全面认识CAF效应

以下文章来源于电子制造资讯站，作者美信检测

什么是CAF？

导电阳极丝（CAF）的发生主要是由于玻纤与树脂间存在缝隙，在后期的正常使用过程中由于孔间电势差作用，在湿热的条件下，铜发生水解反应并沿着玻纤缝隙的通道迁移并沉积所形成。CAF往往发生在相邻导体之间，如通孔与通孔之间、通孔与表面线路之间、相邻线路或相邻层间，见下图所示。

其中，通孔之间最容易发生CAF失效。CAF的存在显然会造成相邻导体之间的绝缘性能下降，甚至出现短路烧毁等重大事故。

接下来，我们将借助实操案例分析，深度解析CAF成因与机理，全面认识CAF效应，并学习有效预防措施，以强化电子产品可靠性与稳定性。

测试分析

1.失效复现

某PCBA 服役运行三个月以上出现功能异常，初步排查后锁定在芯片引脚两相邻近通孔，孔间阻抗降低。

为了排除外部电路对漏电通孔的影响，将漏电通孔相连电路割线断开后，对漏电通孔间电阻进行测量。4pcs漏电通孔间电阻值如图1中所示，正常情况下两通孔之间为开路状态，故此4pcs所测通孔之间都存在漏电异常。

图1.失效复现4pcs相邻通孔间电阻测量照片

2.外观检查

对漏电通孔表面进行光学检查，漏电通孔正、反表面铜箔及绿油完好，未见明显异常现象，如图2所示。

图2.NG2漏电通孔正、反表面外观典型照片

3.无损检测

对通孔之间及周围结构进行透视观察，结果如图3所示，漏电通孔之间及周围结构未见明显异常阴影。

图3.NG2漏电通孔及周围结构透视典型观察照片

4.热点定位

为了精确锁定漏电位置，选取漏电电阻较小的2pcs（NG-2#、NG-3#）进行热点定位，结果如图4所示。

2pcs漏电通孔之间都发现异常热点现象，即漏电位置。

图4.热点定位典型照片

5.剖面分析

如图5所示，NG-2#切片后结果显示：

①漏电通孔之间发现CAF（导电阳极丝）现象；

②两通孔存在明显芯吸现象，芯吸尺寸为38.1μm，满足标准IPC A-600J-2016 印制板的验收条件要求；

③孔壁之间距离为238μm，满足标准IPC-2221B-2012印制板通用设计标准要求。

如图6所示，NG-3#切片后，漏电通孔之间同样发现CAF现象。

以上结果可知，通孔之间漏电主要因PCB内层产生CAF现象。CAF的产生主要与PCB板材质量及钻孔工艺有关。

图5.NG-2#漏电通孔之间切片后截面SEM形貌及EDS分析结果

图6.NG-3#漏电通孔之间切片后截面SEM形貌及EDS分析结果

6.分析

CAF生长具备的条件

1.存在电势差；2.树脂和玻纤存在间隙；3.湿气；4.存在金属离子。

影响CAF生长的因素

①PCB基材：各种材料由于吸水性或疏密性差异导致其耐CAF生长能力不同；

②PCB制程特别是制孔工艺，不良的制孔工艺形成的质量缺陷如玻纤缝隙、严重芯吸等均会加剧CAF的形成；

③PCB设计：层间绝缘层厚度、孔间距等多个设计因素决定了离子迁移距离，均对CAF失效具有直接的影响；

④电势梯度：电势梯度越高，CAF形成和生长越快；

⑤环境：湿热环境为电化学腐蚀提供反应媒介。

7.总结与建议

总结： PCBA通孔间漏电的原因为孔间发生了CAF现象。CAF的产生主要与PCB板材耐CAF能力较差及PCB钻孔工艺不良有关。

建议： 1.对PCB来料进行耐CAF试验评估；

2.定期更换PCB钻孔刀头，合理调节钻孔参数，提高钻孔质量。