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電路板中CAF的形成原因及解決對策

作者:sdxyx    發(fā)布時間:2022-11-16 09:19:06    瀏覽量:

CAF的形成原理

CAF其實就是電路板內(nèi)層或防焊綠漆層內(nèi)的微短路現(xiàn)象。CAF是指對印刷電路板施加了直流電壓并放置于高濕度環(huán)境中,在層到層間(Layer to Layer)、線路到線路間(Line to Line)、孔到孔間(Hold to Hole)或孔到線路(Hole to Line),居高電位陽極的銅金屬會先氧化成Cu+或Cu++離子, 并沿著已存在的不良信道之玻璃纖維紗束向陰極慢慢遷移生長,而陰極的電子也會往陽極移動,路途中銅離子遇到電子即會還原成銅金屬,并逐漸從陽極往陰極蔓延成生銅膜,故又稱之為「銅遷移」。

要如何才能防止或解決CAF的發(fā)生呢?

想要解決或防止CAF發(fā)生,其實可以從上述的五個必要條件來著手,只要消滅其中任何一個條件就可以防止其發(fā)生。

1. 提高電路板材料在Anti-CAF方面的能力

電路板板材的選用其實對防護(hù)CAF的發(fā)生非常的重要,但是通常一分錢一分貨,一般要有高CAF防護(hù)能力的基材都需要特別要求訂作,底下是選用電路板基材防CAF的建議:

減少材料中的不純離子含量。

玻纖布被樹脂充分浸漬結(jié)合良好。

電路板的基板制作時會先將多捆的玻璃纖維束編織成布,然后引入樹脂槽當(dāng)中浸漬,再逐漸拉起或拉出沾有樹脂的玻璃纖維布,目的是要讓樹脂可以充填到玻璃纖

束的縫隙當(dāng)中,如果這個階段的參數(shù)設(shè)定不好就容易在玻璃纖維束形成空隙,讓CAF有隙可乘。

使用低吸濕性樹脂。 相關(guān)閱讀文章:PCB板材的結(jié)構(gòu)與功用介紹


2. PCB layout Design 在偏壓和孔間距的規(guī)避

電路板的通孔、線路尺寸位置與堆棧結(jié)構(gòu)設(shè)計對CAF也會產(chǎn)生絕對性的影響,因為所有的要求幾乎都來自設(shè)計。 隨著產(chǎn)品越做越小,電路板的密度也越來越高,但是PCB制程能力有其極限,當(dāng)有直流偏壓(bias voltage)的相鄰線路距離越小時,其發(fā)生CAF的機(jī)率也就越來越高,基本上偏壓越高或距離越小,CAF的機(jī)率就會越高。

依照目前電路板廠商所提供的信息顯示,下面是大部分電路板廠商針對CAF防護(hù)所建議的PCB尺寸設(shè)計值:

孔到孔邊距離(最小):0.4mm

孔到線距離(最小)(Drill to Metal):12mil (0.3mm)

孔徑建議:0.3mm

另外,根據(jù)實際經(jīng)驗發(fā)現(xiàn),CAF的信道(gap)幾乎都是沿著同一玻璃纖維束發(fā)生,所以如果可以將通孔或焊墊的排列方式做45度角的交叉布線將有助將低CAF的發(fā)生率。CAF改善措施-設(shè)計。 根據(jù)實際經(jīng)驗發(fā)現(xiàn),CAF的信道(gap)幾乎都是沿著同一玻璃纖維束發(fā)生,所以如果可以將通孔或焊墊的排列方式做45度角的交叉布線將有助將低CAF的發(fā)生率。


3. PCB制程中Wicking的管控

在PCB的機(jī)械鉆孔或雷射燒孔時會產(chǎn)生高溫,超過樹脂(resin)的Tg點,會融溶并形成膠渣,此膠渣會附著于內(nèi)層銅邊緣及孔璧區(qū),最造成后續(xù)鍍銅時接觸不良,所以在鍍銅前必須先進(jìn)行除膠渣(De-smear)作業(yè),而除膠渣的首站就必須使用蓬松劑(sweller)經(jīng)1~10分鐘之浸泡處理,讓各種膠渣發(fā)生腫脹松弛,以利后續(xù)Mn+ 7的順利攻入與咬蝕。 但是除膠渣作業(yè)也會對通孔造成一定的咬蝕并出現(xiàn)可能的滲銅(wicking,芯吸)現(xiàn)象,有些電路板業(yè)者為了加速蓬松作業(yè)會把蓬松槽的溫度調(diào)高,以致造成蓬松劑過度拉松接口,引發(fā)后續(xù)的銅遷移現(xiàn)象。

IPC-A-600有規(guī)定滲銅(Wicking)的允收標(biāo)準(zhǔn)如下:

1、滲銅不可超過125μm (4.291 mil)
2、滲銅不可超過100μm (3.937 mil)
3、滲銅不可超過80μm (3.15 mil)

PCB制程中Wicking的管控

只是雖著科技的進(jìn)步,0.1mm (100μm)的滲銅似乎已不符合實際需求,以0.4mm孔到孔邊距離來看,扣掉滲銅的尺寸,距離就只剩下0.4-0.1-0.1=0.2mm了,以現(xiàn)在電路板業(yè)者的制程能力來說,應(yīng)該都可以控制滲銅在50μm (2mil)以下才對。

另外,在PCB的機(jī)械鉆孔作業(yè)時,如果進(jìn)刀速度太快,或是銑刀超過使用壽命,也容易因為銑刀的外力而撕開玻璃纖維產(chǎn)生縫隙。


4. PCB 加工過程中防水濕氣的管控

在電路板組裝(PCB Assembly)作業(yè)中的錫膏印刷、零件貼附、高溫回焊等都可能會在電路板上留下一些污染物,這些污染物可能有焊料、膠類、灰塵、結(jié)露等容易發(fā)生電解的物質(zhì),都有可能造成電化遷移的現(xiàn)象,可以使用密封膠來封閉可能產(chǎn)生空隙形成CAF的交界處,以防止水氣的滲入。

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