什么是PCB的CAF效應？

導電陽極絲（CAF）現(xiàn)象及其影響

在高科技電子產(chǎn)品制造中，尤其是在對環(huán)境適應性要求極高的汽車電子和軍工領域，產(chǎn)品的耐高溫和高濕性能顯得尤為重要。隨著電子產(chǎn)品向更高集成度發(fā)展，電路板上的孔間距不斷縮小，對孔的可靠性要求也隨之提高。在這一背景下，導電陽極絲（CAF）現(xiàn)象成為了影響電子設備可靠性的一個關鍵問題。

CAF現(xiàn)象指的是在PCB（印刷電路板）內(nèi)部，在高電壓作用下，銅離子通過玻璃纖維絲間的微小裂縫向低電壓區(qū)域遷移，形成導電路徑。在高溫高濕環(huán)境下，如果PCB或PCBA（印刷電路板組裝）帶電，可能會在絕緣導體間形成CAF，導致絕緣性能降低，甚至發(fā)生短路，嚴重影響設備的性能和安全。

檢測與分析CAF現(xiàn)象

為了有效檢測和分析CAF現(xiàn)象，技術人員會采用縱向研磨PCB的方法，并利用電子顯微鏡進行放大觀察。在放大100倍的視圖中，可以清晰地看到材料的暗淡區(qū)域和銅的亮金色部分。在過孔之間的區(qū)域，CAF現(xiàn)象的存在可以通過觀察到的銅點或銅絲來確認，這些導電物質是絕緣性能降低的直接原因。通過這種細致的觀察和分析，制造商能夠深入理解CAF現(xiàn)象的成因，并采取預防和改進措施，以提高產(chǎn)品的可靠性和安全性，滿足特定行業(yè)對電子設備在高溫高濕環(huán)境下的嚴格要求。

CAF現(xiàn)象的產(chǎn)生機理

PCB的材質和結構對其性能有著決定性的影響。FR4是PCB基板材料中最常見的一種，由玻璃纖維布和環(huán)氧樹脂組成。在制造過程中，玻璃纖維被編織成布，然后涂覆半固化的環(huán)氧樹脂。如果環(huán)氧樹脂與玻璃纖維之間的粘合力不足，或者樹脂含浸過程中存在問題，就可能在兩者之間形成間隙。

在高溫高濕環(huán)境下，環(huán)氧樹脂和玻璃纖維之間的附著力可能會進一步劣化，導致玻纖表面的硅烷偶聯(lián)劑發(fā)生水解反應，形成電化學遷移路徑，即銅離子的遷移通道。

導電陽極絲的增長

一旦離子遷移通道形成，且兩個絕緣孔之間存在電勢差，陽極上的銅會被氧化為銅離子，并在電場作用下向陰極遷移。在遷移過程中，銅離子與板材中的雜質離子或OH-結合，形成不溶于水的導電鹽，并沉積下來，導致兩絕緣孔之間的電氣間距急劇下降，甚至直接導通形成短路。

PCB設計的影響

PCB設計中的孔排列方式對CAF性能有顯著影響。錯位排列、緯向排列和經(jīng)向排列是三種基本的排列方式，它們對CAF性能的影響依次減弱。制造商在設計PCB時，應考慮孔的排列方式，通過優(yōu)化孔的布局來減少CAF的發(fā)生，確保電子設備在各種環(huán)境條件下的穩(wěn)定運行。

PCB加工的影響

PCB制造過程中，玻璃纖維與樹脂之間的微小空隙對CAF性能有顯著影響。壓板工藝參數(shù)、除膠過程和孔壁粗糙度是影響CAF產(chǎn)生和發(fā)展的關鍵因素。

板材配方的差異

覆銅板由半固化片（Prepreg）和銅箔壓制而成，不同半固化片的CAF性能差異較大，這主要取決于所用玻纖布的編織結構。

失效分析方法

CAF現(xiàn)象通常發(fā)生在PTH孔與PTH孔、PTH孔與線、線與線、層與層之間。金鑒實驗室提供專業(yè)的失效分析服務，幫助客戶了解線路板的內(nèi)部結構，并根據(jù)結構制定合適的分析方法，對于準確分析失效原因至關重要。

失效點的定位

CAF失效引起的短路通常非常微小，因此確認失效點對于提高CAF失效分析的成功率至關重要。通常采用半分法來鎖定失效區(qū)域。

切片檢查的重要性

找到失效位置后，需要對失效產(chǎn)品進行剖切，以確認CAF形成的真正原因。通過對失效區(qū)域進行垂直研磨，可以找出發(fā)生CAF的層數(shù)。切片研磨到孔中心位置，可以觀察到兩孔中間玻璃紗束中的通路和銅遷移現(xiàn)象。

SEM&EDS分析的應用

SEM&EDS分析通過聚焦的電子束照射試樣表面，檢測二次電子或背散射電子信息進行形貌觀察，并測量電子與試樣相互作用產(chǎn)生的特征X-射線的波長與強度，對微小區(qū)域所含元素進行定性或定量分析。金鑒實驗室利用SEM觀察剖切好的切片失效區(qū)域的外觀，同時利用EDS對不良區(qū)域進行元素分析，能夠揭示CAF現(xiàn)象的詳細情況，為客戶提供科學的解決方案。