PCB板材从CAF失效到解决方案：广州维柯检测设备的关键角色

CAF定义:
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在高温高湿的环境下工作时,两绝缘导体间可能会沿着树脂或玻纤界面生长的CAF,随着这些导电路径的发展,原本高阻抗的绝缘区域会逐渐变成低阻抗区域。此现象将最终导致绝缘不良,甚至短路失效。

CAF发生的4种模式:

影响CAF产生的因素:

如图所示,影响CAF产生的原因有很多,但大致可以归纳为四大类:环境(环境的温湿度)、板材(板材质量)、PCB加工过程(加工的工艺及预防措施)及PCB设计(层叠之间介质的厚度设计,线距及孔距的设计)。
环境影响因素:

仓板料放时间过长,板材内部吸湿,后制程板材内部因吸湿增加CAF发生概率;

生产过程中,制板在高湿环境下存放时间过长,后续板材内部因吸湿增加CAF发生概率;

制板在客户端存放时间过长,造成板材吸湿主要因素:PCB板材及半成品长期在高温高湿环境下存储;

预防处理措施:

控制板仓料放置时间,根据生产时间采用不同区域放置,且采用真空包装,包内干燥剂,0-6月可正常使用,6-12月需要进行烤板才可使用;

PCB在生产过程中,严格按各工序的停留时间进行管控(参照制板停放时间指示),超出时间的制板,进行评估处理;

对客户端的PCB板,建议6个月内使用完;如果超过6个月,建议客户将板烘烤处理再使用;

板材影响因素

主要因素:材料类型选择不当,选择非耐CAF板材用于有CAF特殊要求的制板。预防处理措施:

对材料无指定型号但明确有耐CAF要求的产品,选用耐CAF材料;

尽可能不选用7628等粗纤维材料,在厚度许可的情况下优先选用高树脂含量的PP;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;

PCB加工过程影响因素:

影响因素过多且复杂,且预防措施亦是如此,这里只简单介绍,让大家了解一下。

内外层线路影响:

主要因素:层间偏位、蚀刻毛边;

压板影响:

主要因素:棕化后水洗洁净度 ; 压合无尘室洁净度 ; 压合层偏 ; 铜箔毛面粗糙度 ; 层压固化程度 ; 介质厚度;

钻孔影响:

主要因素:钻孔孔偏,钻孔孔粗;

除胶影响:

主要因素:除胶过量;

AOI修理影响:

主要因素:线路修理不良;

阻焊影响:
主要因素:水洗不净,杂质附于PCB板面,影响油墨与铜面的结合力,从而使相临线路间产生缝隙,增加CAF的发生概率。

表面处理影响:

主要因素:制板搬运时损伤油墨层;表面处理及焊接过程中助焊剂的影响。

PCB设计预防措施:

主要影响因素:
1、PP层设计太薄,层间设计过薄,层间易出现缝隙,增加CAF发生概率;
2、线距设计过小,导致制程生产时出现线间距未被解析出来,蚀刻后线距较小或直接短路,增加CAF发生概率;
3、孔设计过密,过孔较密,钻孔后,孔间距过小,因材料或钻孔影响,孔间较为疏松,增加CAF发生几率;
预防处理措施:

最小层间厚度不低于50um(以一张1080厚度计算)

控制最小线宽、最小布线间距、最小过孔间距、过孔密度,保证大部分厂家都能够生产,尽量避免极限最小线宽线距等。

对于有CAF设计要求的,需定义钻孔孔粗的管控要求(按最大1mil控制)。

高精度电阻测量助力CAF现象的有效监测与预防:

针对PCB板材的CAF导电路径高、低阻抗不同的特性,使用高精度电阻测量设备能够敏锐地捕捉到绝缘电阻的微小变化,提供早期预警,并需要支持长期稳定的监测,通过精确的数据记录和分析,制造商可以更好地理解和预防CAF的发生,确保PCB产品的高质量和可靠性。

精准识别CAF失效:基于电阻测量的专业检测设备:

广州维柯多功能SIR/CAF绝缘电阻测试系统推出能够提供极高精度的电阻测量,确保在不同电阻范围内(从1×106 Ω到1×1014 Ω)都能获得准确可靠的读数。这种精确度对于早期发现微小的绝缘电阻变化至关重要,从而能够在CAF形成初期就采取预防措施,对于不同范围内的电阻值,设备提供不同程度的测量精度,确保从低到高的广泛适用性。

除了高精度电阻测量,还有多项特点与优势:

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多任务测试功能:支持并发测试,可以在不影响现有测试进程的情况下灵活添加新的测试任务。

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实时数据监控与分析:设备支持实时查看测量数据,并能自动生成阻值曲线和趋势报告。通过在线数据保存功能,所有测试数据都可以随时查询和导出,方便用户进行深入的数据分析。这有助于识别潜在的CAF发展趋势,提前预警可能的问题。

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模块化设计:采用16通道组成一个测试模块的设计理念,方便维护更换,不影响其他模块正常使用。

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自动失效判定:基于预设的电阻阈值,系统可以自动判断是否出现CAF失效,当电阻值下降至设定的临界点时,系统会在界面提示具体的失效通道,确保及时发现并报告任何异常情况,减少人为误判的可能性。

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长时间稳定运行:支持长达9999小时的工作时间设定,适用于多种应用场景需求。

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软件操作简便:提供中英文版本转换,并可定制化开发以满足特定企业ERP系统集成需求。

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在应对CAF(导电性阳极丝)这一复杂且潜在危害严重的PCB失效模式时,有效、高效、稳定的检测手段是确保电子产品可靠性与安全性的关键。通过对CAF现象的深入理解及其形成机制的研究,结合先进的检测技术和设备,制造商才能够及时识别并预防CAF的发生,从而提高产品的整体质量。