CAF失效的介绍

1、本文档如对你有帮助，请帮忙下载支持！1 前言在电子设备领域， 以汽车电子或某些军工装备为例， 其对耐高温高湿环境的要求较高。 随着此类产品向着高密度化发展， 孔间距越来越小，这使得印制板对孔的可靠性要求也相应提高， 所以印制电路板产生的导电阳极灯丝就成为影响产品可靠性的重要因素。导电阳极丝（英文简称：CAF；全称：ConductiveAnodic Filament ）是指 PCB内部铜离子从阳极（高电压）沿着玻纤丝间的微裂通道，向阴极（低电压）迁移过程中发生的铜与铜盐的漏电行为。 当 PCB/PCBA 在高温高湿的环境下带电工作时， 两绝缘导体间可能会产生严重的沿着树脂或玻纤界面生长的 CAF

2、，此现象将最终导致绝缘不良，甚至短路失效。CAF导致的短路如图1 所示。2 CAF 失效机理2.1 CAF 失效机理CAF的产生过程可以分两步来研究，即离子迁移通道的形成和阳极丝的增长过程。（1）化学键水解。在高温高湿的条件下， 树脂和玻纤之间的附着力出现劣化， 并促成玻纤表面的硅烷偶联剂产生水解， 从而导致了电化学迁移路径 （即铜离子迁移的通道）的产生。本文档如对你有帮助，请帮忙下载支持！（2）导电阳极丝增长。离子迁移通道产生后，如果此时在两个绝缘孔之间存在电势差，则在电势较高的阳极上的铜会被氧化为铜离子， 铜离子在电场作用下向电势较低的阴极迁移，在迁移的过程中，与板材中的杂质离子或OH-结

3、合，生成不溶于水的导电盐，并沉积下来，使两绝缘孔之间的电气间距急剧下降，甚至直接导通形成短路。在阳极。阴极的电化学反应如图 2 所示。2.2 CAF 形成的影响因素对于成品 PCB，CAF的形成主要影响因素有：PCB设计，板材配本， PCB加工过程。以下就这些影响因素进行分析。2.2.1 PCB 设计的影响在 PCB的结构中孔的排列方式对 CAF性能影响较大，孔的排列方式不同，其 CAF效应不同，一般存在三种排列方式（如图 3 所示）。三种排列方式中耐 CAF性能由强到弱的次序为： 错位排列纬向排列经向排列。原因如下。（ 1）CAF的发生主要是沿着玻璃纱束的方向进行，错位排列可以对 CAF的产

4、生形成迂回作用，从而不容易发生 CAF失效。（ 2）纬向玻璃纱相比经向扁平疏松，树脂的浸润性更好，同时钻孔的裂伤也会比经向的轻微，所以其耐 CAF性能也好一些。本文档如对你有帮助，请帮忙下载支持！2.2.2板材配本的影响众所周知，覆铜板是由半固化片（ Prepeg）和铜箔压制而成，而不同的半固化片， 其 CAF性能存在很大的差异， 这主要取决于其所用的玻纤布的编织结构。以下为三种普通玻纤布的物理编织结构。 这三种编织结构的树脂含量及浸润性优势对比（图 4）： 108021167628，即 1080PP片最不容易产生 CAF失效。2.2.3 PCB 加工过程的影响PCB加工过程中在玻璃纤维与树脂

5、面之间产生的微小空隙对CAF性能有很大的影响，主要包括以下几个方面：（1）压板时压力。升温速率以及高温段的固化温度和时间都对CAF性能有影响，但影响最大的是高温段的固化温度和时间。（ 2）除胶参数：除胶参数的合适与否直接决定了孔壁的清洁度，这又反过来影响孔壁粗糙度。（ 3）孔壁粗糙度：除了上面讲的除胶参数，孔粗还取决于钻孔参数和钻针的研磨次数，孔壁粗糙度越大，越容易发生CAF失效。3 CAF 失效的分析方法3.1 CAF 失效模式简介本文档如对你有帮助，请帮忙下载支持！CAF现象一般发生在PTH孔与 PTH孔.PTH 孔与线。线与线。层与层之间。为准确的分析失效原因，必须了解线路板的内部结构，

6、再根据结构制定合适的分析方法。常见的四种CAF失效模式如图 5 所示。3.2 查找失效点由于 CAF失效引起的短路通常很微小， 所以要确认失效点， 以便提高 CAF失效分析的成功率。 通常使用半分法来锁定失效区域， 步骤如下。（ 1）先把一个单元的分成两个小单元； （2）用高阻计分别对这两个小单元进行绝缘电阻测试；（ 3）对阻值偏小的单元再切割。以此类推，直到找出失效点。 使用半分法找到 CAF失效短路区域实例图如图 6 所示。3.3 切片检查找到失效位置后， 需对失效产品进行剖切， 以确认 CAF形成的真正原因。首先需对失效区域进行垂直研磨，以找出发生CAF的层数。切片研磨到孔中心位置，可以

7、观察到两孔中间玻璃纱束中有通路，存在铜迁移现象。实例图如图 7 所示。其次对失效区域进行水平研磨， 可以观察到孔间的 CAF情况，如图 8 所示，可发现其中基板层存在孔间烧焦。3.4 SEM&EDS（能散 X 线光谱仪）分析本文档如对你有帮助，请帮忙下载支持！SEM&EDS是用聚焦的很细的电子束照射被检测的试样表面，通过检测二次电子或背散射电子信息进行形貌观察， 同时测量电子与试样相互作用所产生的特征 X-射线的（频率）波长与强度，从而对微小区域所含元素进行定性或定量分析。基于以上原理，将上述剖切好的切片失效区域使用 SEM观察其外观（如图 9 所示），同时利用 EDS对不良区域进行元素分析。

8、在正常区一般由碳。氧。 镍等元素组成，而有 CAF通过的区域除有正常元素存在外，还有铜、溴、氯等元素（见表 1）。由图 9 的 SEM图可以看出，玻纤周围有铜丝和空隙存在。 表 1 的数据显示与以上所讲理论相符。4 防止 CAF效应对策目前，越来越多的客户对产品的 CAF性能提出要求， 作为 PCB加工商，应尽量选取一些能够避免 CAF失效的制作方法以满足客户需求。根据以上分析和实例剖析，提出以下几种改善措施供参考。（ 1）优化密集孔设计，尽量采用错位排列的方式设计孔的分布；（ 2）优先选用耐 CAF的板材（最好选择开纤布压制成的板材）；（ 3）尽量避免使用 7628 等粗纤维材料（尤其是间距 0.7 mm的产品）；（4）对 PCB钻孔。除胶渣等对CAF影响较大的工序严格管控。5 总结本文档如对你有帮助，请帮忙下载支持！本文通过分析 CAF失效机理，详解了 CAF失效分析方法， 最后提出相应的改善对策，为 CAF失效问题提出了预防思路。5.1 CAF 失效机理（ 1）CAF失效通过两步进行：第一步：化学键水解；第二步：导电阳极丝增长。（ 2）CAF形成的影响因素主要包括 PCB设计的影响，板材配本的影响， PCB加工过程的影响。5.2 CAF 失效的分析方法（ 1）通常使用