CAF： PCB 上の導電性陽極フィラメント (CAF) について 理解する
導電性陽極フィラメント (CAF) と呼ばれる、PCB の望ましくない側面についてみていきましょう。 CAF とは 2 つの導体間にエレクトロマイグレーション銅が増殖することです。 この記事では PCB がどのように作られるか、特に設計密度の増した多層で起きる CAF の原因、そして CAF のリスクを防止、制限する潜在的な対策について取り上げます。
PCB 製造プロセスを理解する
CAF について話す前に、PCB がどのように作られるかについて理解しておきましょう。 多層構造ではめっきされた穴が積層での個別のレイヤー間の接続を作ります。 穿孔と穴の清掃後に、化学薬品の銅または類似の伝導性材料の薄いレイヤーが PCB の表面に施され、その後、最終のガルバニック銅めっきが施されます。
CAF とは？
導電性陽極フィラメント故障とは、プリント回路板の 2 点間のエレクトロマイグレーション銅の形成です。 CAF 故障は抵抗を減らし、最終的には 2 つの逆向き銅伝導体間に短絡ができます。
CAF 故障は次のような導体間に発生する可能性があります。 めっき穴からめっき穴、めっき穴からトレースまたはトレースからトレース。 最もよくある故障のパターンはめっき穴間、およびめっき穴からトレースです。
CAF 故障には 2 つの段階があります。
第1段階では、樹脂とガラス繊維織物間の接触面が劣化します。 第1段階に影響を与えることが知られている主な要因は PCB 内の湿度および温度条件です。 PCB をベーク／乾燥することは第1段階に可逆的な影響を与えるようです。 これは、PCBA プロセス中およびアプリケーションライフタイム中に PCB を乾燥した条件下に置く重要性を強調します。
第2段階は、導体間のエレクトロマイグレーション銅の形成です。これは、樹脂／ガラス管の接触面の劣化の後に始まる可能性があります。 第2段階に影響を与えることが知られている主要な要因は、2 つの逆向き導電導体間の距離、穴間の配置/角度対ガラス繊維の方向の、電圧バイアス、湿度、温度、および pH 濃度です。 銅イオンが正電荷のかかった導体から負 電荷のかかった導体に、樹脂とガラス繊維間の接触面に沿って移動（マイグレーション）する条件は、ガルバニック銅めっきプロセスの条件と比較できます。 銅のマイグレーション形成は不可逆であり、その形成は CAF の完了後はベーク/乾燥しても影響を受けません。
CAF を防ぐ
材料の選定： CAF のリスク削減を高い Tg および CAF 耐性を持つ材料の指定で削減します。
設計： 内側レイヤーの未接続のパッドを削除しますが、内側レイヤーにパッドが存在するか場合と同様に絶縁距離を保ちます。 これにより、銅から銅までの距離を延長し、CAF のリスクを低減します。 可能な限り、電圧バイアスを接地バイアスの隣に配置しないようにします。 回避できる場合は、できる限りバイアスをガラス繊維と整列させて配置しないでください。 それらを45度の角度で離して、ガラス繊維沿いに CAF が形成されることを防ぎます。 さらに、そのようなバイアス間のスペースを広げることを推奨します。
PCB 製造： メーカーは、ラミネーションプロセス中にボイドを制限／回避に重点的に取り組んでください。 早期の段階での樹脂／ガラス接触面の劣化を防ぐため、ドリルパラメータのフィード／速度のバランスを取る必要があります。 穴のデスミア処理の化学物質は、FR4 と銅めっき穴の壁面間の酸の入り込みを防ぐため、銅めっき前にしっかり除去してください。
PCBA アセンブリ： はんだプロセスの前に、PCB が乾燥した状態であることを確認します。 PCB 内に閉じ込められた水分があると、はんだ付け中に蒸気に変わり、微細な剥離の原因となり、のちに CAF につながる可能性があります。
アセンブリ後のクリーニング： アセンブリ後、CAF の原因となる可能性のある汚染物質を取り除くため、PCB をしっかり清掃します。
PCBA の保護コーティング： PCBA の保護コーティングを塗布して、アプリケーション寿命中に水分、塩、そのほかの損傷につながる物質から保護します。
まとめ
CAF は、すべての FR4 ベース PCB タイプで発生する可能性がありますが、上述の通り特定の条件により現象が加速し、一部のアプリケーションが他に比べて CAF への脆弱性が高い場合があります。 高電流 PCB および配線密度の高い PCB が最も大きな影響を受けるように見受けられ、これは特に運用中の温度と湿度が高い状況に晒されていると顕著です。
但し、それらの条件を知ることが以下による CAF 防止の最初のステップです。
- CAF 耐性を持つ材料の使用
- GND および VCC ビアの間隔と設置に焦点を当てた設計
- プロセス管理が良好なサプライヤーの選定
- はんだ付け前に必ず乾燥した状態にする
- アセンブリ後に PCB をクリーニングする
- 厳しい環境で運用される PCBA を守る保護コーティングを使用する
詳細情報が必要な場合は、ICAPE グループまでご連絡ください。
執筆者： Erik Pedersen/Jordan Labbe
