CAF失效的介紹

1、1前言在電子設(shè)備領(lǐng)域，以汽車電子或某些軍工裝備為例，其對耐高溫 高濕環(huán)境的要求較高。隨著此類產(chǎn)品向著高密度化發(fā)展，孔間距越來 越小，這使得印制板對孔的可靠性要求也相應(yīng)提高， 所以印制電路板 產(chǎn)生的導(dǎo)電陽極燈絲就成為影響產(chǎn)品可靠性的重要因素。導(dǎo)電陽極絲（英文簡稱：CAF全稱：ConductiveAnodic Filament ） 是指PCEft部銅離子從陽極（高電壓）沿著玻纖絲間的微裂通道，向 陰極（低電壓）遷移過程中發(fā)生的銅與銅鹽的漏電行為。當PCB/PCBA在高溫高濕的環(huán)境下帶電工作時，兩絕緣導(dǎo)體間可能會產(chǎn)生嚴重的沿 著樹脂或玻纖界面生長的 CAF此現(xiàn)象將最終導(dǎo)致絕緣不良，甚至短 路失效。C

2、AF導(dǎo)致的短路如圖1所示。2.1 CAF失效機理CAF的產(chǎn)生過程可以分兩步來研究，即離子遷移通道的形成和陽 極絲的增長過程。(1)化學(xué)鍵水解。在高溫高濕的條件下，樹脂和玻纖之間的附著力出現(xiàn)劣化， 并促 成玻纖表面的硅烷偶聯(lián)劑產(chǎn)生水解， 從而導(dǎo)致了電化學(xué)遷移路徑(即 銅離子遷移的通道)的產(chǎn)生。(2)導(dǎo)電陽極絲增長。離子遷移通道產(chǎn)生后，如果此時在兩個絕緣孔之間存在電勢差， 則在電勢較高的陽極上的銅會被氧化為銅離子， 銅離子在電場作用下 向電勢較低的陰極遷移，在遷移的過程中，與板材中的雜質(zhì)離子或 OH結(jié)合，生成不溶于水的導(dǎo)電鹽，并沉積下來，使兩絕緣孔之間的 電氣間距急劇下降，甚至直接導(dǎo)通形成短路。在

3、陽極。陰極的電化學(xué) 反應(yīng)如圖2所示。2.2 CAF形成的影響因素對于成品PCB CAF的形成主要影響因素有：PC股計，板材配本，PC助口工過程。以下就這些影響因素進行 分析。2.2.1 PCB設(shè)計的影響在PCB的結(jié)構(gòu)中孔的排列方式對 CAF性能影響較大，孔的排列方 式不同，其CA曖應(yīng)不同，一般存在三種排列方式（如圖 3所示）。 三種排列方式中耐CAF性能由強到弱的次序為：錯位排列緯向排列 經(jīng)向排列。原因如下13 PCB結(jié)構(gòu)中的孔的排列方3.(1) CAF的發(fā)生主要是沿著玻璃紗束的方向進行，錯位排列可 以對CAF的產(chǎn)生形成迂回作用，從而不容易發(fā)生 CAFfe效。(2)緯向玻璃紗相比經(jīng)向扁平疏松，

4、樹脂的浸潤性更好，同時 鉆孔的裂傷也會比經(jīng)向的輕微，所以其耐 CAF性能也好一些。2.2.2 板材配本的影響眾所周知，覆銅板是由半固化片(Prepeg)和銅箔壓制而成，而 不同的半固化片，其CAF性能存在很大的差異，這主要取決于其所用 的玻纖布的編織結(jié)構(gòu)。以下為三種普通玻纖布的物理編織結(jié)構(gòu)。 這三種編織結(jié)構(gòu)的樹脂 含量及浸潤性優(yōu)勢對比(圖 4) : 10802116762日即1080Pp片最 不容易產(chǎn)生CAF失效。圖42.2.3 PCB加工過程的影響PC劭口工過程中在玻璃纖維與樹脂面之間產(chǎn)生的微小空隙對CAF性能有很大的影響，主要包括以下幾個方面：(1)壓板時壓力。升溫速率以及高溫段的固化溫度

5、和時間都對 CAF性能有影響，但影響最大的是高溫段的固化溫度和時間。(2)除膠參數(shù)：除膠參數(shù)的合適與否直接決定了孔壁的清潔度， 這又反過來影響孔壁粗糙度。(3)孔壁粗糙度：除了上面講的除膠參數(shù)，孔粗還取決于鉆孔 參數(shù)和鉆針的研磨次數(shù)，孔壁粗糙度越大，越容易發(fā)生CAF失效。3 CAF失效的分析方法3.1 CAF失效模式簡介CAFB象一般發(fā)生在PTH?1與PTH?L.PTH孔與線。線與線。層與 層之間。為準確的分析失效原因，必須了解線路板的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，再根圖5第比里）CAF失雙模式3.2 查找失效點由于CAF失效引起的短路通常很微小，所以要確認失效點，以便 提高CAFfe效分析的成功率。通常使用半分

6、法來鎖定失效區(qū)域，步驟 如下。（1）先把一個單元的分成兩個小單元；（2）用高阻計分別對這 兩個小單元進行絕緣電阻測試；（3）對阻值偏小的單元再切割。以此類推，直到找出失效點。使用半分法找到CAF失效短路區(qū)域 實例圖如圖6所示圖6使用半分法找到CAF失效短路區(qū)31見圖3.3 切片檢查找到失效位置后，需對失效產(chǎn)品進行剖切，以確認CAF形成的真正原因。首先需對失效區(qū)域進行垂直研磨，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有通路, 存在銅遷移現(xiàn)象。實例圖如圖7所示。圖7垂直研磨我一其次對失效區(qū)域進行水平研磨，可以觀察到孔間的CAF情況，如 圖8所示，可發(fā)現(xiàn)其中基板層存

7、在孔間燒焦圖8水平研磨找CA也點實例圖3.4 SEM&EDS（能散X線光譜儀）分析SEM&EDS用聚焦的很細的電子束照射被檢測的試樣表面，通過 檢測二次電子或背散射電子信息進行形貌觀察，同時測量電子與試樣相互作用所產(chǎn)生的特征X-射線的（頻率）波長與強度，從而對微小 區(qū)域所含元素進行定性或定量分析?；谝陨显?，將上述剖切好的切片失效區(qū)域使用 SEM1察其外 觀（如圖9所示），同時利用EDS對不良區(qū)域進行元素分析。在正常 區(qū)一般由碳。氧。銀等元素組成，而有CAF通過的區(qū)域除有正常元素 存在外，還有銅、澳、氯等元素（見表 1）。圖9 CAF失效區(qū)域的SEM分析圖表1失效區(qū)域E03分將站里.光塔C口

8、SiCeftSil務(wù)LIM口3白.二二L”14.M4.22.6S別22M24的馳3l.UW.1368315 AC3511 14FP.41 1q ?l56 1:” ft2 J3r3iJJW.ur.,*mt12.JU. J61O.：M加30 IVJ4)kf1 39/181F谷與耳rt8次知jrMSB0.7：ifM3J由圖9的SEM可以看出，玻纖周圍有銅絲和空隙存在。表1的 數(shù)據(jù)顯示與以上所講理論相符。4防止CA曖應(yīng)對策目前，越來越多的客戶對產(chǎn)品的CAF性能提出要求，作為PC助口 工商，應(yīng)盡量選取一些能夠避免CA味效的制作方法以滿足客戶需求。根據(jù)以上分析和實例剖析，提出以下幾種改善措施供參考。(1)優(yōu)化密集孔設(shè)計，盡量采用錯位排列的方式設(shè)計孔的分布;(2)優(yōu)先選用耐CAF勺板材(最好選擇開纖布壓制成的板材)；(3)盡量避免使用7628等粗纖維材料(尤其是間距w 0.7 mm 的產(chǎn)品)；(4)對PCB占孔。除膠渣等對CAF影響較大的工序嚴格管控。5總結(jié)本文通過分析CAF失效機理，詳解了 CAF失效分析方法，最后提 出相應(yīng)的改善對策，為CAF失效問題提出了預(yù)防思路。5.1 CAF失效機理(1) CAF失效通過兩步進行：第一步：化學(xué)鍵水解；第二步： 導(dǎo)電陽極絲增長。 CAF形成的影響因素主要包括 PC股計的影響，板材配本 的影響，PC劭口工過程的影響。5.2 CAF失效的分析方