|
|
 |
解開謎團：原來CAF才是PCB微短路的幕後黑手。從懷疑、尋找、鎖定到對策
公司的產品有前陣子一直被這個【電路板內層微短路】不良現象所困擾，因為短路並不是出現在零件端，所以一直找不到證據。最近終於有了突破性的進展，原因是我們終於拿到電路板內層微短路現象一直存在的不良板，經過與PCB板廠共同分析現象後，不良原因目前指向是【CAF(Conductive Anodic Filament，導電性陽極細絲物，陽極性玻璃纖維絲漏電現象)】也俗稱【玻璃紗漏電】，案件總算有了點眉目，否則客戶已經開始跳腳為什麼一直找不到問題。
其實要找到這類CAF的不良現象還真不容易，首先得找出電路板出現短路現象的地方，然後把能割的線路都割斷，逐漸把可能發生短路現象的範圍縮小，最好要縮小到是那個通孔(via)對通孔，或是哪條線路(trace)對線路，甚至要量測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會可以找到微短路的證據。
-
如果你對PCB及玻璃纖維(Glass Fiber)的結構還不是很瞭解的請參考【PCB板材的結構與功用介紹】一文。
-
如果你還不是很清楚什麼是CAF，請先參考這篇文章【CAF(電路板微短路)形成的可能原因與改善對策】。
做切片也是一大學問，切不好或是沒有經驗的，不是把證據切不見了，要不就是在研磨的時候把不是短路的地方磨成像短路而造成誤判。
我們這次其實分別找了【X特】及【XX院】兩家實驗室來作切片，結果【X特】說完全沒有問題，而【XX院】認為玻璃纖維布有間隙可能造成CAF的現象。不過因為當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驗室的切片結果誰對或誰錯。
後來我們拿到確確實實微短路的板子後，派工程師拿著板子直接殺到PCB板廠，要求當場作切片分析，這次才真的證實有CAF的現象。不過板廠認為CAF發生的原因是我們板子的通孔(PTH via)及盲孔(Blind Via)設計太靠近了，現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。現在的孔邊緣到孔邊緣（drill to drill）都已經小到0.1mm，卻回過頭來要求要有0.5mm的距離，簡直要命與不負責任。
不過我們也很理直氣壯的告訴對方，當初板廠review PCB的時候並沒有提出孔對孔的距離有問題，而且這個項目板廠應該要比我們系統廠更有經驗才對，就算設計會有風險，但是板廠還是得負比較大的責任，不過我們並沒有要求板廠賠償，而是要求板廠提出改善對策，並要求預防對策。
用影片介紹什麼是CAF？
下面是板廠針對CAF提出的改善對策項目（有經驗的朋友幫忙看一下）：
-
PP(Prepreg，絕緣膠片)的填充材變更設計：PP填充材由S1000變更為S1000H，板廠說S1000H對CAF的抵抗性比S1000好。
-
PP疊構及配比變更設計：把Core的PP從原本5張7628的板材，變更為4張7628，而且變更為高RC的填充物。因為Core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。
PP 樹脂配方 填料 Z-CTE 鑽孔/
Desmear/
PTH性能CAF性能 T260 min T280 min Td °C288°C/10s浸錫次數 S1000 溴化環氧和含N改姓 複合填料，總比例20%左右 3.4% 兩者相當 60 10 335 15 S1000H 溴化環氧和酚醛改性環氧 複合填料，總比例30%左右 2.8% 兩者相當 更具優勢 60 20 348 20 -
降低鑽床進刀速度：從80降到50。
雖然這些分析有很多是自己親自參與的，但經過這次的機會教育與開會討論後，個人也對PCB的結構及材料有了更進一步的瞭解，另外，對於分析CAF的方法也學到許多經驗。
當我們懷疑PCB有CAF發生的時候，可以先用電測與割線路的方式逐步縮小CAF微短路的範圍，作切片之前可以先用超音波掃描檢查PCB是否有分層剝離(delamination)的現象，使用超音波的時候必須先把零件移除，這樣才不會影響到超音波的讀取，然後依據超音波的判斷作切片並選擇水平方向或是垂直方向研磨。現在有新的【3D X-Ray CT】解決方案出現，或許以後可以用這種非破壞性的設備來檢測這類的不良現象。
CAF發生的原因是PCB內相鄰的兩點（線路或通孔或分層）由於電位差(Bias)加上濕氣(Moisture)的環境助長，讓導電性物質(Cu2+)沿著玻璃纖維束的間隙從陽極向陰極方向生長所產生的電化遷移(ECM, Electro-Chemical Migration)現象。
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有問題產生了。我們公司用的板子是ENIG表面處理。
▼下面的圖片是實驗室切片出來的報告，可以發現玻璃纖維布有裂縫產生，而且有些導電物質沿著玻璃纖維束的間隙滲透成長，但還不到發生短路的階段。 
▼懷疑PCB有CAF發生時，可以先用電測與割線路的方式逐步縮小CAF微短路的範圍，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。 
▼慢慢確認縮小CAF發生的位置，可以配合Gerber查看PCB的結構是否有通孔太近或是線路太近的地方。 
▼下面圖片是確認短路持續發生的板子切片後所呈現出來的樣子，在還沒有使用藥水處理前，可以看到有一長條「燈芯銅」的現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候把通孔孔壁的銅給帶過去的而已。
▼下面是使用藥水處理過的圖片，清潔切片研磨時可能的沾污，用EDX打出來結果發現Au(金)的元素介於通孔與盲孔的中間。（後來詢問廠商說Au是他們塗上去的～～）
▼用EDX打出來Au(金)的元素介於通孔與盲孔之間第一個位置。 
▼用EDX打出來Au(金)的元素介於通孔與盲孔之間第二個位置。 
延伸閱讀：
PCB焊接強度與IMC觀念
PCB爆板的真因剖析與防止
案例：USB連接器金手指氧化的來源
問題分析與對策解決，簡介8D report方法
|
|
訪客留言內容（Comments）
其實我認為用阻抗測試就可以抓到哪一條線有問題！再加上這問題的產生大部分是因為在鑽孔的時候鑽頭接觸到織布時把織布絲因旋轉拉力而拉到某條織布線，而再去下個製程中的一銅線電鍍時、在被拔絲後的空隙內鍍上銅後而形成導通現象！
各位先進，請教幾個問題:
因為我們客戶怕CAF異常，要求我們提出可靠度驗證報告，證明PCB 沒有CAF的問題，我們詢問板廠，板廠的回覆是沒有做過CAF的驗證，不過板廠說，現在用的開纖材質可以克服CAF現象，請問這個回覆是否成立?
我們打算拿11~22片空板，自己做高溫高濕1000Hr，證明PCB 可以避免CAF異常，但是，我們不知道除了open/short測試以外，還有什麼方法可以確認高溫高濕1000Hr後，沒有CAF異常? 看了各位討論後，認為就算open/short 也無法確認此實驗的有效性，請為各位先進有何建議?
1. SH 材料 S1000 對密集孔(孔間距較小) 抗CAF 效果有限, 之前也是遇到相同 CAF 異常, 切片分析是板材問題, 一換 S1000H 就好了.(當然個人傾向用Nan Ya的, 因為它們玻纖布有做開纖處理, 大部份都是抗CAF材)
2. 監控 CAF 可以用 恆溫恆濕(85/85) + SIR(On-line, 100~150V/DC) 500 ~ 1000HR 方式進行定期的管制, 一般大部份都做新材料/新料號導入的測試.
或許大家已有這些資訊了, 以上是個人拙見.
訪客留言注意事項：
1.首次留言須通過審核後內容才會出現在版面上，請不要重覆留言。
2.留言時請在相關主題文章下留言，與主題不相關的留言將會被視為垃圾留言，請善加利用【搜尋框】尋找相關文章，找不到主題時請在「水平選單」的「留言板」留言。
3. 留言前請先用【搜尋框】尋找相關文章，自己做一點功課後再留言。沒有前因後果的內容，工作熊不一定會瞭解你在說什麼，就更無法回答你的問題。
4. 工作熊並非某一方面的專家，所以回答的內容或許會有不正確的地方，服用前還請三思。如果您想詢問關於電路板方面的工程問題，請前先參考這篇文章【詢問工程問題，請提供足夠的資訊以利有效回答】 把自己的問題想清楚了再來詢問，並且請提供足夠的資訊，這樣才能有效回答問題。
5. 工作熊每則留言都會看，但不會每則留言都回答，尤其是只有問候之類的內容。
6. 留言詢問時請注意您的態度，工作熊不是你的「細漢」，更沒有拿你的薪水，所以不接受吆喝工作熊的態度來回答你的問題。
7. 原則上工作熊不接受私下電子郵件、電話、私訊、微信或任何即時通聯絡。
8. 自2021年7月起Google將停止最新文章電子郵件通知，如果你想隨時接收部落格的最新文章可以參考這裡。
看 OM 的圖片 , 切片功力好的話 1000X+暗場光可以看得很清楚 ..
其實 SEM 沒有發揮什麼作用 …
PP 玻纖束的選用的確也是重點 …
但問題跟鑽孔及除膠渣比較有關 ..
鑽孔參數不佳或鑽針選擇不好 …
Desmear 咬蝕太強 , 化銅滲進玻纖縫裡 …
OM 的圖片可以很清楚看到燈蕊效應 IPC 有規範的 …
只是不確定空板就有現象或是產品長期通電導致的CAF …
不過 空板就有問題的可能性很高
一般切片完 拋光前會用洗眼鏡的超音波清洗 …
所以切片帶出銅粒卡在玻纖是有點難發生的 …
以上是小弟的拙見 請參考