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预防PCB板CAF故障的知识分享

来源:深圳普林电路 日期:2023-08-11 浏览量:
CAF,全称为导电性阳极丝(CAF:Conductive Anodic Filamentation),指的是PCB内部铜离子从阳极(高电压)沿着玻纤丝间的微裂通道,向阴极(低电压)迁移过程中发生的铜与铜盐的漏电行为。当PCB/PCBA在高温高湿的环境下带电工作时,两绝缘导体间可能会产生严重的沿着树脂或玻纤界面生长的CAF,此现象将最终导致绝缘不良,甚至短路失效。

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:离子迁移通道产生后,如果此时在两个绝缘孔之间存在电势差,则在电势较高的阳极上的铜会被氧化为铜离子,铜离子在电场作用下向电势较低的阴极迁移,在迁移的过程中,与板材中的杂质离子或OH-结合,生成不溶于水的导电盐,并沉积下来,使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。化学反应如下:

(1)Cu→Cu2+ +2e-(铜在阳极发生溶解)

H2O→H+ + OH- (水分子在阴极发生还原形成OH- )

2H+ + 2e-→H2

(2)Cu2+ + 2OH- → Cu(OH)2 ( Cu2+、 OH-分别从两极迁移,发生中和反应形成)

Cu(OH)2 → CuO + H2O

(3)CuO + H2O→Cu(OH)2 → Cu2+ + 2OH-(铜在阴极沉积)

Cu2+ +2e-→Cu

CAF形成的条件

(1)线路间有电势差,提供了离子运动的动力;

(2)有材料间隙的存在,提供了离子运动的通道;

(3)有水分的存在,提供了离子化的环境媒介;

(4)有金属离子物质的存在。

影响CAF形成的因素

(1).基材的选择

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)、CEM3(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)、Epoxy/Kevlar。

各种材料形成CAF的敏感性程度如下:

MC-2› Epoxy/Kevlar› FR-4 ≈PI› G-10› CEM3 ›CE›BT

(2).导体的结构

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

通过深入了解和积极预防PCB板CAF故障,我们能够确保电子设备的长期稳定运行。通过选择合适的基材、优化导体结构、控制电压梯度、注意助焊剂的使用以及减少潮气的影响,我们能够有效降低CAF问题的风险。这不仅有助于延长电子设备的使用寿命,还能够降低维护成本,提高整体性能。因此,在PCB的设计、制造和使用过程中,对于工作环境和条件的认真考虑,以及科学的预防措施,都将是确保电子产品质量和可靠性的重要步骤。




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