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 pcb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(dāng)pcb/pcba在高溫高濕的環(huán)境下帶電工作時(shí)， 兩絕緣導(dǎo)體間可能會產(chǎn)生嚴(yán)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

2、效。caf導(dǎo)致的短路如圖1 所示。2 caf失效機(jī)理. . 2.1 caf 失效機(jī)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(shí)在兩個(gè)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，

3、甚至直接導(dǎo)通形成短路。在陽極。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：pcb設(shè)計(jì)，板材配本， pcb加工過程。以下就這些影響因素進(jìn)行分析。2.2.1 pcb 設(shè)計(jì)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 caf效應(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(qiáng)到弱的次序?yàn)椋?錯(cuò)位排列緯向排列經(jīng)向排列。原因如下。. . （1）caf的發(fā)生主要是沿著玻璃紗束的方向進(jìn)行，錯(cuò)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caf失效。（2）緯向玻璃紗相比

4、經(jīng)向扁平疏松，樹脂的浸潤性更好，同時(shí)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）：108021167628 ，即 1080pp片最不容易產(chǎn)生 caf失效。. . 2.2.3 pcb 加工過程的影響pcb加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(gè)方面：（1）壓板時(shí)壓力。升溫速率以及高

5、溫段的固化溫度和時(shí)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(shí)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caf現(xiàn)象一般發(fā)生在pth孔與 pth孔.pth孔與線。線與線。層與層之間。為準(zhǔn)確的分析失效原因，必須了解線路板的部結(jié)構(gòu)，再根據(jù)結(jié)構(gòu)制定合適的分析方法。常見的四種caf失效模式如圖 5 所示。. . 3.2 查找失效點(diǎn)由于 caf失效引起的短路通常很微小， 所以要確認(rèn)

6、失效點(diǎn)， 以便提高 caf失效分析的成功率。 通常使用半分法來鎖定失效區(qū)域，步驟如下。（1）先把一個(gè)單元的分成兩個(gè)小單元；（2）用高阻計(jì)分別對這兩個(gè)小單元進(jìn)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(diǎn)。 使用半分法找到 caf失效短路區(qū)域?qū)嵗龍D如圖 6 所示。. . 3.3 切片檢查找到失效位置后， 需對失效產(chǎn)品進(jìn)行剖切， 以確認(rèn) caf形成的真正原因。首先需對失效區(qū)域進(jìn)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(shí)例圖如圖7 所示。其次對失效區(qū)域進(jìn)行水平研磨，可以觀察到孔間的caf情況，如圖 8 所

7、示，可發(fā)現(xiàn)其中基板層存在孔間燒焦。. . 3.4 sem&eds （能散 x線光譜儀）分析sem&eds是用聚焦的很細(xì)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(jìn)行形貌觀察，同時(shí)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(qiáng)度，從而對微小區(qū)域所含元素進(jìn)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sem 觀察其外觀（如圖 9 所示），同時(shí)利用 eds對不良區(qū)域進(jìn)行元素分析。在正常區(qū)一般由碳。氧。鎳等元素組成，而有caf通過的區(qū)域除有正常元素存在外，還有銅、溴、氯等元素（見表1）。. . 由圖 9 的 sem 圖可以看出，玻纖周

8、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 caf效應(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 pcb加工商，應(yīng)盡量選取一些能夠避免caf失效的制作方法以滿足客戶需求。根據(jù)以上分析和實(shí)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(jì)，盡量采用錯(cuò)位排列的方式設(shè)計(jì)孔的分布；. . （2）優(yōu)先選用耐 caf的板材（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0.7 mm的產(chǎn)品）；（4）對 pcb鉆孔。除膠渣等對caf影響較大的工序嚴(yán)格管控。5 總結(jié)本文通過分析 caf失效機(jī)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(jī)理（1）caf失效通過兩步進(jìn)行：第一步：化學(xué)鍵水解；第二步：導(dǎo)電陽極絲增長。（2）caf形成的影響因素主要包括pcb設(shè)計(jì)的影響，板材配本的影響， pcb加工過程的影響。5.2 caf 失效的分析方法（1）通常使用半分法來鎖定失效區(qū)域；（