什么是PCB的CAF效应？

导电阳极丝（CAF）现象及其影响

在高科技电子产品制造中，尤其是在对环境适应性要求极高的汽车电子和军工领域，产品的耐高温和高湿性能显得尤为重要。随着电子产品向更高集成度发展，电路板上的孔间距不断缩小，对孔的可靠性要求也随之提高。在这一背景下，导电阳极丝（CAF）现象成为了影响电子设备可靠性的一个关键问题。

CAF现象指的是在PCB（印刷电路板）内部，在高电压作用下，铜离子通过玻璃纤维丝间的微小裂缝向低电压区域迁移，形成导电路径。在高温高湿环境下，如果PCB或PCBA（印刷电路板组装）带电，可能会在绝缘导体间形成CAF，导致绝缘性能降低，甚至发生短路，严重影响设备的性能和安全。

检测与分析CAF现象

为了有效检测和分析CAF现象，技术人员会采用纵向研磨PCB的方法，并利用电子显微镜进行放大观察。在放大100倍的视图中，可以清晰地看到材料的暗淡区域和铜的亮金色部分。在过孔之间的区域，CAF现象的存在可以通过观察到的铜点或铜丝来确认，这些导电物质是绝缘性能降低的直接原因。通过这种细致的观察和分析，制造商能够深入理解CAF现象的成因，并采取预防和改进措施，以提高产品的可靠性和安全性，满足特定行业对电子设备在高温高湿环境下的严格要求。

CAF现象的产生机理

PCB的材质和结构对其性能有着决定性的影响。FR4是PCB基板材料中最常见的一种，由玻璃纤维布和环氧树脂组成。在制造过程中，玻璃纤维被编织成布，然后涂覆半固化的环氧树脂。如果环氧树脂与玻璃纤维之间的粘合力不足，或者树脂含浸过程中存在问题，就可能在两者之间形成间隙。

在高温高湿环境下，环氧树脂和玻璃纤维之间的附着力可能会进一步劣化，导致玻纤表面的硅烷偶联剂发生水解反应，形成电化学迁移路径，即铜离子的迁移通道。

导电阳极丝的增长

一旦离子迁移通道形成，且两个绝缘孔之间存在电势差，阳极上的铜会被氧化为铜离子，并在电场作用下向阴极迁移。在迁移过程中，铜离子与板材中的杂质离子或OH-结合，形成不溶于水的导电盐，并沉积下来，导致两绝缘孔之间的电气间距急剧下降，甚至直接导通形成短路。

PCB设计的影响

PCB设计中的孔排列方式对CAF性能有显著影响。错位排列、纬向排列和经向排列是三种基本的排列方式，它们对CAF性能的影响依次减弱。制造商在设计PCB时，应考虑孔的排列方式，通过优化孔的布局来减少CAF的发生，确保电子设备在各种环境条件下的稳定运行。

PCB加工的影响

PCB制造过程中，玻璃纤维与树脂之间的微小空隙对CAF性能有显著影响。压板工艺参数、除胶过程和孔壁粗糙度是影响CAF产生和发展的关键因素。

板材配方的差异

覆铜板由半固化片（Prepreg）和铜箔压制而成，不同半固化片的CAF性能差异较大，这主要取决于所用玻纤布的编织结构。

失效分析方法

CAF现象通常发生在PTH孔与PTH孔、PTH孔与线、线与线、层与层之间。金鉴实验室提供专业的失效分析服务，帮助客户了解线路板的内部结构，并根据结构制定合适的分析方法，对于准确分析失效原因至关重要。

失效点的定位

CAF失效引起的短路通常非常微小，因此确认失效点对于提高CAF失效分析的成功率至关重要。通常采用半分法来锁定失效区域。

切片检查的重要性

找到失效位置后，需要对失效产品进行剖切，以确认CAF形成的真正原因。通过对失效区域进行垂直研磨，可以找出发生CAF的层数。切片研磨到孔中心位置，可以观察到两孔中间玻璃纱束中的通路和铜迁移现象。

SEM&EDS分析的应用

SEM&EDS分析通过聚焦的电子束照射试样表面，检测二次电子或背散射电子信息进行形貌观察，并测量电子与试样相互作用产生的特征X-射线的波长与强度，对微小区域所含元素进行定性或定量分析。金鉴实验室利用SEM观察剖切好的切片失效区域的外观，同时利用EDS对不良区域进行元素分析，能够揭示CAF现象的详细情况，为客户提供科学的解决方案。