不可不知的技术知识之CAF

定义

CAF（Conductive Anodic Filament）又称导电性阳极丝，是指印刷电路板电极间由于吸湿作用，吸附水分后加入电场，金属离子沿玻纤纱从一金属电极向另一金属电极移动时，析出金属与化合物的现象。CAF现象会导致绝缘层劣化。

背景

当前，无论是多层板的层数还是通孔的孔径，无论是布线宽度还是线距，都趋于细微化。由于绝缘距离的缩短以及电子设备便携化的影响，导致电路板容易发生吸湿现象，进而发生离子迁移。

同时，当电路板发生离子迁移后，短时间内极易产生故障。由此可见，对CAF的研究与分析就显得十分必要。

CAF发生的原理

离子迁移现象是由溶液和电位等相关电化学现象引起的，尤其是在高密度电子产品中，材料与周围环境相互影响，导致离子迁移现象发生。

阳极反应(金属溶解）

阴极反应（金属或金属氧化物析出）

No.1 CAF发生的过程

水的吸附扩散

影响因素：水蒸气量，温度，材质

水的分解

影响因素：电压，水蒸气量，温度

铜的析出

影响因素：电压，水蒸汽量，材质，PH，氧气溶存量

电子交换

影响因素：电压，材质

No.2 CAF发生的主要影响因素

形成CAF通路第一阶段的基本条件是有金属盐类存在以及有潮湿或蒸汽压存在，这两个条件都不可或缺。当施加电压或偏压时，便会产生第二阶段的CAF增长。

其中，测试的温湿度越高，吸附的水分越多，生长得就越快；电压越高，加快电极反应，CAF生长得越快；PH值越低，越易发生CAF；基材的吸水率越高，越易发生CAF。

耐CAF评估样品制作影响因素＆建议

因CAF产生的条件是处于有金属盐类与潮湿并存的情况下，由于电场驱动，离子沿着玻璃纤维与树脂界面迁移而发生。

因此，最根本的措施是让玻璃纤维与树脂界面致密而牢固地结合在一起，不存在任何隙缝。同时，降低树脂的吸水率，进一步提高材料的耐CAF能力。

以下从三个方面提出改善建议——

No.1 基板原材料

树脂

a.使用高纯度环氧树脂。

b.开发耐热性能良好的树脂配方。

C.降低树脂的吸水性。

玻纤布

建议使用开纤程度较好的玻纤布，可以使树脂更均匀地分布在玻纤丝为主的丝布上，增加树脂与玻纤布的结合，从而提高耐CAF能力。

铜箔

铜箔的铜牙太长或不均匀会增加发生CAF的可能性。因此建议使用铜牙均匀的铜箔。

No.2 CCL制程

含浸

PP中残留气泡较多，会增加CAF的机会，含浸需优化制作参数，确保PP的浸润性。同时增加预含浸，通过采用密度较低的胶液对玻纤纱束进行预含浸，赶跑大部分气泡的同时，降低玻纤布的表面张力。

压合

压合流胶过大或板边白化会影响材料的耐CAF性能。因此需选择合适的压合程序，确保压合后板材的质量。

No.3 PCB制程

钻孔

钻孔参数不当或钻针研磨次数太多会导致孔壁表面凹凸起伏大。在化学湿加工过程中，表面凹陷之处易聚集或包覆金属盐类溶液，易渗入到薄弱结合部的细微裂缝中，从而导致出现CAF的可靠性问题。 因此需选择较合适的钻孔参数和较新的钻针，以确保钻孔的质量。

除胶渣

除胶渣若参数选择不当，除胶不净会影响电镀的质量，增加CAF失效的机会。因此根据不同类型材料需选择合适的除胶参数。

压合

需要选择合适的压合程序，尤其是多层板要注意层压参数的匹配性，确保压合的质量。

杂质

PCB制程中若出现杂质或残铜，清洁处理不当后，将金属盐类残留在板面上。一旦吸潮或分层吸湿，便会形成CAF问题。因此需调整参数避免残铜，同时改进清洗方法并充分清洁。

评估CAF的方法

离子迁移评价通常使用梳型电路板为试料，将成对的电极交错连接成梳形图案，在高温高湿的条件下给予一固定之直流电压，经过长时间之测试，并观察线路是否有瞬间短路之现象。

Off- line测试

电极间绝缘电阻的测试是在规定时间内从高温高湿环境中取出试料在室温环境下进行。

采用这种评价方法在实际测定时，离子迁移现象已经消失且恢复到高绝缘状态。因此尽管发生异常，也会存在误认为没有异常。

On- line测试

在高温高湿环境下，一边在电极间施加电压应力，一边连续地自动测试因离子迁移而在瞬间发生绝缘劣化和绝缘阻值的变化。

这种测试可以准确获取因离子迁移导致的绝缘劣化特性和发生故障的时间。而且还可以从电阻值的变化上知道试验自开始阶段以来，试料间所产生的差异、以及到发生故障时电阻值发生紊乱等信息。

双面板耐CAF评估样品图例

On-line测试曲线图范例

失效样品的分析

针对CAF引起的失效现象，一般采用的方法是逐步缩小范围的方法：

失效样品先测试电阻→用显微镜观察，找出大概失效的位置→退掉表面的绿油→再观察具体的位置→磨切片观察失效发生的原因

以下为详细图例说明：

结语

随着印制电路板行业发展日益高密度化，与此同时由CAF引起的失效问题越来越突出。要提高PCB耐CAF的能力，首先着力点在板材，其次是在制造过程中对产品制定有效的措施，如此才能从根本上提高PCB耐CAF的能力。

新阳检测中心有话说：

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审核编辑：汤梓红