CAF失效的介绍

1、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PCEft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此现象将最终导致绝缘不良，甚至短 路失效。C

2、AF导致的短路如图1所示。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。(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

3、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：PC股计，板材配本，PC助口工过程。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CA暧应不同，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13 PCB结构中的孔的排列方3.(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的产生形成迂回作用，从而不容易发生 CAFfe效。(2)纬向玻璃纱相比经向扁平疏松，

4、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。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) : 10802116762日即1080Pp片最 不容易产生CAF失效。图42.2.3 PCB加工过程的影响PC劭口工过程中在玻璃纤维与树脂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

5、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CAFB象一般发生在PTH?1与PTH?L.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，再根图5第比里）CAF失双模式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CAFfe效分析的成功率。通常使用半分

6、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所示图6使用半分法找到CAF失效短路区31见图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。图7垂直研磨我一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

7、在孔间烧焦图8水平研磨找CA也点实例图3.4 SEM&EDS（能散X线光谱仪）分析SEM&EDS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 SEM1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。在正常 区一般由碳。氧。银等元素组成，而有CAF通过的区域除有正常元素 存在外，还有铜、澳、氯等元素（见表 1）。图9 CAF失效区域的SEM分析图表1失效区域E03分将站里.光塔C口

8、SiCeftSil务LIM口3白.二二L”14.M4.22.6S别22M24的驰3l.UW.1368315 AC3511 14FP.41 1q ?l56 1:” ft2 J3r3iJJW.ur.,*mt12.JU. J61O.：M加30 IVJ4)kf1 39/181F谷与耳rt8次知jrMSB0.7：ifM3J由图9的SEM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CA暧应对策目前，越来越多的客户对产品的CAF性能提出要求，作为PC助口 工商，应尽量选取一些能够避免CA味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勺板材(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w 0.7 mm 的产品)；(4)对PCB占孔。除胶渣等对CAF影响较大的工序严格管控。5总结本文通过分析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。 CAF形成的影响因素主要包括 PC股计的影响，板材配本 的影响，PC劭口工过程的影响。5.2 CAF失效的分析方