解析CAF失效機理及分析方法

　　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內(nèi)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，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。

　　CAF導(dǎo)致的短路如圖1所示。

　　2 CAF失效機理

　　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。

　?。?）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，板材配本，PCB加工過程。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性能由強到弱的次序為：錯位排列》緯向排列》經(jīng)向排列。原因如下。

　?。?）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CAF失效。

　?。?）緯向玻璃紗相比經(jīng)向扁平疏松，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）：1080>2116>7628，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，主要包括以下幾個方面：

　　（1）壓板時壓力。升溫速率以及高溫段的固化溫度和時間都對CAF性能有影響，但影響最大的是高溫段的固化溫度和時間。

　?。?）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。

　?。?）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。