干貨分享 | 當(dāng)電路板開始“長草”——工程師必讀CAF預(yù)防全指南

一塊看似安靜的電路板，內(nèi)部其實可能上演著“植物生長”的奇觀？這就是CAF（導(dǎo)電陽極絲）現(xiàn)象。它是印刷電路板(PCB)中因電化學(xué)遷移引發(fā)的一種失效模式，銅離子在濕熱環(huán)境下會像"爬山虎"一樣沿著玻纖與樹脂的界面遷移并沉積，最終形成意想不到的導(dǎo)電通路，重則可能會讓整臺設(shè)備“罷工”。

在電子產(chǎn)品高度集成化的今天，印制電路板（PCB）的可靠性成為影響設(shè)備壽命的關(guān)鍵因素。隨著電子設(shè)備向高密度、微型化方向發(fā)展，CAF問題日益突出，已成為影響PCB長期可靠性的核心問題之一。

CAF 的 “誕生”：三個關(guān)鍵階段與影響因素
CAF的形成是一個復(fù)雜的電化學(xué)過程，可分為水分侵入、離子遷移和導(dǎo)電通道形成三個關(guān)鍵階段，其發(fā)生與環(huán)境條件、板材特性、工藝缺陷和設(shè)計缺陷密切相關(guān)。

三個關(guān)鍵階段的主要影響因素如下表所示：

哪些 “推手” 在加速 CAF 生成？

■ 環(huán)境條件

• 溫濕度：高溫高濕（如雙85測試：85℃/ 85%RH）顯著加速水解和離子遷移。
• 電解質(zhì)：助焊劑殘留、氯離子、酸性物質(zhì)等會降低界面pH值，促進(jìn)硅烷偶聯(lián)劑水解。
• 電壓梯度：電勢差越大，銅離子遷移速度越快（電壓梯度>5V/mm時風(fēng)險顯著增加）。

■ 板材特性

• 基材吸水性
  聚酰亞胺（PI）：吸水率低（0.1%），耐CAF性能最佳。
  環(huán)氧樹脂：吸水率高（2.5-3.0%），需改性（如氟化處理）降低風(fēng)險。
• 玻纖布類型
  纖維（如7628）：樹脂填充率低，界面缺陷多，CAF風(fēng)險高。
  開纖布（如1080）：樹脂浸潤性好，吸水率低，耐CAF性能強(qiáng)。
• 硅烷偶聯(lián)劑：水解后生成硅醇（Si-OH），削弱玻纖與樹脂結(jié)合力，形成微裂隙通道。

■ 工藝缺陷

• 鉆孔質(zhì)量
  壁粗糙度：偏位或鉆針磨損導(dǎo)致玻纖斷裂，形成滲銅（Wicking）路徑。
  孔間距過小（<15mil）縮短離子遷移距離，加速CAF形成。
• 除膠渣工藝：膨松劑選擇不當(dāng)（如極性過強(qiáng)的酰胺類）或浸泡時間過長，導(dǎo)致樹脂與玻纖界面損傷。
• 壓合工藝：固化不充分導(dǎo)致樹脂分子鏈未完全交聯(lián)，形成膠渣殘留，增加CAF隱患。

■ 設(shè)計缺陷

• 孔間距不足：IPC-2221B標(biāo)準(zhǔn)要求孔間距≥15mil，但高密度設(shè)計常違反此要求。
• 層間介質(zhì)厚度：防火墻厚度<15mil時，CAF發(fā)生概率顯著增加。
• 過孔排列：經(jīng)向玻纖排列（樹脂浸潤性差）比緯向排列（浸潤性好）更易形成CAF路徑。
• 銅箔：PCB設(shè)計時還應(yīng)考慮銅牙長度，銅牙太長或不均勻會增加CAF的可能性。因此，建議使用銅牙均勻的銅箔，并在設(shè)計階段考慮走線與玻纖束的相對角度，以減少CAF風(fēng)險。

CAF 失效有哪些類型？

按失效位置分類：

按失效機(jī)制分類：

案例：840 小時的 “失效追蹤”
某公司的 PCB 在 85% RH/85℃環(huán)境測試中，840小時后出現(xiàn)阻值下降，需分析失效原因。

分析步驟如下：

1. 從測試數(shù)據(jù)可知，失效板已形成穩(wěn)定導(dǎo)電通道。

2. 通過高阻測量，鎖定失效模塊。

3. 水平研磨尋找失效點。

4. 垂直研磨觀察失效點，初步判定失效沿玻纖生長，屬于傳統(tǒng) CAF 失效形式，還需進(jìn)一步分析確認(rèn)根因。

5. 沿陽極絲橫切。

6. 電鏡觀察陽極絲剖面。

從電鏡圖片可以看出，遷移通道是玻纖之間的縫隙，推測原因可能是玻纖間樹脂浸潤不良或硅烷偶聯(lián)劑選擇不當(dāng)，因失效率為 1/20，偶發(fā)性樹脂浸潤不良的可能性更高。

為什么要關(guān)注 CAF？
CAF 失效分析在電子制造和可靠性工程領(lǐng)域意義重大：

• 提高產(chǎn)品可靠性
• 故障診斷與預(yù)防
• 成本節(jié)約
• 推動技術(shù)創(chuàng)新與發(fā)展
• 滿足法規(guī)要求與客戶期望

總之，CAF失效分析不僅幫助我們解決當(dāng)下難題，更為企業(yè)提供了持續(xù)改進(jìn)質(zhì)量與性能的有效途徑。每一次顯微鏡下的“銅絲追蹤”，都是向更高可靠性、更長壽命、更安全電子設(shè)備邁出的堅實一步。