短路)形成的可能原因與改善對(duì)策】。
做切片也是一大學(xué)問,切不好或是沒有經(jīng)驗(yàn)的,不是把證據(jù)切不見了,要不就是在研磨的時(shí)候把不是短路的地方磨成像短路而造成誤判。
我們這次其實(shí)分別找了【X特】及【XX院】?jī)杉覍?shí)驗(yàn)室來作切片,結(jié)果【X特】說完全沒有問題,而【XX院】認(rèn)為玻璃纖維布有間隙可能造成CAF的現(xiàn)象。不過因?yàn)楫?dāng)初送樣的不良電路板不同而且也不是一直存在微短路的問題,所以也很難說兩家實(shí)驗(yàn)室的切片結(jié)果誰對(duì)或誰錯(cuò)。
后來我們拿到確確實(shí)實(shí)微短路的板子后,派工程師拿著板子直接殺到PCB板廠,要求當(dāng)場(chǎng)作切片分析,這次才真的證實(shí)有CAF的現(xiàn)象。不過板廠認(rèn)為CAF發(fā)生的原因是我們板子的通孔(PTH via)及盲孔(Blind Via)設(shè)計(jì)太靠近了,現(xiàn)在板廠開始推翻原本說好的0.4mm建議距離,而改成至少要有0.5mm以上了?,F(xiàn)在的孔邊緣到孔邊緣(drill to drill)都已經(jīng)小到0.1mm了,卻回過頭來要求要有0.5mm的距離,簡(jiǎn)直要命與不負(fù)責(zé)任。
不過我們也很理直氣壯的告訴對(duì)方,當(dāng)初板廠review PCB的時(shí)候并沒有提出孔對(duì)孔的距離有問題,而且這個(gè)項(xiàng)目板廠應(yīng)該要比我們系統(tǒng)廠更有經(jīng)驗(yàn)才對(duì),就算設(shè)計(jì)會(huì)有風(fēng)險(xiǎn),但是板廠還是得負(fù)比較大的責(zé)任,不過我們并沒有要求板廠賠償,而是要求板廠提出改善對(duì)策,并要求預(yù)防對(duì)策。
 
下面是板廠針對(duì)CAF提出的改善對(duì)策項(xiàng)目:
1、PP的填充材變更設(shè)計(jì):PP填充材L由S1000變更為S1000H,板廠說S1000H對(duì)CAF的抵抗性比較好。
2、PP迭構(gòu)及配比變更設(shè)計(jì):把Core的PP從原本5張7628的板材,變更為4張7628,而且更改為高RC的填充物。因?yàn)镃ore的PP厚度變薄了,所以在Core的上、下PP層各增加一層3313來維持原來基材的厚度。 
  樹脂配方 填料 Z-CTE 鉆孔/Desmear/PTH性能 CAF性能 T260 min T280 min Td °C 288°C/10s浸錫次數(shù)
S1000 臭化環(huán)氧和含N改姓 復(fù)合填料,總比例20%左右 0.034 兩者相當(dāng)   60 10 335 15
S1000H 臭化環(huán)氧和酚醛改性環(huán)氧 復(fù)合填料,總比例30%左右 0.028 兩者相當(dāng) 更具優(yōu)勢(shì) 60 20 348 20
3、降低鉆床進(jìn)刀速度:從80降到50。
雖然這些分析有很多是自己親自參與分析的,但經(jīng)過這次的機(jī)會(huì)教育與開會(huì)討論后,個(gè)人也對(duì)PCB的結(jié)構(gòu)及材料有了更進(jìn)一步的了解,另外,對(duì)于分析CAF的方法也學(xué)到許多經(jīng)驗(yàn)。
懷疑PCB有CAF發(fā)生的時(shí)候,可以先用電測(cè)與割線路的方式逐步縮小CAF的范圍,作切片之前可以先用超音波檢查PCB是否有分層剝離(delamination)的現(xiàn)象,使用超音波的時(shí)候必須先把零件移除,這樣才不會(huì)影響到超音波的讀取,然后依據(jù)超音波的判斷作切片并選擇水平方向或是垂直方向研磨?,F(xiàn)在有新的【3D X-Ray CT】解決方案出現(xiàn),或許以后可以用這種非破壞性的設(shè)備來檢測(cè)這類的不良現(xiàn)象。
CAF發(fā)生的原因是PCB內(nèi)相鄰的兩點(diǎn)(線路或通孔或分層)由于電位差(Bias)加上濕氣(Moisture)的環(huán)境助長(zhǎng),讓導(dǎo)電性物質(zhì)(Cu2+)沿著玻璃纖維布(PP)的間隙從陽極向陰極方向生長(zhǎng)所產(chǎn)生的電化遷移(ECM, Electro-Chemical Migration)現(xiàn)象。
 
不過我們這次用EDX打到的是Au而不是Cu,看來在化金處理的過程中就已經(jīng)有問題產(chǎn)生了。我們公司用的板子是ENIG。
▼下面的圖片是實(shí)驗(yàn)室切片出來的報(bào)告,可以發(fā)現(xiàn)玻璃纖維布有裂縫產(chǎn)生,而且有些導(dǎo)電物質(zhì)沿著玻璃纖維束的間隙滲透成長(zhǎng),但還不到發(fā)生短路的階段。 
圖片是實(shí)驗(yàn)室切片出來的報(bào)告,可以發(fā)現(xiàn)玻璃纖維布有裂縫,而且有些導(dǎo)電物質(zhì)沿著玻璃纖維束的間隙滲透成長(zhǎng),但還不到發(fā)生短路的階段。
▼懷疑PCB有CAF發(fā)生時(shí),可以先用電測(cè)與割線路的方式逐步縮小CAF的范圍,可能還得移除板子上面的電子零件,先除去可能的干擾因素。
懷疑PCB有CAF發(fā)生時(shí),可以先用電測(cè)與割線路的方式逐步縮小CAF的范圍,可能還得移除板子上面的電子零件,先除去可能的干擾因素。
▼慢慢確認(rèn)CAF發(fā)生的位置,可以配合Gerber查看PCB的結(jié)構(gòu)是否有通孔太近或是線路太近的問題。 
慢慢確認(rèn)CAF發(fā)生的位置后,可以配合Gerber查看PCB的結(jié)構(gòu)是否有通孔太近或是線路太近的問題。
▼下面圖片是確認(rèn)短路持續(xù)發(fā)生的板子切片后所呈現(xiàn)出來的樣子,在還沒有使用藥水處理前,可以看到一長(zhǎng)條「銅」的現(xiàn)象橫跨在通孔與盲孔之間,不過這也有可能只是切片研磨的時(shí)候把通孔孔壁的銅給帶過去的而已。
圖片是確認(rèn)短路持續(xù)發(fā)生的板子切片后所呈現(xiàn)出來的樣子,在還沒有使用藥水處理前,可以看到一長(zhǎng)條的有同元素的現(xiàn)象橫跨在通孔與盲孔之間,不過這也有可能只是切片研磨的時(shí)候把通孔孔壁的銅給帶過去的而已。
▼下面圖片使用藥水處理過,清潔切片研磨時(shí)可能的沾污,用EDX打出來結(jié)果發(fā)現(xiàn)Au(金)的元素介于通孔與盲孔的中間。(后來詢問廠商說Au是他們涂上去的~~)
ACF(Conductive Anodic Filament,導(dǎo)墊性細(xì)絲物,陽極性玻璃纖維絲漏電現(xiàn)象)。圖片使用藥水處理過,清潔切片研磨時(shí)可能的沾污,用EDX打出來結(jié)果發(fā)現(xiàn)Au(金)的元素介于通孔與盲孔的中間。
▼用EDX打出來Au(金)的元素介于通孔與盲孔之間第一個(gè)位置。 
ACF(Conductive Anodic Filament,導(dǎo)墊性細(xì)絲物,陽極性玻璃纖維絲漏電現(xiàn)象)。用EDX打出來Au(金)的元素介于通孔與盲孔之間第一個(gè)位置。
▼用EDX打出來Au(金)的元素介于通孔與盲孔之間第二個(gè)位置。 
ACF(Conductive Anodic Filament,導(dǎo)墊性細(xì)絲物,陽極性玻璃纖維絲漏電現(xiàn)象)。用EDX打出來Au(金)的元素介于通孔與盲孔之間第二個(gè)位置。


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