CAF现象.doc

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CAF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的更高的要求,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。本文将就笔者发现的实际案例出发,探讨CAF生长对电子产品可靠性产生的潜在风险及控制措施。1CAF生长的机理导电性阳极丝(CAF:ConductiveAnodicFilamentation)是可以导致电气短路或开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,沿着玻纤与环氧之间的界面表面朝着阴极方向迁移,形成导电性细丝物,从而导致导体间绝缘电阻发生突然的难以预料的下降。该项失效模式,在1976年,由Bell实验室的科学家首先得以发现和确认。阳极导电丝的形成首先是玻璃/环氧的物理破坏,然后吸潮导致了玻璃/环氧分离界面出现水介质,提供了电化学通道,促进了腐蚀产物的运输,腐蚀产物在电场作用下从阳极向阴极定向移动,最终形成从阳极到阴极的导电丝。阳极导电丝的形成和基材、导体结构、助焊剂和电场强度等因素相关。阳极导电丝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,从面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。图1CAF模式阳极导电丝的产生一般分为两阶段: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,并形成铜盐的沉积物,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-®Cu2影响CAF形成的因素1)基材的选择对于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-三氮树脂(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)﹑Epoxyj/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>BT2)导体结构导体结构是影响CAF的关键因素,对于孔与过孔之间、过孔与内外层导线之间、外层或外层导线与导线之间的三种典型导体结构。其中过孔之间的导体结构最容易形成CAF。3)电压梯度的影响随着导体之间电场强度的变化,玻璃/树脂之间腐蚀物质的转移能力也发生变化,电场