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电路板CAF fpc短路的原因改善对策

时间:2022-04-29 09:33:50 来源:PCBA 点击:0

电路板CAF fpc短路的原因改善对策

在之前的公司的产品中电路板发生了内层微短路现象,试着追踪的话CAFConductive AnodicFilament、中文被称为“导电性阳极灯丝”或“阳极性玻璃纤维丝漏电现象”,但是直接翻译的话,知道是什么的人应该不多吧。CAF是电路板内层或防焊绿色涂料层内的微短路现象。

这个问题一直留在心中,随着时间的推移,PCB加上有关日程的课程,和更多的PCB业者讨论之后,总结了最近关于CAF的心得作为参考。

因为不是专家,所以有经验的人也希望分享经验,了解CAF的影响。

CAF的形成原理

CAF是指在印刷电路板施加直流电压而放置在高湿度环境中的层间~层间(Layer to Layer)、线路间Line toLine、孔间~孔间(Holdto Hole)、或孔间~线路(Hole toLine、高电位阳极的铜金属先氧化Cu+或Cu++离子沿着已经存在的不良通道的玻璃纤维线束缓慢移动到阴极并成长,阴极的电子也向阳极移动,途中铜离子与电子碰撞时会还原成铜金属,铜膜从阳极逐渐扩散到阴极,因此也被称为“铜移动”。

很多人第一次遇到CAF现象的话,就会为反复出现的行为而烦恼。CAF当通道的导电完成时,有时会因高电阻的焦耳热而被烧断,所以使用电表CAF进行测量时,有时不论好坏,测定值都会一直漂移,在特定条件消失之前CAF的代码会反复出现在相同位置。

如上所述,为了形成CAF缺陷,必须在同时具备以下5个失效条件的情况下发生。也就是说,因为有绝对的天时地利人和才会发生CAF,所以意外的不是偶然,而是由一连串的错误形成的。

1、水气(大气环境无法避免)

2、电解质(好像很难清除)

3、露铜((电路板内以铜箔为基材,无法避免)

4、偏压(电路设计是必然的,无法避免)

5、通道(只能改善这个参数)

金属离子在电场作用下在非金属介质中发生电化学转移(((ECM,Electro Chemical Migration)反应,从而在电路的阳极和阴极之间形成传导路径电路短路

阳极:Curarr;Cu2++2endash; (Copper dissolved at anoDe)

H2O rarr; H++OH-

阴极:2H+2endash;rarr; H2

Cu2++2OHndash; rarr; Cu(OH)2

Cu(OH)2 rarr; CuO+H2O

CuO+H2O rarr; Cu(OH)2 rarr; Cu2++2OHndash;

Cu2++2endash; rarr; Cu (Copper Deposited at cathoDe)

离子迁移被认为分为两个阶段:第一阶段,树脂和增强材料在湿气作用下,在增强材料的硅烷偶联剂化学水解,即环氧树脂/增强材料上沿着增强材料形成CAF的泄漏通道,这个阶段是可逆反应。在第二阶段中,在电压或偏置电压的作用下,铜盐发生电化反应,沉积在线路图案之间形成导电信道,在线路之间产生短路,该阶段是不可逆反应。

如何防止或解决CAF的发生呢。

为了解决或防止CAF的发生,可以从上述五个必要条件着手,如果消除了某一个条件,则能够防止该发生。

1.Anti-CAF中电路板材料能力的提高

电路板板材的选择对于保护CAF的产生非常重要,但通常是一分钱一分的商品,一般具有高CAF保护能力的基材需要特别订购,以下是电路板基材的选择CAF的提案。

减少材料中杂质的离子含量。

玻璃布充分浸渍在树脂上结合良好。

在电路板的基板制作时,将多束玻璃纤维束织成布后导入树脂槽浸渍,将树脂附着的玻璃纤维布逐渐拉出,以使树脂能够填充在玻璃纤维束的间隙中为目的如果该段的参数设定不好,则玻璃纤维束容易形成间隙,使间隙乘CAF。

使用低吸湿性树脂。相关报道:PCB板材的结构和功能介绍

2.避免PCBlayoutDesign偏差及孔间距

电路板的通孔、线路尺寸位置和层叠结构设计对CAF也有绝对的影响,因为所有的要求几乎都是从设计产生的。随着产品变小,电路板的密度也变高,PCB处理能力有限,直流偏置bias voltage的相邻线路距离越小,产生CAF的概率越高,基本上偏差越高,距离越小,CAF的概率越高。

根据当前电路板的制造商提供的信息,以下是大部分电路板制造商针对CAF防护提出的PCB尺寸设计值。

从孔到孔的边缘距离(最小):0.4mm

从孔到线的距离(最小)(Drill to Metal):12mil(0.3mm)

孔径推荐:0.3mm

另外,根据实际经验可知,CAF的通道gap基本上沿着相同的玻璃纤维束发生,所以如果能够以贯通孔或焊盘的排列方式进行45度角的交叉布线,则能够降低CAF的发生率。

3.PCB处理中wicking的管理控制

PCB的机械钻头或雷射烧孔时会产生高温,若超过树脂resin的Tg点则熔化形成渣,该渣附着于内层铜缘或孔璧区,最容易导致后续镀铜时的接触不良,因此在镀铜前必须先进行渣除去(De-smear)工作除去渣的第一局使用蓬松剂sweller)浸泡1~10分钟,使各种渣产生肿胀缓和,以利后续Mn+7顺利攻入和咬食。但是,渣去除工作会给通孔带来一定的咬蚀,产生铜渗透wicking、芯吸)现象,部分电路板业者为了加速软绵绵的工作,将槽的温度升高,蓬松剂接口过度松弛,引起后续的铜移动现象。

IPC-A-600具有规定的铜渗透(wicking)允收标淮如下所示。

Class1、铜渗透不应超过125micro。m (4.291 mil)

Class2、铜渗透不应超过100micro。m (3.937 mil)

Class3、铜渗透不能超过80micro。m (3.15 mil)

但是,随着科学技术的进步,0.1mm(100micro;m)的铜渗透似乎不符合实际需求,从0.4mm的孔到孔的距离来看,减去铜渗透的尺寸,距离只剩下0.4-0.1-0.1=0.2mm。m(2mil)以下正确。相比之下,系统工厂Layout电路板的孔到孔的距离也缩小到了100micro。m(4mil,这对于预防和治疗来说真的是很大的考验。

另外,在PCB的机械钻头作业时,如果进刀速度过快、铣刀超过使用寿命,则由于铣刀的外力,玻璃纤维容易断裂,从而产生间隙。

4.PCB加工过程中防水湿气的管理

电路板组装PCBAssembly)通过作业中的锡膏印刷、部件粘贴、高温焊接等,有可能在电路板中残留若干污染物,这些污染物中有容易产生焊料、橡胶类、尘埃、结露等电解的物质,都有可能引起电化学的移动使用密封橡胶来阻塞有可能产生空隙形成CAF的边界,能够防止水气的渗透。

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