导电阳极丝： 了解印刷电路板上的 导电阳极丝（CAF）
让我们来探索一下印刷电路板中一个令人着迷的不良方面，即导电阳极丝（CAF）。 导电阳极丝（CAF）是两个导体之间电迁移铜生长而形成的导电性细丝物。 在本文中，我们将讨论印刷电路板的制作方法、造成导电阳极丝的原因，尤其是设计密度增加的多层电路板，以及防止或限制导电阳极丝风险的可能措施。
了解印刷电路板的制造工艺
在开始讨论导电阳极丝之前，先让我们了解一下印刷电路板是如何制造的。 在多层结构中，镀孔在堆叠中的各个层之间建立连接。 钻孔和清孔后，在印刷电路板表面和孔上涂一层薄薄的化学铜或类似的导电材料，然后进行最后的电镀铜。
什么是导电阳极丝（CAF）？
导电阳极丝故障是印刷电路板两点之间电迁移铜生长而形成的导电性细丝物。 导电阳极丝故障会降低电阻，最终在两个相反偏置的铜导体之间产生短路。
导电阳极丝故障可能发生在导体之间，例如： 镀孔与镀孔之间、镀孔与走线之间或走线与走线之间。 最常见的故障模式是镀孔之间以及镀孔与走线之间的故障。
导电阳极丝故障分为两个阶段：
第一阶段是树脂与玻璃布之间的界面退化。 影响第一阶段的已知主要因素是印刷电路板中的湿度和温度条件。 烘烤/干燥印刷电路板似乎对第一阶段有可逆的影响。 它强调了在印刷电路板组装过程中以及使用寿命期间保持印刷电路板干燥条件的重要性。
第二阶段是导体之间的电迁移铜的生长，这可能在树脂/玻璃界面降解后开始。 影响第二阶段的已知主要因素是两个相反偏置的铜导体之间的距离、孔与玻璃纤维方向之间的位置/角度、电压偏置、湿度、温度和pH浓度。 铜离子沿树脂和玻璃纤维界面从带正电的导体迁移到 带负电的导体的条件可与电镀铜工艺的条件进行比较。 铜迁移的形成是不可逆的，并且当导电阳极丝形成后，它不会受到烘烤/干燥的影响。
预防导电阳极丝
材料的选择： 通过特定的高Tg和抗导电阳极丝材料 来降低出现导电阳极丝的风险。
设计： 删除内层上不相连的焊盘，但保持隔离距离，就像内层有焊盘一样。 通过增加铜导体之间的距离可以降低出现导电阳极丝的风险。 尽可能避免电压过孔靠近接地过孔。 当无法避免时，请勿将通孔与编织玻璃对齐。 将它们以45°的角度放置，以防止沿玻璃纤维形成导电阳极丝。 此外，建议增加这些通孔之间的间距。
印刷电路板的制造： 制造商应重点限制/避免层压过程中的空隙。 钻头参数的进给/速度必须平衡，以防止树脂/玻璃界面的任何早期降解。 镀铜之前应彻底清除孔中的去污化学品，以防止FR4和镀铜孔壁之间出现任何酸性杂质。
印刷电路板的组装： 确保在焊接过程之前印刷电路板处于干燥状态。 印刷电路板内部滞留的水分在焊接过程中会变成蒸汽并导致微分层，随着时间的推移会形成导电阳极丝。
组装后清洁： 组装后彻底清洁印刷电路板，以去除任何可能导致导电阳极丝的污染物。
印刷电路板组装的保护涂层： 在印刷电路板组装时涂抹保护涂层，以防止其在使用寿命期间受到潮湿、盐和其他有害物质的影响。
结论
导电阳极丝可能发生在所有基于FR4材料的印刷电路板上，但如上所述，某些条件会加速这一现象，导致某些应用比其他应用更容易受到导电阳极丝的影响。 大电流印刷电路板和高布线密度印刷电路板似乎最容易受导电阳极丝的影响，尤其是在印刷电路板暴露于高温、高湿度的工作条件下。
然而，了解情况是预防导电阳极丝的第一步，具体做法如下：
- 使用耐导电阳极丝的材料
- 设计时注意GND过孔与VCC过孔的间距和位置
- 选择具有良好流程控制的供应商
- 确保焊接前的干燥条件
- 组装后清洁印刷电路板
- 使用保护涂层来保护在恶劣环境下进行的印刷电路板组装
如果您需要更多信息，请联系ICAPE Group集团。
作者： Erik Pedersen/Jordan Labbe
