不可不知的技術(shù)知識(shí)之CAF

定義

CAF（Conductive Anodic Filament）又稱導(dǎo)電性陽(yáng)極絲，是指印刷電路板電極間由于吸濕作用，吸附水分后加入電場(chǎng)，金屬離子沿玻纖紗從一金屬電極向另一金屬電極移動(dòng)時(shí)，析出金屬與化合物的現(xiàn)象。CAF現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致絕緣層劣化。

背景

當(dāng)前，無(wú)論是多層板的層數(shù)還是通孔的孔徑，無(wú)論是布線寬度還是線距，都趨于細(xì)微化。由于絕緣距離的縮短以及電子設(shè)備便攜化的影響，導(dǎo)致電路板容易發(fā)生吸濕現(xiàn)象，進(jìn)而發(fā)生離子遷移。

同時(shí)，當(dāng)電路板發(fā)生離子遷移后，短時(shí)間內(nèi)極易產(chǎn)生故障。由此可見(jiàn)，對(duì)CAF的研究與分析就顯得十分必要。

CAF發(fā)生的原理

離子遷移現(xiàn)象是由溶液和電位等相關(guān)電化學(xué)現(xiàn)象引起的，尤其是在高密度電子產(chǎn)品中，材料與周?chē)h(huán)境相互影響，導(dǎo)致離子遷移現(xiàn)象發(fā)生。

陽(yáng)極反應(yīng)(金屬溶解）

陰極反應(yīng)（金屬或金屬氧化物析出）

No.1 CAF發(fā)生的過(guò)程

水的吸附擴(kuò)散

影響因素：水蒸氣量，溫度，材質(zhì)

水的分解

影響因素：電壓，水蒸氣量，溫度

銅的析出

影響因素：電壓，水蒸汽量，材質(zhì)，PH，氧氣溶存量

電子交換

影響因素：電壓，材質(zhì)

No.2 CAF發(fā)生的主要影響因素

形成CAF通路第一階段的基本條件是有金屬鹽類(lèi)存在以及有潮濕或蒸汽壓存在，這兩個(gè)條件都不可或缺。當(dāng)施加電壓或偏壓時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生第二階段的CAF增長(zhǎng)。

其中，測(cè)試的溫濕度越高，吸附的水分越多，生長(zhǎng)得就越快；電壓越高，加快電極反應(yīng)，CAF生長(zhǎng)得越快；PH值越低，越易發(fā)生CAF；基材的吸水率越高，越易發(fā)生CAF。

耐CAF評(píng)估樣品制作影響因素＆建議

因CAF產(chǎn)生的條件是處于有金屬鹽類(lèi)與潮濕并存的情況下，由于電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)，離子沿著玻璃纖維與樹(shù)脂界面遷移而發(fā)生。

因此，最根本的措施是讓玻璃纖維與樹(shù)脂界面致密而牢固地結(jié)合在一起，不存在任何隙縫。同時(shí)，降低樹(shù)脂的吸水率，進(jìn)一步提高材料的耐CAF能力。

以下從三個(gè)方面提出改善建議——

No.1 基板原材料

樹(shù)脂

a.使用高純度環(huán)氧樹(shù)脂。

b.開(kāi)發(fā)耐熱性能良好的樹(shù)脂配方。

C.降低樹(shù)脂的吸水性。

玻纖布

建議使用開(kāi)纖程度較好的玻纖布，可以使樹(shù)脂更均勻地分布在玻纖絲為主的絲布上，增加樹(shù)脂與玻纖布的結(jié)合，從而提高耐CAF能力。

銅箔

銅箔的銅牙太長(zhǎng)或不均勻會(huì)增加發(fā)生CAF的可能性。因此建議使用銅牙均勻的銅箔。

No.2 CCL制程

含浸

PP中殘留氣泡較多，會(huì)增加CAF的機(jī)會(huì)，含浸需優(yōu)化制作參數(shù)，確保PP的浸潤(rùn)性。同時(shí)增加預(yù)含浸，通過(guò)采用密度較低的膠液對(duì)玻纖紗束進(jìn)行預(yù)含浸，趕跑大部分氣泡的同時(shí)，降低玻纖布的表面張力。

壓合

壓合流膠過(guò)大或板邊白化會(huì)影響材料的耐CAF性能。因此需選擇合適的壓合程序，確保壓合后板材的質(zhì)量。

No.3 PCB制程

鉆孔

鉆孔參數(shù)不當(dāng)或鉆針研磨次數(shù)太多會(huì)導(dǎo)致孔壁表面凹凸起伏大。在化學(xué)濕加工過(guò)程中，表面凹陷之處易聚集或包覆金屬鹽類(lèi)溶液，易滲入到薄弱結(jié)合部的細(xì)微裂縫中，從而導(dǎo)致出現(xiàn)CAF的可靠性問(wèn)題。 因此需選擇較合適的鉆孔參數(shù)和較新的鉆針，以確保鉆孔的質(zhì)量。

除膠渣

除膠渣若參數(shù)選擇不當(dāng)，除膠不凈會(huì)影響電鍍的質(zhì)量，增加CAF失效的機(jī)會(huì)。因此根據(jù)不同類(lèi)型材料需選擇合適的除膠參數(shù)。

壓合

需要選擇合適的壓合程序，尤其是多層板要注意層壓參數(shù)的匹配性，確保壓合的質(zhì)量。

雜質(zhì)

PCB制程中若出現(xiàn)雜質(zhì)或殘銅，清潔處理不當(dāng)后，將金屬鹽類(lèi)殘留在板面上。一旦吸潮或分層吸濕，便會(huì)形成CAF問(wèn)題。因此需調(diào)整參數(shù)避免殘銅，同時(shí)改進(jìn)清洗方法并充分清潔。

評(píng)估CAF的方法

離子遷移評(píng)價(jià)通常使用梳型電路板為試料，將成對(duì)的電極交錯(cuò)連接成梳形圖案，在高溫高濕的條件下給予一固定之直流電壓，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間之測(cè)試，并觀察線路是否有瞬間短路之現(xiàn)象。

Off- line測(cè)試

電極間絕緣電阻的測(cè)試是在規(guī)定時(shí)間內(nèi)從高溫高濕環(huán)境中取出試料在室溫環(huán)境下進(jìn)行。

采用這種評(píng)價(jià)方法在實(shí)際測(cè)定時(shí)，離子遷移現(xiàn)象已經(jīng)消失且恢復(fù)到高絕緣狀態(tài)。因此盡管發(fā)生異常，也會(huì)存在誤認(rèn)為沒(méi)有異常。

On- line測(cè)試

在高溫高濕環(huán)境下，一邊在電極間施加電壓應(yīng)力，一邊連續(xù)地自動(dòng)測(cè)試因離子遷移而在瞬間發(fā)生絕緣劣化和絕緣阻值的變化。

這種測(cè)試可以準(zhǔn)確獲取因離子遷移導(dǎo)致的絕緣劣化特性和發(fā)生故障的時(shí)間。而且還可以從電阻值的變化上知道試驗(yàn)自開(kāi)始階段以來(lái)，試料間所產(chǎn)生的差異、以及到發(fā)生故障時(shí)電阻值發(fā)生紊亂等信息。

雙面板耐CAF評(píng)估樣品圖例

On-line測(cè)試曲線圖范例

失效樣品的分析

針對(duì)CAF引起的失效現(xiàn)象，一般采用的方法是逐步縮小范圍的方法：

失效樣品先測(cè)試電阻→用顯微鏡觀察，找出大概失效的位置→退掉表面的綠油→再觀察具體的位置→磨切片觀察失效發(fā)生的原因

以下為詳細(xì)圖例說(shuō)明：

結(jié)語(yǔ)

隨著印制電路板行業(yè)發(fā)展日益高密度化，與此同時(shí)由CAF引起的失效問(wèn)題越來(lái)越突出。要提高PCB耐CAF的能力，首先著力點(diǎn)在板材，其次是在制造過(guò)程中對(duì)產(chǎn)品制定有效的措施，如此才能從根本上提高PCB耐CAF的能力。

新陽(yáng)檢測(cè)中心有話說(shuō)：

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