PCB大讲堂：电路板内层微短路现象(CAF,Conductive Anodic Filament)

公司的产品最近一直被这个【电路板内层微短路】不良现象所困扰，因为一直找不到证据，最近终于有了突破性的进展，原因是我们终于找到了电路板内微短路现象一直存在的不良板，经过与PCB板厂共同分析现象后，不良原因目前指向【CAF(Conductive Anodic Filament，导电性阳极细丝物，阳极性玻璃纤维丝漏电现象)】也俗称【玻璃沙漏电】，总算有了点眉目，否则客户已经开始跳脚为什么一直找不到问题。

其实要找到这类CAF的不良现象还真不容易，首先得找出电路板出现短路现象的地方，然后把能割的线路都割断，逐渐把可能发生短路现象的范围缩小，最好要缩小到是那个通孔(via)对通孔，或是哪条线路(trace)对线路，甚至要量测出来是那一层铜箔短路，这样切片(cross section)下去才有比较大的机会可以找到微短路的证据。

　如果你对PCB及玻璃纤维(Glass Fiber)的结构还不是很了解的请参考【PCB板材的结构与功用介绍】一文。

　如果你还不是很清楚什么是CAF，请先参考这篇文章【CAF(电路板微短路)形成的可能原因与改善对策】。

做切片也是一大学问，切不好或是没有经验的，不是把证据切不见了，要不就是在研磨的时候把不是短路的地方磨成像短路而造成误判。

我们这次其实分别找了【X特】及【XX院】两家实验室来作切片，结果【X特】说完全没有问题，而【XX院】认为玻璃纤维布有间隙可能造成CAF的现象。不过因为当初送样的不良电路板不同而且也不是一直存在微短路的问题，所以也很难说两家实验室的切片结果谁对或谁错。

后来我们拿到确确实实微短路的板子后，派工程师拿着板子直接杀到PCB板厂，要求当场作切片分析，这次才真的证实有CAF的现象。不过板厂认为CAF发生的原因是我们板子的通孔(PTH via)及盲孔(Blind Via)设计太靠近了，现在板厂开始推翻原本说好的0.4mm建议距离，而改成至少要有0.5mm以上了。现在的孔边缘到孔边缘（drill to drill）都已经小到0.1mm了，却回过头来要求要有0.5mm的距离，简直要命与不负责任。

不过我们也很理直气壮的告诉对方，当初板厂review PCB的时候并没有提出孔对孔的距离有问题，而且这个项目板厂应该要比我们系统厂更有经验才对，就算设计会有风险，但是板厂还是得负比较大的责任，不过我们并没有要求板厂赔偿，而是要求板厂提出改善对策，并要求预防对策。
 

下面是板厂针对CAF提出的改善对策项目：

1、PP的填充材变更设计：PP填充材L由S1000变更为S1000H，板厂说S1000H对CAF的抵抗性比较好。

2、PP迭构及配比变更设计：把Core的PP从原本5张7628的板材，变更为4张7628，而且更改为高RC的填充物。因为Core的PP厚度变薄了，所以在Core的上、下PP层各增加一层3313来维持原来基材的厚度。 

3、降低钻床进刀速度：从80降到50。

虽然这些分析有很多是自己亲自参与分析的，但经过这次的机会教育与开会讨论后，个人也对PCB的结构及材料有了更进一步的了解，另外，对于分析CAF的方法也学到许多经验。

怀疑PCB有CAF发生的时候，可以先用电测与割线路的方式逐步缩小CAF的范围，作切片之前可以先用超音波检查PCB是否有分层剥离(delamination)的现象，使用超音波的时候必须先把零件移除，这样才不会影响到超音波的读取，然后依据超音波的判断作切片并选择水平方向或是垂直方向研磨。现在有新的【3D X-Ray CT】解决方案出现，或许以后可以用这种非破坏性的设备来检测这类的不良现象。

CAF发生的原因是PCB内相邻的两点（线路或通孔或分层）由于电位差(Bias)加上湿气(Moisture)的环境助长，让导电性物质(Cu2+)沿着玻璃纤维布(PP)的间隙从阳极向阴极方向生长所产生的电化迁移(ECM, Electro-Chemical Migration)现象。
 

不过我们这次用EDX打到的是Au而不是Cu，看来在化金处理的过程中就已经有问题产生了。我们公司用的板子是ENIG。

▼下面的图片是实验室切片出来的报告，可以发现玻璃纤维布有裂缝产生，而且有些导电物质沿着玻璃纤维束的间隙渗透成长，但还不到发生短路的阶段。 

▼怀疑PCB有CAF发生时，可以先用电测与割线路的方式逐步缩小CAF的范围，可能还得移除板子上面的电子零件，先除去可能的干扰因素。

▼慢慢确认CAF发生的位置，可以配合Gerber查看PCB的结构是否有通孔太近或是线路太近的问题。 

▼下面图片是确认短路持续发生的板子切片后所呈现出来的样子，在还没有使用药水处理前，可以看到一长条「铜」的现象横跨在通孔与盲孔之间，不过这也有可能只是切片研磨的时候把通孔孔壁的铜给带过去的而已。

▼下面图片使用药水处理过，清洁切片研磨时可能的沾污，用EDX打出来结果发现Au(金)的元素介于通孔与盲孔的中间。（后来询问厂商说Au是他们涂上去的～～）

▼用EDX打出来Au(金)的元素介于通孔与盲孔之间第一个位置。 

▼用EDX打出来Au(金)的元素介于通孔与盲孔之间第二个位置。