PCB中的CAF现象分析

PCB中的CAF现象分析

作为各种元器件的载体与电路信号传输的枢纽PCB已经成为电子信息产品的最为重要而关键的部分，其质量的好坏与可靠性水平决定了整机设备的质量与可靠性。但是由于成本以及技术的原因，PCB在生产和应用过程中出现了大量的失效问题。

什么是CAF：

导电阳极丝测试（Conductive anodic filament test，简称CAF）是电化学迁移的其中一种表现形式。它与表面树状生长的区别：

1.产生迁移的金属是铜，而不是铅或者锡；

2.金属丝是从阳极往阴极生长的；

3.金属丝是由金属盐组成，而不是中性的金属原子组成。

焊盘中的铜金属是金属离子的主要来源，在阳极电化学生成，并沿着树脂和玻璃增强纤维之间界面移动。

随着时代发展和技术的革新，PCB板上出现CAF的现象却越来越严重，究其原因，是因为现在电子设备上的PCB板上需要焊接的电子元件越来越多，这样也就造成了PCB板上的金属电极之间的距离越来越短，这样就更加容易在两个金属电极之间产生CAF现象。

CAF的形成过程：

1、常规FR4 P片是由玻璃丝编辑成玻璃布，然后涂环氧树脂半固化后制成；

2、树脂与玻纤之间的附著力不足，或含浸时亲胶性不良，两者之间容易出现间隙；

3、钻孔等机械加工过程中，由于切向拉力及纵向冲击力的作用对树脂的粘合力进一步破坏；

4、距离较近的两孔若电势不同，则正极部分铜离子在电压驱动下逐渐向负极迁移。

CAF的产生原因：

1.原料问题：

(1) 树脂身纯度不良，如杂质太多而招致附著力不佳 ；

(2) 玻纤束之表面有问题，如耦合性不佳，亲胶性不良 ；

(3) 树脂之硬化剂不良，容易吸水 ；

(4) 胶片含浸中行进速度太快；常使得玻纤束中应有的胶量尚未全数充实填饱 造成气泡残存。
   2、流程工艺问题：

(1) 孔粗－钻孔太过粗糙，造成玻纤束被拉松或分离而出现间隙；

(2) 除胶渣－PCB制程之PTH中的除胶渣过度，或沉铜浸入玻纤束发生灯芯效应，过度的灯芯加上孔与孔相距太近时，可能会使得其间板材的绝缘品质变差加速产生CAF效应。

01 案例分析与问题描述：

A客户主板出货6个月后，出现无法开机现象。经电测发现某BGA下面两个VIA孔及其相连电路出现电压异常（5V减小为3V），有漏电流现象，不良率在5%~10%。PCB表面覆盖蓝色阻焊油墨，两VIA孔（过孔）用蓝色油墨塞孔。

02 可能原因分析



03 测试验证

01 表面线路观察



光学显微镜观察显示，问题VIA孔附近未发现明显污染物残留，背面相连电路表面未发现阻焊膜破损及残铜等异常现象。

02 失效区域阻抗测试

首先对失效电路进行绝缘阻抗测试（室温环境），阻抗为2.25E+7Ω。阻抗偏低（通常绝缘体阻值>1.0E+08Ω）。

根据相关文献，CAF通常发生在PCB密线区或密孔区的铜材间。一旦该区域出现水气、电解质、偏压，与已存在的破坏绝缘之通道（指玻纤纱束或纱束与树脂之细缝），则会发生两导体间金属铜的迁移。上述CAF产生条件中，水气、电解质、偏压难以避免，“迁移的通道"则为管控重点。可通过玻纤布良好的胶体填充以及合理的钻孔参数得以避免。