CAF覆铜板玻纤纱漏电的原因及测试讲解

覆铜板玻纤纱漏电之探讨2008-11-28 14:45:55 资料来源:PCBcity 作者: 白蓉生一、无风不起浪，事出必有因传统钻孔镀孔后其相邻通孔铜壁之间，必定会出现玻纤纱束彼此之搭连(Hole to Hole；H/H)，甚至当相邻两导线之根部恰巧踩在同一束玻纤纱上(Trace to Trace；T/T)，或导线之根部与孔壁之间经过玻纤纱的接(T/H)，又或者层与层之间(L/L)经由玻纤纱沟通等潜在病灶。

当使用环境堪称良好时，其两点之间尚能维持足够之绝缘(即绝缘电阻要够高)，而不致影响到传输线中工作能量的漏失。

然而一旦出现高温高湿之恶劣环境，而板材品质又不是很好，且两点间之电压又出现差异(偏压Bias)之影响下，时间一久难免就会发病，而且在腐蚀后会出现铜离子，当其沿着玻纤束发生缓慢的迁移动作，进而出现轻微之漏电行为者，特称为CAF(Conductive Anodic Filament)，如Isola所绘制的下三图。

图1此为台湾Isola公司所提供CAF Growth(红色部份) 的示意图与原文之内容说明，对CAF 发生经过之了解颇有助益。

不过目前台湾覆铜板业者所进行之CAF试验皆为日式规格，并非美式之高阶规格者，且IPC亦尚未具备整体之试验方法。

由于讯号传输的速度不断加快，及为减少发热起见，电子产品所设定的工作电压已不断降低(由30年前的12V，到20年前的5V，到今日的1.5V，甚至数年后之1V以下)，通常PCB 之导体或板材难免都会存在少许瑕疵，也难免会带来轻微杂讯(Noise)，然而此等芝麻绿豆的小事，当年根本未放在眼里。

时至高速传输的今日，小小微恙却在高阶板类中几乎成了心腹大患，必尽除之而后已！是故大哥大的基地台、发射总台、电脑网路的路由器( Router)、大型电脑的枢纽机站等，其高层数厚大背板(High Layer count)之板材，必须避免或减少CAF发生的机率，而令大型机组长期(如20年)使用中的可靠度(Reliability) 方得以确保。

纸基覆铜板耐漏电起痕指数影响因素的试验分析陈晓鹏;姜晓亮【摘要】为了保证覆铜板的安全可靠性，覆铜板企业技术人员都在着手研究提高产品的CTI指标。

本文主要内容是研究影响普通纸基覆铜板CTI指标的因素，并通过改良树脂胶黏剂的配方，使纸基覆铜板CTI指标达到零级（600 V），并且保证了其它性能。

%In order to ensure the safety and reliability of CCL, many CCL manufacturers are engaged in improving the CTI of production. This study is discussing the key factors that infiuence the CTI of CCL, the modified resin adhesive formula, in order to make the paper base copper clad laminate CTI index improve to 600V, and ensure its fiame retardant properties.【期刊名称】《印制电路信息》【年(卷),期】2014(000)009【总页数】4页(P15-17,43)【关键词】纸基覆铜板;相比漏电痕迹指数(CTI);树脂胶黏剂【作者】陈晓鹏;姜晓亮【作者单位】山东金宝电子股份有限公司，山东招远 265400;山东金宝电子股份有限公司，山东招远 265400【正文语种】中文【中图分类】TN411 前言随着环境污染的加重，空气中的尘埃等污染增多，覆铜板在工作过程中受到尘埃、水份结露或湿气和具有正负离子污染物的影响，在外加电场的作用下其表面产生较大的泄漏电流。

泄漏电流产生的热量将覆铜板漏电部分的表面蒸干，形成局部干燥区，使覆铜板表面处于不均匀的干燥状态。

干燥区域相较于潮湿区域电阻较大，使整个覆铜板表面电场变得不均匀，进而产生闪络放电。

关于耐CAF FR-4板材研发项目调研报告研发部2014.01.161发展现状、项目概述1.1发展现状近年来，小型化无线通信与网络产品的市场需求越来越大，特别是便携式电子产品，推动了集成电路封装技术不断向着高度集成化、高性能化、多引线和细间距化方向发展，同时电子器件所在的工作环境越来越恶劣，使得对印制电路板材料的可靠性的要求也越来越高，材料的耐CAF性能作为材料的可靠性的一项指标也越来越受到业界工作者的关注。

新型的无铅兼具更好的性能FR-4覆铜板的研究、开发与应用已成为基板制造业必然的要求。

目前，国内FR4板的主要应用范围为：一般家电用板22%、通讯设备用板18%、手机用板18%、台式电脑用板17%、手提电脑用板15%、光电及显示器用板6%、其它4%。

FR4板产品质量控制水平已达到国际水准，中、高档产品能满足客户要求，但顶级产品仍然是空白。

据中国环氧树脂行业协会专家介绍，顶级产品是指用于Memory Card、chip等，以及超薄型如HDI等高端领域，以及特殊专项用途的板类；高档产品是指具有很好的耐热、抗老化、CAF的板类，以及具有Low DK等等的板类；中档和一般产品是指产品性能可以普通满足港大客户要求，大多数CCL工厂都能娴熟掌握生产工艺、技术产品。

目前国内（不包括台湾）FR4板顶级产品基本空白、高档产品占10%、中档产品占35%、低档产品占55%，预计2008年随着产业升级该比例可调整为顶级产品3%、高档产品占15%、中档产品占30%、低档产品占53%。

为了紧紧把握未来CCL与环氧树脂相关的主要技术发展方向。

中国环氧树脂行业协会专家在改进普通FR-4覆铜板方面提出五个要求：其中将耐CAF，耐离子迁移的要求作为一项重要指标，并且认为这一指标在不久的将来可能会变成IPC的常规指标。

同时国内越来越多的公司，例如：世运、胜宏、胜华等都采用具有耐CAF性能 FR-4板材，并就针对前段时间使用我公司的生产板材耐CAF性能状况不好进行了投诉。

CAF阳极离子迁移原理：由于PCB基材的绝缘层是由树脂与玻璃布所构成，当在高电压状态下，通孔与通孔、线路与线路、线路与通孔间形成一个电场，而PCB湿制程很多，水分中或板面清洁不良残留的电解质可能经由钻孔产生的微裂缝顺着玻璃纤的方向迁移产生短路，造成绝缘失效，这种现象称为CAF阳极性玻纤丝的漏电现象。

CAF测试通过监控测试单元的电阻，当CAF 发生时，绝缘层的绝缘性能下降，电阻也随之下降，由此可判断CAF的失效。

测试标准：IPC-TM-650 2.6.25模块要求：1. IPC-9253和IPC-9254 A1-A4测试结构10层板，尺寸大约125*175mm。

测试板需要为CAF测试钻不同孔壁间距的孔。

这些距离可以低到0.15mm，为了有很高的阻抗阳极离子迁移和最小的镀通孔灯芯；距离最大可以达到0.89mm，用来测试压合的程序。

钻孔的大小在图表中有规定来保持一致的间距。

测试板的玻纤方向应该与同网络的A1-A4的测试孔垂直。

测试板的设计需要有足够的外层空间保证不会出现表面绝缘的失效。

A1-A4每组有5排导通的通孔。

每组中有42个通孔，有的连接到阳极，有的连接到阴极。

通过在不同组或环状通孔间，使用不同的刀径钻同样的1mm，来保持每个结构中的孔边间距不同。

除了钻孔用的刀大小不一致和一些盘的小改动之外，4个结构是一样的。

这4个结构A1-A4通过玻璃纤维连接在一起。

因为A1-A4容易在一个方向上发生阳极离子迁移，所以测试板的玻纤方向应该与同网络的测试孔垂直。

A和B测试结构中，内层和外层的盘是一样的，在给定的测试结构中，盘的大小通常是一样的，虽然在每个结构中都会变化。

所有第2层中电导通的通孔在第9层中重复出现，所以单层的蚀刻不会造成影响。

孔与电极的连接在内层而不是在外层，来降低外层绝缘失效的可能性。

图1两种CAF测试版的设计表1A1-A4结构设计规则2. IPC-9253和IPC-9254 B1-B4测试结构4个B测试结构中，有7组交互的通孔。

1 前言在电子设备领域，以汽车电子或某些军工装备为例，其对耐高温高湿环境的要求较高。

随着此类产品向着高密度化发展，孔间距越来越小，这使得印制板对孔的可靠性要求也相应提高，所以印制电路板产生的导电阳极灯丝就成为影响产品可靠性的重要因素。

导电阳极丝（英文简称：CAF；全称：ConductiveAnodic Filament）是指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。

CAF导致的短路如图1所示。

2 CAF失效机理2.1 CAF失效机理CAF的产生过程可以分两步来研究，即离子迁移通道的形成和阳极丝的增长过程。

（1）化学键水解。

在高温高湿的条件下，树脂和玻纤之间的附着力出现劣化，并促成玻纤表面的硅烷偶联剂产生水解，从而导致了电化学迁移路径（即铜离子迁移的通道）的产生。

（2）导电阳极丝增长。

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。

在阳极。

阴极的电化学反应如图2所示。

2.2 CAF形成的影响因素对于成品PCB，CAF的形成主要影响因素有：PCB设计，板材配本，PCB加工过程。

以下就这些影响因素进行分析。

2.2.1 PCB设计的影响在PCB的结构中孔的排列方式对CAF性能影响较大，孔的排列方式不同，其CAF效应不同，一般存在三种排列方式（如图3所示）。

三种排列方式中耐CAF性能由强到弱的次序为：错位排列》纬向排列》经向排列。

原因如下。

（1）CAF的发生主要是沿着玻璃纱束的方向进行，错位排列可以对CAF的产生形成迂回作用，从而不容易发生CAF失效。

caf失效树脂原因-回复原题：[CAF失效树脂原因]CAF（Conductive Anodic Filament）指导电极化敏感型树脂，是一种常用于电子设备的封装材料。

然而，CAF失效是一个常见的问题，会导致电子产品的性能下降甚至故障。

本文将对CAF失效的原因进行一步一步的解析。

第一步：CAF失效的背景和定义CAF失效是指在电子设备中，CAF以电解液为介质，损害导线间的绝缘树脂，导致电解质向导电路径内扩散、析出金属成分，最终导致短路或导线断裂的问题。

第二步：CAF失效的原因1. 湿度：一般在高湿度环境下，水分能够渗透树脂中的微小孔隙和缺陷，与导体上的金属离子反应，形成电解质。

当电解质浓度达到一定水平时，CAF故障就会发生。

2. 电场加速：在高场强下，电场加速了电解质中金属离子的迁移速度。

导线上的电流密度不均会导致局部电场增强，进一步加速金属离子的迁移。

3. 化学因素：导线和树脂之间可能有化学反应产生的碱液，使CAF失效更加严重。

此外，含有导电盐的树脂也会导致CAF失效。

4. 缺陷：树脂中的微小缺陷（例如孔洞、劈裂和焊盘弯曲等）会形成CAF 导体和离子扩散的通道，导致CAF失效。

5. 材料选择及加工工艺：不合适的树脂材料和难以控制的加工工艺也可能导致CAF失效。

材料的热膨胀系数、导电性能和湿度敏感性等都会对CAF 失效产生影响。

第三步：CAF失效的实验方法1. ASTMD-3174测试是一种常用的CAF失效实验方法，它模拟设备的工作环境来测试CAF的耐久性。

2. 扫描电子显微镜和能谱仪可以用于分析CAF失效后的样本，揭示导线和树脂之间的化学反应或金属离子的扩散路径。

3. 加速CAF失效的方法包括提高环境湿度和温度，以及增加电流密度，从而缩短失效时间并加速分析过程。

第四步：CAF失效的解决方法1. 选择合适的树脂材料：树脂的湿度敏感性、绝缘性能和耐用性是选择合适材料的重要考虑因素。

2. 控制环境湿度：通过封装电子器件时使用防潮剂或加入湿度吸收剂，可以降低环境湿度对CAF失效的影响。