抗CAFPCB特性分析及性能對(duì)比測(cè)試報(bào)告

1、抗CAF PCB性分析及性能對(duì)比測(cè)試報(bào)告刖言隨著電子設(shè)備在提高功能和性能的同時(shí)也向小型化、輕量化迅速發(fā)展，使得印制線路板的線路也越來越細(xì)，間距越來越小，絕緣層越來越薄，鉆孔尺寸也向更小更密的方向發(fā)展，并且由于 信息傳輸速度的提升及為減少發(fā)熱起見，使得印制板所承受的工作溫度在不斷地上升，這一切都增加了 CAF形成的可能性。伴隨訊號(hào)傳輸?shù)乃俣炔粩嗉涌?，工作電壓也不斷降?由30 年前的12V,到20年前的5V,到今日的1.5V,甚至數(shù)年后的1V以下)，使得微小瑕疵都將導(dǎo)致傳輸故 障，因此人們對(duì)產(chǎn)品的可靠性提出了更高的要求，而CAF的生長并導(dǎo)致產(chǎn)品失效需要一個(gè)過程，使其具有較強(qiáng)的隱性，也使得其成為電

2、子基礎(chǔ)設(shè)施、汽車電子和長期數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等用途產(chǎn)品重點(diǎn)關(guān)注的隱性風(fēng)險(xiǎn)。CAF生長的機(jī)理導(dǎo)電性陽極絲(CAF： Co nductive Ano die Filame ntatio n)是可以導(dǎo)致電氣短路的電化學(xué)腐蝕過程的副產(chǎn)物。通常表現(xiàn)為從電路中的陽極發(fā)散出來，沿著玻纖與環(huán)氧樹脂之間界面表面朝著陰極方向遷移，形成導(dǎo)電性細(xì)絲物。它通常發(fā)生在過孔與過孔之間、過孔與內(nèi)外層導(dǎo)線之間、外層或外層導(dǎo)線與導(dǎo)線之間，從而造成兩個(gè)相鄰的導(dǎo)體之間絕緣性能下降甚至造成短路，上述表現(xiàn)方式如下圖1所示。過扎與過孔之何過孔與內(nèi)層外層內(nèi)足導(dǎo)踐之間CAFCAF圖1 CAF社式CAFCAFCAF失效的產(chǎn)生一般分為兩個(gè)階段：階段1:高溫

3、高濕的環(huán)境下，使得環(huán)氧樹脂與玻纖之間的附著力出現(xiàn)劣化，并促成玻纖表面硅烷偶聯(lián)劑的化學(xué)水解，從而在環(huán)氧樹脂與玻纖的界面上形成沿著玻纖增強(qiáng)材料形成CAF泄露的通路；階段2 :銅腐蝕的水解反應(yīng)，形成銅鹽 的沉積物，并在偏壓的驅(qū)動(dòng)之下，形成 CAF生長。其化學(xué)反應(yīng)式為：(1) Cuf Cu2+ +2e-(銅在陽極發(fā)生溶解)H2O f H+ +OH-2H+ + 2e- f H2(2) Cu2+ + 2OH- f Cu(OH)2(銅從陽極向陰極方向發(fā)生遷移)Cu(OH)2f CuO + H2O(3) CuO + H2O f Cu(OH)2f C + +20H (銅在陰極沉積)2+-Cu +2e f Cu2

4、、影響CAF形成的因素(1) 基材的選擇對(duì)現(xiàn)在業(yè)界經(jīng)常使用的0-10(一種非阻燃的環(huán)氧玻璃布材料)、聚酰亞胺材料(PI)、3 三氯樹脂(BT)、氧酸酯(CE、環(huán)氧玻璃纖維布(FR4)、CEM -3 (一種非阻燃的短切氈玻璃材料)、MC-2 (一種混合的聚酯和環(huán)氧玻璃板，芯部為短切氈玻璃材料)、Epoxy j/Kevlar,各種材料中形成CAF的敏感性程度如下：MC-2 Epoxy/Kevlar FR-4A PIG-10CEM-3CEBT(2) 導(dǎo)體結(jié)構(gòu)對(duì)于過孔與過孔之間、過孔與內(nèi)外層導(dǎo)線之間、外層導(dǎo)線與外層導(dǎo)線之間的四種典型導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。其中過孔之間的導(dǎo)體結(jié)構(gòu)最容易形成CAFo(3) 電壓梯度的影

5、響電壓梯度是CAF形成敏感性的另一個(gè)關(guān)鍵因素。同等條件下，電壓越大CAF形成的越快。(4) 助焊劑的影響焊接過程中，聚乙二醇會(huì)擴(kuò)散進(jìn)環(huán)氧基板。聚乙二醇的吸收，增加了基板的吸濕性從而使得性 能下降。(5) 潮氣PCBA使用過程中潮氣的吸收給電化學(xué)腐蝕提供反應(yīng)媒介。3、CAF試驗(yàn)(1) 典型CAF試驗(yàn)板結(jié)構(gòu)r0a?HQHpooooo B - Staggered Hole Io HoleA - Inline Hole to HoleC - Hole to AntipadD - Plane to Plane這里，我們的試驗(yàn)板選的是A方案，PCB和實(shí)物如下所示:尸3$和二懺茁喬厲L護(hù)I.U&fnm(2)

6、試驗(yàn)方案F335501XXXX“ IOOOOOOOq pOOOOOO o-o-o-o-o-o- OOOOQO根據(jù)我們公司線路板設(shè)計(jì)規(guī)范，選擇10/18、12/24、20/32、28/42、36/50五種常用的過孔，每種過孔邊緣之間的距離由小到大分別為：0.4mm、0.6mm、0.8mm、1.2mm同樣的方案，一種選用防CAF的PCB板材，一種選用普通的PCB板林對(duì)比試驗(yàn)看防CAF的板材是否確實(shí)有效果。(3) 試驗(yàn)環(huán)境業(yè)界普遍采用的試驗(yàn)環(huán)境：1、環(huán)境溫度：85攝氏度2、相對(duì)濕度：85%3、直流電壓:100V4、試驗(yàn)時(shí)間:1000h我們的試驗(yàn)環(huán)境：1、整機(jī)氣候試驗(yàn)環(huán)境2、直流電壓：24V3、試驗(yàn)時(shí)

7、間：1000h(4) 實(shí)驗(yàn)結(jié)果由于CAF實(shí)驗(yàn)是一個(gè)慢性的過程，且對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)境要求非?？量?，而我們公司沒有高溫高濕的試 驗(yàn)環(huán)境，所以經(jīng)過4個(gè)月的時(shí)間，R1- R20兩端的電壓基本沒有發(fā)生變化，仍然是24V左右，所以 我們的試驗(yàn)板沒有形成CAFo由此，說明CAF的形成對(duì)環(huán)境和時(shí)間的要求很咼。4、CAF對(duì)我公司產(chǎn)品的影響(1) 現(xiàn)象描述：2008年10月位于福建泉州惠安青山灣的泉州大唐明珠度假村(酒店)購買了80臺(tái)LC26ES60并開始試營業(yè)，2009年5月正式開業(yè)，反饋有很多機(jī)器出現(xiàn)了聲音、遙控、存 儲(chǔ)等不良現(xiàn) 象。(2) 問題分析:研發(fā)人員趕到現(xiàn)場(chǎng)，迅速分析出現(xiàn)問題的12塊故障主板，其中兩塊聲音雜

8、亂的故障板，經(jīng)查均 為聲音濾波支路(1.5V)電容引腳對(duì)3.3V電源過孔漏電，漏電電阻測(cè)量為11K,電壓差只有1.5V,過孔間孔壁距離0.8mm。另外有一塊板發(fā)生插座引腳對(duì)地過孔漏電導(dǎo)致SDA電壓下降到1.5V (應(yīng)為3.3V),兩者孔壁距離達(dá)到1.3mm。具體位置見下面的示意圖：中C562引腳（濾波J.5V電壓）對(duì)音頻供電3.3V漏電，導(dǎo)致聲音變小.雜音很大?？妆陂g距離為0.8mm,同樣現(xiàn)象的故障板有2塊。PCB有一塊插座XS504第三腳對(duì)地出現(xiàn)漏電，與它相鄰過孔壁間距是1.3mm。(3) 酒店所處的地理位置:,man)asa iI hWJi J/上村丈屬Wl珠歐1UI酒店處在臨海的位置，符

9、合高溫高濕的地理環(huán)境，且水蒸氣中鹽份含量較高。Al(4) 故障原因查找：經(jīng)過對(duì)大量故障機(jī)的分析研究，主板故障歸結(jié)為PCB過孔之間漏電，絕緣不良，而且發(fā)生在PCB內(nèi)層，用刀片從上、下表面割斷失效過孔之間的聯(lián)系，故障依舊。(5) 結(jié)果分析:根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況分析和5所檢測(cè)結(jié)果，判斷此次福建廈門、泉州等地酒店機(jī)主要問題為PCB板的CAF失效,即PCB板在特定條件下產(chǎn)生導(dǎo)電性陽極絲(CAF： Co nductive Ano dieFilamentation )。5、關(guān)于CAF失效原因分析對(duì)于福建酒店機(jī)故障，經(jīng)查發(fā)生問題的PCB設(shè)計(jì)文件過孔設(shè)計(jì)距離為0.5mm,檢測(cè)到的0.41mm是加工誤差所致。但需要指明的

10、是，對(duì)于CAF的形成，電場(chǎng)條件是最后一個(gè)因素，而電 場(chǎng)強(qiáng)度E與電位差U成正比，和距離d成反比，并不是說0.5mm就是一個(gè)防火墻或判 據(jù)。隨著 BGA封裝的小型化，我們未來需要使用到0.38mm過孔間距；而目前電腦主板實(shí)測(cè)孔孔距離達(dá)到0.17mm,手機(jī)甚至最小的孔孔距離達(dá)至U 0.1mm。事實(shí)上，1.5V電壓差/0.8mm 和3.3V電壓差/1.3mm的過孔均出現(xiàn)了 CAF失效，也進(jìn)一步說明0.5mm間距不能保證不發(fā) 生CAF 失效，也說明此次問題的發(fā)生與PCB板材惡化有很大關(guān)系。綜上所述，由于過孔的距離越來越小，所以 CAF的防范需要多從PCB材料、加工工藝 等多方面誘因入手進(jìn)行改善，不能把失效原因簡單歸結(jié)為PCB過孔距離不足，以免忽視了問題的根源。經(jīng)過對(duì)行業(yè)信息的了解，目前應(yīng)用比較廣泛的防止CAF的板材主要有南亞的FR-4-86型號(hào)和生益的