耐CAF知识简介

耐CAF樣品評估及制作建議主要內容背景CAF的概念CAF發生的原理耐CAF評估樣品制作影響因素＆建議評估CAF的方法Fail樣品的分析背景目前電路板的發展日趨高密度化，無論是多層板的層數和通孔的孔徑，還是布線寬度和線距都趨向于細微化，绝缘距离缩短，还有电子设备便携化容易受吸湿影响，更容易发生离子迁移。而且发生离子迁移后很短时间内就会产生故障，因此针对这个现象的评价及深入研究就变得极其重要了。CAF的概念CAF(ConductiveAnodicFilament)是指對印刷電路板電極間由于吸濕作用吸附水分后加入電場時，金屬離子沿玻纖紗從一金屬電極向另一金屬電極移動，析出金屬和化合物的現象,此現象會導致絕緣層劣化。+-CAF離子遷移現象是由溶液和電位等相關電化學現象引起的，特別是在高密度電子產品中，材料與周圍環境相互影響，導致離子遷移現象發生。陽極反應(金屬溶解）：Cu→Cu2++2e-(銅在陽極電离)H2O→H++OH-陰極反應（金屬或金屬氧化物析出）：2H++2e-→H2Cu2++2OH-→Cu(OH)2Cu(OH)2→CuO+H2OCuO+H2OCu(OH)2Cu2++2OH-Cu2++2e-→Cu(銅在陰極析出)CAF發生的原理1.水的吸附擴散影響因素：水蒸氣量，溫度，材質2.水的分解影響因素：電壓，水蒸氣量，溫度3.銅的析出影響因素：電壓，水蒸汽量，材質，PH，氧氣溶存量4.電子交換影響因素：電壓，材質CAF發生的過程+-+-Cu2+Cu2+Cu2+Cu2+Cu2+水蒸汽+-+-H+H+H+H+H+OH-OH-OH-OH-OH-e-CuCuOCAFCuCuOCAF發生的主要影響因素形成CAF通路的第一階段基本條件是在有金屬鹽類存在，另外需要有潮濕/蒸汽壓存在，這兩個條件都必須具備，當施加電壓或偏壓時，便會產生第二階段的CAF增長。測試的溫濕度越高，吸附的水分越多，生長的就越快。電壓越高，加快電極反應，CAF生長的越快，PH值越低，越易發生CAF，基材的吸水率越高，越易發生CAF。因CAF的產生是在有金屬鹽類和潮濕并存條件下由于電場驅動而沿著玻璃纖維與樹脂界面遷移而發生的，因此，最根本的措施是使玻璃纖維與樹脂界面之間致密而牢固的結合在一起，不存在任何隙縫，同時，降低樹脂的吸水率也會提高材料的耐CAF能力。耐CAF評估樣品制作影響因素＆建議1、基板原材料•樹脂：a.中混入雜質或雜質離子會影響樹脂與玻纖布的浸潤結合，雜質還會導致絕緣性能下降，所以需使用高純度環氧樹脂,以減少材料中不純離子的含量。b.樹脂的耐熱性較差會使板材受到熱沖擊后爆板，很有可能給CAF提供路徑，建議開發耐熱性能良好之樹脂配方。C.樹脂的吸水率太高，當吸水后膨脹，樹脂易與玻纖布分離，易發生CAF，所以需降低樹脂的吸水性。•玻纖布：玻纖布的開纖程度對CAF的影響很大，因為開纖度較差的玻纖布因紗束結實緊密，紗與紗之間垂直交叉形成隆起的節點，樹脂不易浸入到絲與絲之間浸潤，樹脂停留于玻纖紗表面或在紗與紗之間進行填充，在后續PCB鑽孔及濕處理過程中，鑽孔易于撕裂絲與絲的結合而分離，易于被金屬鹽類溶液浸入。因此建議使用開纖程度較好的玻纖布，可以改變為樹脂浸入到玻纖絲與絲之間為主的結合取代了原來樹脂浸入到玻纖紗與紗之間的結合，因而樹脂更均勻的分布于玻纖絲為主的絲布上，大大增加了樹脂與玻纖布緊密而牢固的結合，從而提高耐CAF能力。•銅箔銅箔的銅牙太長或不均勻會增加銅牙touch到同一玻纖紗的機會，即增加發生CAF的機會。因此建議使用銅牙均勻的銅箔。2.CCL制程•含浸：PP中殘留氣泡較多，會增加CAF的機會，含浸需調整最優化制作參數，確保PP的浸潤性，同時可增加預含浸，通過采用密度較低的膠液對玻纖紗束進行預含浸，可以趕跑大部分氣泡，同時可以降低玻纖布的表面張力。•壓合:壓合流膠過大或板邊白化會影響材料的耐CAF性能。因此需選擇合適的壓合程式，確保壓合后板材的品質。3.PCB制程除了板材會引起CAF失效外，PCB制程進行加工也是引起CAF現象的重要原因。•鑽孔：鑽孔參數不當或鑽針研磨次數太多會導致孔壁粗糙，孔壁粗糙度大意味著孔壁表面凹凸起伏大，這種凹凸不平的孔壁表面在化學濕加工過程中，凹陷之處易于聚集或包覆著金屬鹽類溶液，一有機會便會緩慢滲入到薄弱的結合部的細微裂縫中去，從而會形成或潛在形成CAF的可靠性問題。因此需選擇較優化的鑽孔參數和較新的鑽針，以確保鑽孔的品質。•Desmear：除膠渣若參數選擇不當，除膠不淨會影響電鍍的品質，后續制程中受到熱沖擊會產生Pullaway現象，若重量損失過大，使玻纖紗變得松散，易出現Wicking的現象，增加CAF失效的機會。因此根據不同類型材料需選擇合適的除膠參數。•壓合：壓合過程中如果出現固化不均勻，或流膠過大或板邊白化，都會增加發生CAF的機會。因此壓合需要選擇合適的壓合程式，尤其是多層板要注意層壓參數的匹配性，確保壓合的品質。•雜質：PCB制程中如果出現雜質或殘銅，銅粉，或藥水中存在雜質離子，清潔處理不妥，或清潔后又受污染，把金屬鹽類殘留在板面上，一旦吸潮或分層吸濕便會形成CAF問題。因此需調整參數避免殘銅，同時改進清洗方法并進行充分清潔處理。評估CAF的方法离子迁移评价通常使用梳型电路板为试料，高温高湿环境下在梳型电极之间施加电压信号进行试验。1.Off-line測試电极间绝缘电阻的测试是在每一个规定时间内从高温高湿環境中取出试料在室温环境下进行。采用这种评价方法在实际测定时，從一定溫，濕度環境中取出來時离子迁移现象已经消失并恢复到高绝缘状态。因此尽管发生异常，也会存在误认为没有常。2.On-line測試在高温高湿环境下一边在电极间施加电压应力，一边连续的自动测试因离子迁移而在瞬间发生绝缘劣化和绝缘阻值变化。這種測試可以准确获得因离子迁移导致的绝缘劣化特性和发生故障的时间。而且还可以从电阻值的变化上知道试验开始初期阶段以来的试料间所产生的差异、以及到发生故障时电阻值发生了紊乱等信息。0.3mm0.4mm0.7mm1.6mm将成对的电极交错连接成梳形图案，在高温高湿的条件下给予一固定之直流电压,经过长时间之测试,并观察线路是否有瞬间短路之现象.以下為我司廠內一雙面板耐CAF評估樣品圖例：On-line測試曲線圖范例1.0E+051.0E+061.0E+071.0E+081.0E+091.0E+101.0E+111.0E+121.0E+131.0E+141.0E+15010020030040050060070080090010001100120013001400150016001700180019002000210022002300Time[hr]InsulationResistance[ohm]1.0E+051.0E+061.0E+071.0E+081.0E+091.0E+101.0E+111.0E+121.0E+131.0E+14050100150200250300350400450500550600650700750800Time[hr]InsulationResistance[ohm]1.0E+051.0E+061.0E+071.0E+081.0E+091.0E+101.0E+111.0E+121.0E+131.0E+14050100150200250300350400450500550600650700750800Time[hr]InsulationResistance[ohm]1.0E+051.0E+061.0E+071.0E+081.0E+091.0E+101.0E+111.0E+121.0E+131.0E+14050100150200250300350400450500550600650700750800Time[hr]InsulationResistance[ohm]Fail樣品的分析對于測試Fail的樣品要進行分析，找出測試失敗的原因，以便后續有針對的改善。一般采用的方法是逐步縮小范圍的方法：1.失敗樣品先測試電阻，顯微鏡觀察，找出大概失效的位置;2.退掉表面的綠油，再觀察具體的位置;3.磨切片觀察失效發生的原因。以下為詳細圖例說明：結語隨著PCB高密度化發展，由CAF引起的失效越來越突出，提高耐CAF能力，首先是提高板材的耐CAF能力，其次是在PCB制程中針對產品制定有效的措施，才能提高耐CAF的能力。由于產生CAF的復雜性和PCB結構的多樣化，目前仍未規定出統一測試條件和方法，以上僅做簡要的說明和講解，后續工作中根據實際狀況大家共同探討學習。Thankyou!