PCB板防CAF知识介绍.ppt

2第一部分：第一部分：CAFCAF概述概述n n CAF，全称为导电性阳极丝，全称为导电性阳极丝(CAF：Conductive Anodic Filamentation)，指的是，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，此现象将最终导致绝缘不良，甚至短路失效。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方式如下图1所示。所示。3第第二二部分：部分：CAFCAF产生机理和过程产生机理和过程n n CAF产生一般分为两个阶段：产生一般分为两个阶段： 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：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料形成CAF泄露的通路；泄露的通路； 阶段阶段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：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，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反应如图2所示。所示。 (1)CuCu2+ +2e-（铜在阳极发生溶解）（铜在阳极发生溶解） H2OH+ + OH- （水分子在阴极发生还原形成（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，发生分别从两极迁移，发生中和反应形成）中和反应形成） Cu(OH)2 CuO + H2O (3)CuO + H2OCu(OH)2 Cu2+ + 2OH-（铜在阴极沉积）（铜在阴极沉积） Cu2+ +2e-Cu4第第二二部分：部分：CAFCAF产生机理和过程产生机理和过程n n(1)线路间有电势差，提供了离子运动的动力；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；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；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。有金属离子物质的存在。5第第三三部分：部分：影响影响CAFCAF形成的因素形成的因素n n(1).基材的选择基材的选择现在业界经常使用的现在业界经常使用的G-10(一种非阻燃的环氧玻璃布材料一种非阻燃的环氧玻璃布材料)、聚酰亚胺材料、聚酰亚胺材料(PI)、-三三氮氮树脂树脂(BT)、氰酸酯、氰酸酯(CE)、环氧玻璃纤维布、环氧玻璃纤维布(FR-4)、CEM3(一种非阻燃的短切毡玻璃材一种非阻燃的短切毡玻璃材料料)、MC-2(一种混合的聚酯和环氧玻璃板一种混合的聚酯和环氧玻璃板)、Epoxy/Kevlar。各种材料形成。各种材料形成CAF的敏感的敏感性程度如下：性程度如下：MC-2 Epoxy/Kevlar FR-4 PI G-10 CEM3 CE BT(2).导体的结构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的影响电压梯度是电压梯度是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。形成的越快。(4).助焊剂的影响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。使得性能下降。(5).潮气潮气PCBA使用过程中潮气的吸收给电化学腐蚀提供反应媒介使用过程中潮气的吸收给电化学腐蚀提供反应媒介6第第四四部分：部分：CAFCAF对产品的影响对产品的影响n n(1).案例描述案例描述 2008年年10月位于福建泉州惠安青山湾的泉州大唐明珠度假村（酒店）购买了月位于福建泉州惠安青山湾的泉州大唐明珠度假村（酒店）购买了80台台LC26ES60，并开始试营业，并开始试营业，2009年年5月正式开业，反馈有很多机器出现了声音、遥控、月正式开业，反馈有很多机器出现了声音、遥控、存储等不良现象。存储等不良现象。(2)问题分析问题分析 对出现问题的故障主板，其中两块声音杂乱的故障板，经查均为声音滤波支路对出现问题的故障主板，其中两块声音杂乱的故障板，经查均为声音滤波支路（1.5V）电容引脚对）电容引脚对3.3V电源过孔漏电，漏电电阻测量为电源过孔漏电，漏电电阻测量为11K，电压差只有，电压差只有1.5V，过孔，过孔间孔壁距离间孔壁距离0.8mm。另外有一块板发生插座引脚对地过孔漏电导致。另外有一块板发生插座引脚对地过孔漏电导致SDA电压下降到电压下降到1.5V（应为（应为3.3V），两者孔壁距离达到），两者孔壁距离达到1.3mm。具体位置见下面的示意图：。具体位置见下面的示意图： 根据现场情况分析和根据现场情况分析和5所检测结果，出现问题的机器的酒店处于处在临海的位置，具所检测结果，出现问题的机器的酒店处于处在临海的位置，具有高温高湿的地理环境，且水蒸气中盐份含量较高的地理位置，判断此次酒店机主要问有高温高湿的地理环境，且水蒸气中盐份含量较高的地理位置，判断此次酒店机主要问题为题为PCB板的板的CAF引起绝缘不良失效。引起绝缘不良失效。7第第四四部分：部分：CAFCAF对产品的影响对产品的影响n n(1).案例描述案例描述某一款手机产品在出厂和使用初期使用正常，但某一款手机产品在出厂和使用初期使用正常，但34月份月份(此为南方一年中最潮湿月份此为南方一年中最潮湿月份)在南方维修中心收到大量客户投诉，反应手机按键在南方维修中心收到大量客户投诉，反应手机按键6、7、8同时出现自动拨号现象。同时出现自动拨号现象。(2)问题分析问题分析电测发现电测发现6、7、8键的信号输出端和输入端均不存在短路，且电路分析还发现这键的信号输出端和输入端均不存在短路，且电路分析还发现这3个键的个键的公共节点与信号控制芯片的外部电路上某电阻公共节点与信号控制芯片的外部电路上某电阻R之间的之间的 绝缘值明显低于正常品，三键的绝缘值明显低于正常品，三键的埋孔及与电阻的埋孔相距很近，这两埋孔的电路输出波形图较正常品异常，故断定该两埋孔及与电阻的埋孔相距很近，这两埋孔的电路输出波形图较正常品异常，故断定该两孔之间可能存在短路。对两埋孔做金相切片，发现两孔之间严重的铜迁移现象，并使两孔之间可能存在短路。对两埋孔做金相切片，发现两孔之间严重的铜迁移现象，并使两镀孔处于短路状态。同时还发现有芯吸、玻纤之间有较大余隙镀孔处于短路状态。同时还发现有芯吸、玻纤之间有较大余隙 通过上面分析，南方通过上面分析，南方34月份潮湿天气为月份潮湿天气为CAF生长提供了一个潮湿环境，基板中的玻纤余隙生长提供了一个潮湿环境，基板中的玻纤余隙为为CAF生长提供了通道，芯吸效应又为生长提供了通道，芯吸效应又为CAF生长提供了易水解的金属物质，上述因素综合促生长提供了易水解的金属物质，上述因素综合促使了使了CAF的生长，最终导致两镀覆孔之间的绝缘失效。的生长，最终导致两镀覆孔之间的绝缘失效。 8第第四四部分：部分：CAFCAF对产品的影响对产品的影响n n 综述较易形成综述较易形成CAF四因素，在液晶模组中灯条四因素，在液晶模组中灯条PCB一般是单层板或假双层板一般是单层板或假双层板(涉及到涉及到过孔结构相对较少过孔结构相对较少)，电路设计相对较简单，电路设计相对较简单(或并联或串联或并联或串联LED,无其他元器件无其他元器件)，因此灯，因此灯条产生条产生CAF主要来源于后期生产中主要来源于后期生产中FR4板材防焊白油的脱落、发黄变色等而引起铜线路板材防焊白油的脱落、发黄变色等而引起铜线路的暴露，当到一定的环境中可能造成了的暴露，当到一定的环境中可能造成了CAF形成的条件。形成的条件。