之前公司的產(chǎn)品有發(fā)生【電路板內(nèi)層微短路現(xiàn)象】，經(jīng)過(guò)追查后發(fā)現(xiàn)是CAF(Conductive Anodic Filament)，中文稱為「導(dǎo)電性陽(yáng)極細(xì)絲物」或「陽(yáng)極性玻璃纖維絲漏電現(xiàn)象」，不過(guò)直譯的話應(yīng)該沒有幾個(gè)人弄得清楚這是什么東東吧？CAF其實(shí)就是電路板內(nèi)層或防焊綠漆層內(nèi)的微短路現(xiàn)象。

因?yàn)檫@個(gè)問題一直縈繞在深圳宏力捷的心頭揮之不去，隨著時(shí)間的推演，再加去上了一些關(guān)于PCB制程的課程，并與更多的PCB業(yè)者討論后，深圳宏力捷最近歸納出一些關(guān)于CAF的心得放在這里給大家參考。

深圳宏力捷不是專家，所以請(qǐng)有經(jīng)驗(yàn)的朋友也請(qǐng)?zhí)峁┙?jīng)驗(yàn)分享，讓大家多多了解CAF的影響。

 

CAF的形成原理

參考最上面的圖示說(shuō)明CAF的性形成過(guò)程，CAF是指對(duì)印刷電路板施加了直流電壓并放置于高濕度環(huán)境中，在層到層間(Layer to Layer)、線路到線路間(Line to Line)、孔到孔間(Hold to Hole)或孔到線路(Hole to Line)，居高電位陽(yáng)極的銅金屬會(huì)先氧化成Cu+或Cu++離子，并沿著已存在的不良通道之玻璃纖維紗束向陰極慢慢遷移生長(zhǎng)，而陰極的電子也會(huì)往陽(yáng)極移動(dòng)，路途中銅離子遇到電子即會(huì)還原成銅金屬，并逐漸從陽(yáng)極往陰極蔓延成生銅膜，故又稱之為「銅遷移」。

很多人第一次遇到CAF的現(xiàn)象會(huì)一直被其不斷重複出現(xiàn)的行為所困擾，因?yàn)橐坏〤AF完成了通路導(dǎo)電后，卻又會(huì)不時(shí)遭到高電阻的焦耳熱所燒斷，所以使用電表離量測(cè)CAF時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)時(shí)好時(shí)壞的現(xiàn)象，量測(cè)數(shù)值也會(huì)一直漂移，在特定條件未消失前，CAF的戲碼將會(huì)一再的重複出現(xiàn)在同一個(gè)位置。

綜上所述，要形成CAF缺陷必須要下列五種失效條件同時(shí)具備時(shí)才會(huì)發(fā)生，也就是要有絕對(duì)的天時(shí)地利人和才能產(chǎn)生CAF，所以說(shuō)意外絕非偶然，就是一連串的錯(cuò)誤所形成的：

1、水氣（大氣環(huán)境中無(wú)法避免）

2、電解質(zhì)（似乎難以清除）

3、露銅（電路板內(nèi)以銅箔當(dāng)基材，所以無(wú)法避免）

4、偏壓（電路設(shè)計(jì)之必然，所以無(wú)法避免）

5、通道（看來(lái)就只能對(duì)此參數(shù)做改善了）

金屬離子在電場(chǎng)作用下在非金屬介質(zhì)中發(fā)生電化學(xué)遷移(ECM，Electro Chemical Migration)反應(yīng)，從而在電路的陽(yáng)極、陰極間形成一個(gè)導(dǎo)電通道而導(dǎo)致電路短路

陽(yáng)極：Cu → Cu2++2e–    (Copper dissolved at anode)

            H2O →  H++OH- 

陰極： 2H++2e– → H2

             Cu2++2OH– → Cu(OH)2

             Cu(OH)2 → CuO+H2O

             CuO+H2O → Cu(OH)2 → Cu2++2OH–

             Cu2++2e– → Cu  (Copper deposited at cathode)

一般認(rèn)為，離子遷移分為兩個(gè)階段：第一階段，樹脂和增強(qiáng)材料在濕氣的作用下，增強(qiáng)材料的硅烷偶聯(lián)劑化學(xué)水解，即在環(huán)氧樹脂/增強(qiáng)材料上沿著增強(qiáng)材料形成CAF的洩露通道路（leakage path）,此階段屬可逆反應(yīng)；第二階段，在電壓或偏壓的作用下銅鹽發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，在線路圖形間沉積形成導(dǎo)電通道，使線路間出現(xiàn)短路，此階段為不可逆反應(yīng)。

 

要如何才能防止或解決CAF的發(fā)生呢？

想要解決或防止CAF發(fā)生，其實(shí)可以從上述的五個(gè)必要條件來(lái)著手，只要消滅其中任何一個(gè)條件就可以防止其發(fā)生。

1. 提高電路板材料在Anti-CAF方面的能力

電路板板材的選用其實(shí)對(duì)防護(hù)CAF的發(fā)生非常的重要，但是通常一分錢一分貨，一般要有高CAF防護(hù)能力的基材都需要特別要求訂作，底下是選用電路板基材防CAF的建議：

減少材料中的不純離子含量。

玻纖布被樹脂充分浸漬結(jié)合良好。 

電路板的基板制作時(shí)會(huì)先將多捆的玻璃纖維束編織成布，然后引入樹脂槽當(dāng)中浸漬，再逐漸拉起或拉出沾有樹脂的玻璃纖維布，目的是要讓樹脂可以充填到玻璃纖維束的縫隙當(dāng)中，如果這個(gè)階段的參數(shù)設(shè)定不好就容易在玻璃纖維束形成空隙，讓CAF有隙可乘。

使用低吸濕性樹脂。 相關(guān)閱讀文章：PCB板材的結(jié)構(gòu)與功用介紹

2. PCB layout Design 在偏壓和孔間距的規(guī)避

電路板的通孔、線路尺寸位置與堆迭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)CAF也會(huì)產(chǎn)生絕對(duì)性的影響，因?yàn)樗械囊髱缀醵紒?lái)自設(shè)計(jì)。隨著產(chǎn)品越做越小，電路板的密度也越來(lái)越高，但是PCB制程能力有其極限，當(dāng)有直流偏壓(bias voltage)的相鄰線路距離越小時(shí)，其發(fā)生CAF的機(jī)率也就越來(lái)越高，基本上偏壓越高或距離越小，CAF的機(jī)率就會(huì)越高。

依照目前電路板廠商所提供的資訊顯示，下面是大部分電路板廠商針對(duì)CAF防護(hù)所建議的PCB尺寸設(shè)計(jì)值：

孔到孔邊距離(最小)：0.4mm

孔到線距離(最小)(Drill to Metal)：12mil (0.3mm)

孔徑建議：0.3mm

另外，根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，CAF的通道(gap)幾乎都是沿著同一玻璃纖維束發(fā)生，所以如果可以將通孔或焊墊的排列方式做45度角的交叉布線將有助將低CAF的發(fā)生率。

3. PCB制程中Wicking的管控

在PCB的機(jī)械鉆孔或雷射燒孔時(shí)會(huì)產(chǎn)生高溫，超過(guò)樹脂(resin)的Tg點(diǎn)，會(huì)融溶并形成膠渣，此膠渣會(huì)附著于內(nèi)層銅邊緣及孔璧區(qū)，最造成后續(xù)鍍銅時(shí)接觸不良，所以在鍍銅前必須先進(jìn)行除膠渣(De-smear)作業(yè)，而除膠渣的首站就必須使用蓬松劑(sweller)經(jīng)1~10分鐘之浸泡處理，讓各種膠渣發(fā)生腫脹松弛，以利后續(xù)Mn+7的順利攻入與咬蝕。但是除膠渣作業(yè)也會(huì)對(duì)通孔造成一定的咬蝕并出現(xiàn)可能的滲銅(wicking，芯吸)現(xiàn)象，有些電路板業(yè)者為了加速蓬松作業(yè)會(huì)把蓬松槽的溫度調(diào)高，以致造成蓬松劑過(guò)度拉松介面，引發(fā)后續(xù)的銅遷移現(xiàn)象。

IPC-A-600有規(guī)定滲銅(Wicking)的允收標(biāo)淮如下：

Class 1，滲銅不可超過(guò)125µm (4.291 mil)

Class 2，滲銅不可超過(guò)100µm (3.937 mil)

Class 3，滲銅不可超過(guò)80µm (3.15 mil) 

只是隨著科技的進(jìn)步，0.1mm (100µm)的滲銅似乎已不符合實(shí)際需求，以0.4mm孔到孔邊距離來(lái)看，扣掉滲銅的尺寸，距離就只剩下0.4-0.1-0.1=0.2mm了，以現(xiàn)在電路板業(yè)者的制程能力來(lái)說(shuō)，應(yīng)該都可以控制滲銅在 50µm (2mil) 以下才對(duì)。相對(duì)地，系統(tǒng)廠在Layout電路板的孔到孔的距離也縮小到了100µm (4mil)，這對(duì)CAF防治真的是一大考驗(yàn)。

另外，在PCB的機(jī)械鉆孔作業(yè)時(shí)，如果進(jìn)刀速度太快，或是銑刀超過(guò)使用壽命，也容易因?yàn)殂姷兜耐饬Χ洪_玻璃纖維產(chǎn)生縫隙。

4. PCB 加工過(guò)程中防水濕氣的管控

在電路板組裝(PCB Assembly)作業(yè)中的錫膏印刷、零件貼附、高溫回焊等都可能會(huì)在電路板上留下一些污染物，這些污染物可能有焊料、膠類、灰塵、結(jié)露等容易發(fā)生電解的物質(zhì)，都有可能造成電化遷移的現(xiàn)象，可以使用密封膠來(lái)封閉可能產(chǎn)生空隙形成CAF的交界處，以防止水氣的滲入。