不可不知的技術(shù)知識之CAF

定義

CAF（Conductive Anodic Filament）又稱導(dǎo)電性陽極絲，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，金屬離子沿玻纖紗從一金屬電極向另一金屬電極移動時，析出金屬與化合物的現(xiàn)象。CAF現(xiàn)象會導(dǎo)致絕緣層劣化。

背景

當(dāng)前，無論是多層板的層數(shù)還是通孔的孔徑，無論是布線寬度還是線距，都趨于細微化。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，進而發(fā)生離子遷移。

同時，當(dāng)電路板發(fā)生離子遷移后，短時間內(nèi)極易產(chǎn)生故障。由此可見，對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，材料與周圍環(huán)境相互影響，導(dǎo)致離子遷移現(xiàn)象發(fā)生。

陽極反應(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)生的過程

水的吸附擴散

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存在以及有潮濕或蒸汽壓存在，這兩個條件都不可或缺。當(dāng)施加電壓或偏壓時，便會產(chǎn)生第二階段的CAF增長。

其中，測試的溫濕度越高，吸附的水分越多，生長得就越快；電壓越高，加快電極反應(yīng)，CAF生長得越快；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與潮濕并存的情況下，由于電場驅(qū)動，離子沿著玻璃纖維與樹脂界面遷移而發(fā)生。

因此，最根本的措施是讓玻璃纖維與樹脂界面致密而牢固地結(jié)合在一起，不存在任何隙縫。同時，降低樹脂的吸水率，進一步提高材料的耐CAF能力。

以下從三個方面提出改善建議——

No.1 基板原材料

樹脂

a.使用高純度環(huán)氧樹脂。

b.開發(fā)耐熱性能良好的樹脂配方。

C.降低樹脂的吸水性。

玻纖布

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

銅箔

銅箔的銅牙太長或不均勻會增加發(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，會增加CAF的機會，含浸需優(yōu)化制作參數(shù)，確保PP的浸潤性。同時增加預(yù)含浸，通過采用密度較低的膠液對玻纖紗束進行預(yù)含浸，趕跑大部分氣泡的同時，降低玻纖布的表面張力。

壓合

壓合流膠過大或板邊白化會影響材料的耐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)太多會導(dǎo)致孔壁表面凹凸起伏大。在化學(xué)濕加工過程中，表面凹陷之處易聚集或包覆金屬鹽類溶液，易滲入到薄弱結(jié)合部的細微裂縫中，從而導(dǎo)致出現(xiàn)CAF的可靠性問題。 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)，除膠不凈會影響電鍍的質(zhì)量，增加CAF失效的機會。因此根據(jù)不同類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，將金屬鹽類殘留在板面上。一旦吸潮或分層吸濕，便會形成CAF問題。因此需調(diào)整參數(shù)避免殘銅，同時改進清洗方法并充分清潔。

評估CAF的方法

離子遷移評價通常使用梳型電路板為試料，將成對的電極交錯連接成梳形圖案，在高溫高濕的條件下給予一固定之直流電壓，經(jīng)過長時間之測試，并觀察線路是否有瞬間短路之現(xiàn)象。

Off- line測試

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

采用這種評價方法在實際測定時，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，也會存在誤認為沒有異常。

On- line測試

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)地自動測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。

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

雙面板耐CAF評估樣品圖例

On-line測試曲線圖范例

失效樣品的分析

針對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

以下為詳細圖例說明：

結(jié)語

隨著印制電路板行業(yè)發(fā)展日益高密度化，與此同時由CAF引起的失效問題越來越突出。要提高PCB耐CAF的能力，首先著力點在板材，其次是在制造過程中對產(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。

新陽檢測中心有話說：

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