极品白丝嫩模被大哥操 如何预防电子产品癌症“CAF”的发生

如何预防电子产品癌症“CAF"的发生

您的电子产品是否有过莫名其妙地遭遇短路，或者网络间绝缘电阻降低故障却始终找不到真因？

对此，可以先定一个能达到的小目标，比如说我先解决PCB的“CAF"问题:

PCB的“CAF"会导致电子产品的漏电短路故障或绝缘电阻降低，因此其失效是近年来十分热门而又十分令电子行业从业人员苦恼的话题，那么:

“CAF"到底是什么?

它的形成原理是什么?

如何预防CAF的形成以保证PCB的可靠性?

带着这些疑团，SKYAN将带您一起揭开答案。

一、“CAF"是什么?

CAF是英文Conductive Anodic Filament的简称，译为导电阳离子迁移、导电阳极丝或阳极性玻纤丝漏电。

CAF是一种阳极漏电现象，具体指PCB两个绝缘网络间由于吸湿作用吸附水分子后，加入电场时，阳极的金属铜电离成铜离子，铜离子从阳极沿着玻纤微裂通道(玻纤与树脂的界面)往阴极移动，并沿着玻纤与树脂的界面形成一导电丝，此导电丝不断增长、堆积析出金属铜，当到达阴极时导致绝缘电阻迅速下降而引起的漏电行为。如下图1和图2所示:

图1 CAF现象竖磨切片（侧视图）

图2 CAF现象平磨切片（俯视图）

二、CAF的形成原理

CAF的发生，将使导体间的绝缘性能下降，严重时会引起电路功能失效、电路短路等现象，严重影响产品的可靠性。最早由美国贝尔(Bell)实验室和雷神(Raytheon)公司的科学家于1976年首先发现和确认。

CAF的形成是发生在玻纤束中的一种典型的电化学迁移(ECM，Electro-Cchemical Migration)现象。ECM和CAF类似，按IPC-9201(表面绝缘电阻手册)的说法，此过程是由于电路板或组装板长期处于高温高湿的恶劣环境中，相邻导体间在出现偏压(Bias)的情况下，会逐渐发生金属离子的迁移，并在板面上出现树枝盐类生长的痕迹(Dendrites),称为电化学迁移(ECM)。

从狭义理解来看二者的区别:CAF发生在PCB内部，而ECM发生在PCB表面;CAF呈金属丝状，而ECM呈树枝状。从广义理解来看，其实CAF就是一种典型的ECM行为。CAF发生的阴阳极电极主反应式如下:

图3 CAF的形成原理图（铜离子迁移）

CAF失效的位置一般有以下4种，如下图4所示

①孔与孔;

②孔与线;

③线与线;

④层与层。

图4 CAF失效的位置

其中最常见和最容易发生的位置是孔与孔间的CAF失效。

三、高密小型化的PCB设计为CAF的产生创造了条件

随着集成电路和微电子技术的飞速发展，电子产品的体积越来越小已成为不可阻挡的时代潮流，PCB也向着高密小型化方向发展，如数码相机主板、车载电子设备主板、手机板、电脑笔记本板、通信板等。

密集的电路布线使得PCB的孔间距、线间距、厚度越来越小，无论是多层板的层数和通孔的孔径，还是布线密度和线间距都趋向于微细化。相邻导体间距的缩短，为PCB中CAF的发生创造了有利条件，因铜离子迁移导致PCB绝缘性能降低，严重时引起线路间短路子，以致于烧毁电器甚至引起火灾事故也时有发生。

CAF一旦“埋伏"，就如同PCB患了“癌症"一般，难以治愈。而且在PCB与PCBA的制程中非常难以发现“潜伏期"很长，直到终端产品投入使用后才出故障，这也是令PCB制造商寝食难安的重要原因可以说:CAF就如同PCB制造商的噩梦般萦绕心头，十分痛苦，常常造成产品报废的同时还须忍痛赔款。

电子产品因PCB发生CAF失效而导致产品报废，终端客户和集成商向PCB制造商巨额索赔的案例频频发生。下面向大家介绍一个手机主板客户的例子:

某手机主板在客户使用不久后出现了故障，表现为X1、X2、X3号按键出现自动拨号的现象。通过电路原理图分析与诊断，发现该现象是由于这几个按键相连的过孔与相邻的另一个埋孔相连的一个电阻(R102)的信号干扰引起。

通过绝缘电阻测试发现，该电阻相连的金属化埋孔与这几个按键相连的过孔之间的绝缘电阻已经明显下降(位置见图5):

图5 电路原理图分析发现电阻下降的区域

然后对该故障点进行纵向竖磨切片分析，结果发现了导致绝缘电阻下降的根本原因是PCB内相邻的金属化孔之间发生了CAF现象(见图6：）

图6 绝缘电阻下降区域切片发现的CAF

四、如何预防CAF的形成

在高密度布线、密集布孔的产品上，如何预防CAF的形成，生产出高可靠性的PCB，保证其在整个寿命周期内的绝缘性能，已经成为越来越多的PCB制造商高度关注的问题之一，这对覆铜板的电气绝缘性能、PCB的生产工艺都提出了更高的要求。

从CAF的形成过程来看，CAF的形成必须同时具备5个基本条件:

(1)铜;

(2)水汽;

(3)电解质(导电的杂质离子物质);

(4)偏压(Bias);

(5)可供离子迁移的通道,

当玻纤束两端在工作中出现偏压(Bias),高压阳十分的金属铜在水汽中会首先出现腐蚀而氧化生成铜离子(Cu*或Cu2+),在电解质(导电的杂质离子，如板材树脂中残留的氯离子C1、电镀药水残留在孔壁玻纤束中的硫酸根离子S0。)存在的条件下，铜盐会沿着通道(玻纤裂纹)缓慢向另一端阴极进行迁移。同时阴十分的电子也会往阳极移动，于是两者相遇后即可还原出金属铜的沉积，最后完成两端的连通，即出现漏电短路的问题了，这就是铜离子迁移的过程。一旦出现短路则导电阳极丝因过高的发热而又可能将CAF烧断，只要潜在因素尚未消除，不久还会再次失效，如此周而复始成了不能除的“癌症"。

从PCB和PCBA制程及产品使用环境来看，上述前4个条件几乎很难避免，只有第5个条件则可由孔距的设计、板材的选择和制造工艺(耐CAF板材、玻纤布的选择、玻璃布与树脂的浸润程度)、PCB的钻孔参数控制及钻头的选用、适当的去钻污(Desmear)及生产环境(潮湿和离子污染)等方面进行预防控制。

CAF的预防是一门综合性课题，具体包括PCB设计(如孔与孔间距、孔与线间距设计)、板材的生产工艺(如树脂固化剂的选择和配方、树脂中杂质离子的控制、树脂的耐热性、玻纤布的开纤程度、铜箔铜牙长度等)、PCB的制造工艺(层压压板时高温压合程式特别是高温段的固化温度和固化时间、钻孔参数如进刀量和总偏转控制及钻头的选择以管控孔壁粗糙度和玻纤裂纹长度、去钻污参数以管控芯吸(Wicking)长度)、PCBA焊接和使用过程的影响(如长期处于潮湿环境中)等，这些过程环环相扣密不可分。