PCB内层短路失效分析方法

PCB内层短路失效分析方法
一、前言：
据GJB 7548-2012《挠性印制板通用规范》要求：“绝缘测试时，相邻导体间的绝缘电阻应大于100 MΩ”，可进行如下定义：绝缘不良指绝缘电阻值大于100 Ω而小于100 MΩ之情况。

绝缘电阻不大于10Ω视为完全短路，绝缘电阻大于10Ω（含10Ω）视为微短，完全短路和微短统称为短路。

二、不良板信息描述
某型号的4层刚性PCB样品在电子测试时被检测到存在短路现象，不良样品数量仅为1块。

不良板外观图如下：
图1 不良板外观图
如图1所示，A、B两点即为短路点。

三、数据分析
3.1阻值确认
使用万用表对A、B两个短路点之间的电阻值进行测量，结果如图2所示：
图2 短路点的阻值确认
通过万用表测得A、B两点之间的电阻值仅为0.2Ω，表明两个标记点之间已经短路。

3.2网络图确认
通过查询该板的CAM文件，确认到A、B两点分别处于不同的2个网络中。

短路点A、B分别所属的网络的具体分布情况如图3所示：
图3 短路点所在网络确认
通过对不良位置的网络分布进行分析，发现A点所在的a网络中，L1层、L2层和L4层的导电图形为大铜皮，L3层分布有大量起着层间导通作用的PTH孔；在B点所在的b网络中，L1层和L4层的导电图形主要为焊盘或孔环，L2层、L3层的导电图形分别为孤立孔和大铜皮。

3.3网络分割确认
在L1层，b网络的图形相对简单且分散，可对b网络进行切割分析：使用自动取样机对目标区域进行切割取样，对各模块上b网络中的表层焊盘与大铜皮之间的电阻值进行测量，直至找到切割后依然存在短路现象的模块。

分割位置示意图与短路模块的电阻测量结果如图4所示：
图4 短路模块分割与电阻测量
在切割得到的4个模块中，4#模块上b网络的焊盘与a网络的表层大铜皮
之间的电阻值为0.001Ω，表明此模块中的a、b两个网络之间依然短路。

另一方面，在切除4#模块以后，用万用表测得不良板剩余部分的b网络的表层焊盘与a网络的表层铜皮之间的电阻值为∞；表明切除4#模块后，不良板剩余部分的a、b两个网络之间的不存在短路。

而且，褪去表层的阻焊后，在CS面和SS面均未发现蚀刻不良现象。

3.4水平切片确认
将短路的4#模块制备成水平切片，从L1层逐层向下研磨，过程中逐层对比切片观察图与对应位置的CAM文件，直至找到异常位置。

结果如图5所示：
图5 水平切片确认与文件对比
从图5 中可以看出，在短路模块的L2层未发现明显异常；但水平切片的L3层观察结果显示：a网络的过孔与b网络的大铜皮之间存在残铜，从外观判断，该处的残铜是蚀刻不净造成的。

经过测量，孔与铜皮之间的电阻值仅为 0.002Ω，表明此处的过孔与铜皮已经短路。

四、综合分析
（1）通过查询CAM文件和电阻值测量可知，客户反馈的A点、B点所在的网络为2个不同的网络，并且两个网络之间存在短路现象；
（2）观察样品外观，未发现阻焊层存在明显异物，褪去表层的阻焊后，在CS面和SS面均未发现蚀刻不良
（3）查CAM文件可知，CS面上有很多焊盘与B点属同一网络，将这些网络初步划分为4个模块，将这些模块依次切下，然后使用通过万用表测量这些焊盘与大铜皮的电阻值，发现仅有4#模块上a网络、b网络之间的电阻为0.001Ω，而剩下的不良板上a网络、b网络之间的电阻值为∞；（4）对4#模块进行水平切片分析，通过立体显微镜逐层观察切片截面形貌并对比CAM文件，发现在L3层中a网络的通孔与b网络的铜皮之间存在由于蚀刻不净造成的残铜，导致样品短路。

五、分析结论
L3层蚀刻不净是导致该不良PCB板发生短路的主要原因。