CAF: Förståelse av CAF (Conductive Anodic Filament)
på mönsterkort
Låt oss utforska en fascinerande oönskad aspekt av mönsterkort som kallas Conductive Anodic Filament (CAF). CAF är tillväxten av elektro-migrerande koppar mellan två ledare. I den här artikeln går vi igenom hur mönsterkort tillverkas, vad som orsakar CAF, särskilt multilager med ökad konstruktionstäthet, och möjliga åtgärder för att förhindra eller begränsa risken för CAF.
Förståelse av tillverkningsprocessen för mönsterkort
Innan vi talar om CAF är det viktigt att vi först förstår hur mönsterkort tillverkas. I konstruktioner med flera lager skapar pläterade hål anslutningar mellan de enskilda lagren i staplingen. Efter att hålen borrats och rengjorts appliceras ett tunt lager av kemisk koppar eller liknande ledande material på mönsterkortets yta och hål innan den slutliga galvaniska kopparpläteringen.
Vad är CAF?
Ledande anodiskt filamentfel (Conductive anodic filament failure) är tillväxten av elektro-migrerande koppar mellan två punkter i ett kretskort. CAF-felet minskar motståndet och skapar slutligen en genväg mellan två motriktat förspända kopparledare.
CAF-fel kan uppstå mellan ledare som: pläterat hål till pläterat hål, pläterat hål till ledning eller ledning till ledning. De vanligaste felen är mellan pläterade hål och mellan pläterade hål och ledningar.
CAF-felet har två steg:
Det första steget är en nedbrytning av gränsytan mellan hartset och det vävda glasfibermaterialet. De kända huvudfaktorerna som påverkar det första steget är fuktighet och temperaturförhållandena i mönsterkortet. Att baka/torka mönsterkortet verkar ha en reversibel effekt på det första steget. Det understryker vikten av att hålla kretskortet torrt under PCBA-processen och under applikationens hela livslängd.
Det andra steget är tillväxten av elektro-migrerande koppar mellan ledarna vilket kan börja efter nedbrytningen av harts/glas-gränsytan. De kända huvudfaktorerna som påverkar det andra steget är avståndet mellan två motriktade förspända kopparledare, placering/vinkel mellan hål kontra glasfiberriktning, förspänning, luftfuktighet, temperatur och pH-koncentration. Förutsättningarna för att cu-joner ska vandra från den + laddade ledaren till den – laddade ledaren längs gränsytan mellan hartset och glasfibrerna kan jämföras med förhållandena i en galvanisk Cu-pläteringsprocess. Kopparmigrationsbildningen är irreversibel och formationen påverkas inte av bakning/torkning när CAF har avslutats.
Förebygga CAF
Val av material: Minska risken för CAF genom att ange högt Tg. och CAF-beständigt material.
Konstruktion: Ta bort icke anslutna pads på innerlager men behåll isoleringsavståndet som om det fanns pads på det inre lagret. Detta minskar risken för CAF genom att öka Cu til Cu-avståndet. Undvik så långt det är möjligt spänningsvior bredvid jordvior. Om det inte är möjligt ska du inte placera viorna i linje med det vävda glaset. Förskjut dem i en vinkel på 45° för att förhindra att CAF bildas längs glasfibrerna. Vidare rekommenderas att man ökar avståndet mellan sådana vior.
Tillverkning av mönsterkort: Tillverkaren ska sträva efter att begränsa/undvika hålrum under lamineringsprocessen. Borrparametrarna matning/varvtal måste vara balanserade för att förhindra degradering av harts/glas-ytan i ett tidigt skede. Kemikalierna för hålavsmetning ska avlägsnas ordentligt före Cu-pläteringen för att förhindra att syra bildas mellan FR4 och den Cu-pläterade hålväggen.
PCBA-montering: Se till att mönsterkorten är torra före lödningsprocessen. Instängd fukt i kretskortet kan under lödningen förvandlas till ånga och orsaka mikrodelaminering, vilket med tiden kan leda till CAF.
Rengöring efter montering: Rengör mönsterkortet noggrant efter montering för att avlägsna eventuella föroreningar som kan orsaka CAF.
Skyddande ytbeläggning av PCBA: Applicera en skyddande beläggning på PCBA för att skydda det mot fukt, salt och andra skadliga ämnen under applikationens livslängd.
Slutsats
CAF kan uppstå på alla FR4-baserade mönsterkortstyper, men som nämnts ovan påskyndar vissa förhållanden fenomenet, vilket gör att vissa applikationer är mer sårbara för CAF än andra. Det är mönsterkort med hög strömstyrka och mönsterkort med hög ledningsdensitet som verkar påverkas mest, särskilt om de utsätts för hög driftstemperatur och hög luftfuktighet.
Att känna till förutsättningarna är dock det första steget för att förhindra CAF genom att:
- använda CAF-beständigt material
- konstruktion med fokus på avstånd och placering av GND- och VCC-vior
- välja leverantör med god processkontroll
- säkerställ torra förhållanden före lödning
- rengöra mönsterkorten efter montering
- använda skyddande beläggning för att skydda PCBA i tuffa miljöer
Om du behöver mer information kan du kontakta oss på ICAPE Group.
Författare: Erik Pedersen/Jordan Labbe
