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抗CAF PCB特性分析及性能对比测试报告
前言
随着电子设备在提高功能和性能的同时也向小型化、轻量化迅速发展,使得印制线路板的线路也越来越细,间距越来越小,绝缘层越来越薄,钻孔尺寸也向更小更密的方向发展,并且由于信息传输速度的提升及为减少发热起见,使得印制板所承受的工作温度在不断地上升,这一切都增加了C A F形成的可能性。伴随讯号传输的速度不断加快,工作电压也不断降低(由30年前的12V,到20年前的5V,,甚至数年后的1V以下),使得微小瑕疵都将导致传输故障,因此人们对产品的可靠性提出了更高的要求,而CAF的生长并导致产品失效需要一个过程,使其具有较强的隐性,也使得其成为电子基础设施、汽车电子和长期数据存储等用途产品重点关注的隐性风险。
CAF生长的机理
导电性阳极丝(CAF:Conductive Anodic Filamentation)是可以导致电气短路的电
化学腐蚀过程的副产物。通常表现为从电路中的阳极发散出来,沿着玻纤与环氧树脂之间界面表面朝着阴极方向迁移,形成导电性细丝物。
它通常发生在过孔与过孔之间、过孔与内外层导线之间、外层或外层导线与导线之间,从而造成两个相邻的导体之间绝缘性能下降甚至造成短路,上述表现方式如下图1所示。
CAF失效的产生一般分为两个阶段:阶段1:高温高湿的环境下,使得环氧树脂与玻纤之间的附著力出现劣化,并促成玻纤表面硅烷偶联剂的化学水解,从而在环氧树脂与玻纤的界面上形成沿着玻纤增强材料形成CAF泄露的通路;阶段2:铜腐蚀的水解反应,形成铜盐
的沉积物,并在偏压的驱动之下,形成CAF生长。
其化学反应式为:
(1)Cu → Cu2+ +2e- (铜在阳极发生溶解)
H2O → H+ + OH-
2H+ + 2e- → H2
(2)Cu2+ + 2OH- → Cu(OH)2 (铜从阳极向阴极方向发生迁移)
Cu(OH)2 → CuO + H2O
(3) CuO + H2O → Cu(OH)2 → Cu2+ + 2OH-(铜在阴极沉积)
Cu2+ +2e- → Cu
2、影响CAF形成的因素
(1)基材的选择
对现在业界经常使用的G- 10(一种非阻燃的环氧玻璃布材料)、聚酰亚胺材料(PI)、β-三氯树脂(BT)、氰酸酯(CE) 、环氧玻璃纤维布(FR- 4)、CEM -3(一种非阻燃的短切毡玻璃材料)、MC-2(一种混合的聚酯和环氧玻璃板,芯部为短切毡玻璃材料)、 Epoxy j/Kevlar,各种材料中形成CAF的敏感性程度如下:
MC-2≥Epoxy/Kevlar≥FR-4≈PI>G-10>CEM-3>CE>BT
(2)导体结构
对于过孔与过孔之间、过孔与内外层导线之间、外层导线与外层导线之间的四种典型导体结构。其中过孔之间的导体结构最容易形成CAF。
(3)电压梯度的影响
电压梯度是CAF形成敏感性的另一个关键因素。同等条件下,电压越大CAF形成的越快。
(4)助焊剂的影响
焊接过程中,聚乙二醇会扩散进环氧基板。聚乙二醇的吸收,增加了基板的吸湿性从而使得性能下降。
(5)潮气
PCBA使用过程中潮气的吸收给电化学腐蚀提供反应媒介。
CAF试验
典型CAF试验板结构
这里,我们的试验板选的是A方案,PCB和实物如下所示: