解析CAF失效机理及分析方法

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1 前言

　　在电子设备领域，以汽车电子或某些军工装备为例，其对耐高温高湿环境的要求较高。随着此类产品向着高密度化发展，孔间距越来越小，这使得印制板对孔的可靠性要求也相应提高，所以印制电路板产生的导电阳极灯丝就成为影响产品可靠性的重要因素。

　　导电阳极丝（英文简称：CAF；全称：ConducTIveAnodic Filament）是指PCB内部铜离子从阳极（高电压）沿着玻纤丝间的微裂通道，向阴极（低电压）迁移过程中发生的铜与铜盐的漏电行为。当PCB/PCBA在高温高湿的环境下带电工作时，两绝缘导体间可能会产生严重的沿着树脂或玻纤界面生长的CAF，此现象将最终导致绝缘不良，甚至短路失效。

　　CAF导致的短路如图1所示。

　　

　　2 CAF失效机理

　　2.1 CAF失效机理

　　CAF的产生过程可以分两步来研究，即离子迁移通道的形成和阳极丝的增长过程。

　　（1）化学键水解。

　　在高温高湿的条件下，树脂和玻纤之间的附着力出现劣化，并促成玻纤表面的硅烷偶联剂产生水解，从而导致了电化学迁移路径（即铜离子迁移的通道）的产生。

　　（2）导电阳极丝增长。

　　离子迁移通道产生后，如果此时在两个绝缘孔之间存在电势差，则在电势较高的阳极上的铜会被氧化为铜离子，铜离子在电场作用下向电势较低的阴极迁移，在迁移的过程中，与板材中的杂质离子或OH-结合，生成不溶于水的导电盐，并沉积下来，使两绝缘孔之间的电气间距急剧下降，甚至直接导通形成短路。在阳极。阴极的电化学反应如图2所示。

　　

　　2.2 CAF形成的影响因素

　　对于成品PCB，CAF的形成主要影响因素有：

　　PCB设计，板材配本，PCB加工过程。以下就这些影响因素进行分析。

　　2.2.1 PCB设计的影响

　　在PCB的结构中孔的排列方式对CAF性能影响较大，孔的排列方式不同，其CAF效应不同，一般存在三种排列方式（如图3所示）。三种排列方式中耐CAF性能由强到弱的次序为：错位排列》纬向排列》经向排列。原因如下。

　　

　　（1）CAF的发生主要是沿着玻璃纱束的方向进行，错位排列可以对CAF的产生形成迂回作用，从而不容易发生CAF失效。

　　（2）纬向玻璃纱相比经向扁平疏松，树脂的浸润性更好，同时钻孔的裂伤也会比经向的轻微，所以其耐CAF性能也好一些。

　　2.2.2 板材配本的影响

　　众所周知，覆铜板是由半固化片（Prepeg）和铜箔压制而成，而不同的半固化片，其CAF性能存在很大的差异，这主要取决于其所用的玻纤布的编织结构。

　　以下为三种普通玻纤布的物理编织结构。这三种编织结构的树脂含量及浸润性优势对比（图4）：1080>2116>7628，即1080PP片最不容易产生CAF失效。

　　

　　2.2.3 PCB加工过程的影响

　　PCB加工过程中在玻璃纤维与树脂面之间产生的微小空隙对CAF性能有很大的影响，主要包括以下几个方面：

　　（1）压板时压力。升温速率以及高温段的固化温度和时间都对CAF性能有影响，但影响最大的是高温段的固化温度和时间。

　　（2）除胶参数：除胶参数的合适与否直接决定了孔壁的清洁度，这又反过来影响孔壁粗糙度。

　　（3）孔壁粗糙度：除了上面讲的除胶参数，孔粗还取决于钻孔参数和钻针的研磨次数，孔壁粗糙度越大，越容易发生CAF失效。

7 H( t  U- n' A! H

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在PCB的结构中孔的排列方式对CAF性能影响较大，孔的排列方式不同，其CAF效应不同