CAF效应:PCBA漏电的真相原来在这里!
CAF效应:PCBA漏电的真相原来在这里!
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。
结论
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。
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