為什么PCBA板會有癌癥“CAF”的發生？

WaterOff

2022-08-08 14:20:33

您的電子產品是否有過莫名其妙地遭遇短路，或者網絡間絕緣電阻降低故障卻始終找不到真因？
對此，可以先定一個能達到的小目標，比如說我先解決PCBA板的“CAF”題目：
PCBA板的“CAF”會導致電子產品的漏電短路故障或絕緣電阻降低，因此其失效是近年來十分熱門而又十分令電子行業從業人員憂?的話題，那么：
“CAF”到底是什么？
它的形成原理是什么？
帶著這些疑團，納米防水網將帶您一路揭開答案。

一、“CAF”是什么？
CAF是英文Conductive Anodic Filament的簡稱，譯為導電陽離子遷移、導電陽極絲或陽極性玻纖絲漏電。

CAF是一種陽極漏電征象，詳細指PCB兩個絕緣網絡間因為吸濕作用吸附水分子后，加入電場時，陽極的金屬銅電離成銅離子，銅離子從陽極沿著玻纖微裂通道（玻纖與樹脂的界面）往陰極移動，并沿著玻纖與樹脂的界面形成一導電絲，此導電絲賡續增加、堆積析出金屬銅，當到達陰極時導致絕緣電阻敏捷降落而引起的漏電舉動。如下圖1和圖2所示：

圖1 CAF征象豎磨切片（側視圖）

圖2 CAF征象平磨切片（俯視圖）

二、CAF的形成原理
CAF的發生，將使導體間的絕緣性能降落，緊張時會引起電路功能失效、電路短路等征象，緊張影響產品的可靠性。這種失效模式，最早由美國貝爾（Bell）實驗室和雷神（Raytheon）公司的科學家于1976年首先發現和確認。

CAF的形成是發生在玻纖束中的一種典型的電化學遷移（ECM，Electro-Chemical Migration）征象。ECM和CAF類似，按IPC-9201（外觀絕緣電阻手冊）的說法，此過程是因為電路板或組裝板長期處于高溫高濕的惡劣環境中，相鄰導體間在出現偏壓（Bias）的情況下，會漸漸發生金屬離子的遷移，并在板面上出現樹枝鹽類生長的痕跡（Dendrites）,稱為電化學遷移（ECM）。

從狹義理解來看二者的區別：CAF發生在PCB內部，而ECM發生在PCB外觀；CAF呈金屬絲狀，而ECM呈樹枝狀。從廣義理解來看，其實CAF就是一種典型的ECM舉動。
CAF發生的陰陽極電極主反應式如下：

圖3 CAF的形成原理圖（銅離子遷移）

CAF失效的位置一樣平常有以下4種，如下圖4所示：
①孔與孔；
②孔與線；
③線與線；
④層與層。

圖4 CAF失效的位置

其中最常見和最容易發生的位置是孔與孔間的CAF失效。

三、高密小型化的PCB設計為CAF的產生創造了條件

隨著集成電路和微電子技術的飛速發展，電子產品的體積越來越小已成為不可阻擋的時代潮流，PCBA也向著高密小型化方向發展，如數碼相機主板、車載電子設備主板、手機板、電腦筆記本板、通訊板等。

密集的電路布線使得PCBA的孔間距、線間距、厚度越來越小，無論是多層板的層數和通孔的孔徑，照舊布線密度和線間距都趨向于微細化。相鄰導體間距的縮短，為PCBA中CAF的發生創造了有利條件，因銅離子遷移導致PCB絕緣性能降低，緊張時引起線路間短路，以致于銷毀電器甚至引起火災事故也時有發生。

CAF一旦“埋伏”，就如同PCB患了“癌癥”一樣平常，難以治愈。而且在PCB與PCBA的制程中特別很是難以發現，“隱蔽期”很長，直到終端產品投入使用后才出故障，這也是令PCB制造商寢食難安的緊張緣故原由，可以說：CAF就如同PCB生產商的噩夢般縈繞心頭，十分痛楚，常常造成產品報廢的同時還須忍痛賠款。

電子產品因PCB發生CAF失效而導致產品報廢，終端客戶和集成商向PCB制造商巨額索賠的案例一再發生。下面向大家介紹一個手機主板客戶的例子：

某手機主板在客戶使用不久后出現了故障，體現為X1、X2、X3號按鍵出現主動撥號的征象。通過電路原理圖分析與診斷，發現該征象是因為這幾個按鍵相連的過孔與相鄰的另一個埋孔相連的一個電阻（R102）的旌旗燈號干擾引起。

通過絕緣電阻測試發現，該電阻相連的金屬化埋孔與這幾個按鍵相連的過孔之間的絕緣電阻已經顯明降落（位置見圖5）：