为什么PCBA板会有癌症“CAF”的发生？

WaterOff

2022-08-08 14:20:33

您的电子产品是否有过莫名其妙地遭遇短路，或者网络间绝缘电阻降低故障却始终找不到真因？
对此，可以先定一个能达到的小目标，比如说我先解决PCBA板的“CAF”题目：
PCBA板的“CAF”会导致电子产品的漏电短路故障或绝缘电阻降低，因此其失效是近年来十分热门而又十分令电子行业从业人员忧?的话题，那么：
“CAF”到底是什么？
它的形成原理是什么？
带着这些疑团，纳米防水网将带您一路揭开答案。

一、“CAF”是什么？
CAF是英文Conductive Anodic Filament的简称，译为导电阳离子迁移、导电阳极丝或阳极性玻纤丝漏电。

CAF是一种阳极漏电征象，详细指PCB两个绝缘网络间因为吸湿作用吸附水分子后，加入电场时，阳极的金属铜电离成铜离子，铜离子从阳极沿着玻纤微裂通道（玻纤与树脂的界面）往阴极移动，并沿着玻纤与树脂的界面形成一导电丝，此导电丝赓续增加、堆积析出金属铜，当到达阴极时导致绝缘电阻敏捷降落而引起的漏电举动。如下图1和图2所示：

图1 CAF征象竖磨切片（侧视图）

图2 CAF征象平磨切片（俯视图）

二、CAF的形成原理
CAF的发生，将使导体间的绝缘性能降落，紧张时会引起电路功能失效、电路短路等征象，紧张影响产品的可靠性。这种失效模式，最早由美国贝尔（Bell）实验室和雷神（Raytheon）公司的科学家于1976年首先发现和确认。

CAF的形成是发生在玻纤束中的一种典型的电化学迁移（ECM，Electro-Chemical Migration）征象。ECM和CAF类似，按IPC-9201（外观绝缘电阻手册）的说法，此过程是因为电路板或组装板长期处于高温高湿的恶劣环境中，相邻导体间在出现偏压（Bias）的情况下，会渐渐发生金属离子的迁移，并在板面上出现树枝盐类生长的痕迹（Dendrites）,称为电化学迁移（ECM）。

从狭义理解来看二者的区别：CAF发生在PCB内部，而ECM发生在PCB外观；CAF呈金属丝状，而ECM呈树枝状。从广义理解来看，其实CAF就是一种典型的ECM举动。
CAF发生的阴阳极电极主反应式如下：

图3 CAF的形成原理图（铜离子迁移）

CAF失效的位置一样平常有以下4种，如下图4所示：
①孔与孔；
②孔与线；
③线与线；
④层与层。

图4 CAF失效的位置

其中最常见和最容易发生的位置是孔与孔间的CAF失效。

三、高密小型化的PCB设计为CAF的产生创造了条件

随着集成电路和微电子技术的飞速发展，电子产品的体积越来越小已成为不可阻挡的时代潮流，PCBA也向着高密小型化方向发展，如数码相机主板、车载电子设备主板、手机板、电脑笔记本板、通讯板等。

密集的电路布线使得PCBA的孔间距、线间距、厚度越来越小，无论是多层板的层数和通孔的孔径，照旧布线密度和线间距都趋向于微细化。相邻导体间距的缩短，为PCBA中CAF的发生创造了有利条件，因铜离子迁移导致PCB绝缘性能降低，紧张时引起线路间短路，以致于销毁电器甚至引起火灾事故也时有发生。

CAF一旦“埋伏”，就如同PCB患了“癌症”一样平常，难以治愈。而且在PCB与PCBA的制程中特别很是难以发现，“隐蔽期”很长，直到终端产品投入使用后才出故障，这也是令PCB制造商寝食难安的紧张缘故原由，可以说：CAF就如同PCB生产商的噩梦般萦绕心头，十分痛楚，常常造成产品报废的同时还须忍痛赔款。

电子产品因PCB发生CAF失效而导致产品报废，终端客户和集成商向PCB制造商巨额索赔的案例一再发生。下面向大家介绍一个手机主板客户的例子：

某手机主板在客户使用不久后出现了故障，体现为X1、X2、X3号按键出现主动拨号的征象。通过电路原理图分析与诊断，发现该征象是因为这几个按键相连的过孔与相邻的另一个埋孔相连的一个电阻（R102）的旌旗灯号干扰引起。

通过绝缘电阻测试发现，该电阻相连的金属化埋孔与这几个按键相连的过孔之间的绝缘电阻已经显明降落（位置见图5）：