PCB中的CAF現象分析

PCB中的CAF現象分析

作為各種元器件的載體與電路信號傳輸的樞紐PCB已經成為電子信息產品的最為重要而關鍵的部分，其質量的好壞與可靠性水平決定了整機設備的質量與可靠性。但是由于成本以及技術的原因，PCB在生產和應用過程中出現了大量的失效問題。

什么是CAF：

導電陽極絲測試（Conductive anodic filament test，簡稱CAF）是電化學遷移的其中一種表現形式。它與表面樹狀生長的區別：

1.產生遷移的金屬是銅，而不是鉛或者錫；

2.金屬絲是從陽極往陰極生長的；

3.金屬絲是由金屬鹽組成，而不是中性的金屬原子組成。

焊盤中的銅金屬是金屬離子的主要來源，在陽極電化學生成，并沿著樹脂和玻璃增強纖維之間界面移動。

隨著時代發展和技術的革新，PCB板上出現CAF的現象卻越來越嚴重，究其原因，是因為現在電子設備上的PCB板上需要焊接的電子元件越來越多，這樣也就造成了PCB板上的金屬電極之間的距離越來越短，這樣就更加容易在兩個金屬電極之間產生CAF現象。

CAF的形成過程：

1、常規FR4 P片是由玻璃絲編輯成玻璃布，然后涂環氧樹脂半固化后制成；

2、樹脂與玻纖之間的附著力不足，或含浸時親膠性不良，兩者之間容易出現間隙；

3、鉆孔等機械加工過程中，由于切向拉力及縱向沖擊力的作用對樹脂的粘合力進一步破壞；

4、距離較近的兩孔若電勢不同，則正極部分銅離子在電壓驅動下逐漸向負極遷移。

CAF的產生原因：

1.原料問題：

(1) 樹脂身純度不良，如雜質太多而招致附著力不佳 ；

(2) 玻纖束之表面有問題，如耦合性不佳，親膠性不良 ；

(3) 樹脂之硬化劑不良，容易吸水 ；

(4) 膠片含浸中行進速度太快；常使得玻纖束中應有的膠量尚未全數充實填飽 造成氣泡殘存。
   2、流程工藝問題：

(1) 孔粗－鉆孔太過粗糙，造成玻纖束被拉松或分離而出現間隙；

(2) 除膠渣－PCB制程之PTH中的除膠渣過度，或沉銅浸入玻纖束發生燈芯效應，過度的燈芯加上孔與孔相距太近時，可能會使得其間板材的絕緣品質變差加速產生CAF效應。

01 案例分析與問題描述：

A客戶主板出貨6個月后，出現無法開機現象。經電測發現某BGA下面兩個VIA孔及其相連電路出現電壓異常（5V減小為3V），有漏電流現象，不良率在5%~10%。PCB表面覆蓋藍色阻焊油墨，兩VIA孔（過孔）用藍色油墨塞孔。

02 可能原因分析



03 測試驗證

01 表面線路觀察



光學顯微鏡觀察顯示，問題VIA孔附近未發現明顯污染物殘留，背面相連電路表面未發現阻焊膜破損及殘銅等異常現象。

02 失效區域阻抗測試

首先對失效電路進行絕緣阻抗測試（室溫環境），阻抗為2.25E+7Ω。阻抗偏低（通常絕緣體阻值>1.0E+08Ω）。

根據相關文獻，CAF通常發生在PCB密線區或密孔區的銅材間。一旦該區域出現水氣、電解質、偏壓，與已存在的破壞絕緣之通道（指玻纖紗束或紗束與樹脂之細縫），則會發生兩導體間金屬銅的遷移。上述CAF產生條件中，水氣、電解質、偏壓難以避免，“遷移的通道"則為管控重點。可通過玻纖布良好的膠體填充以及合理的鉆孔參數得以避免。