印制线路板CAF失效分析
PCBA CAF失效机理分析和材料预防
通过切片可以从中观察到常见的CAF失 效模式。一般来说CAF失效现象有两种存在 形式。
一种是沿着玻璃纤维方向生长，类似芯 吸现象。'‘芯吸效应”是超细纤维特有的性能， 是指超细纤维中孔细，接近真空时，近水端纤
维管口与水分子接触形成纤维中真空孔隙，此 时大气压值超过纤维内部的真空，水就自然压 积进入纤维孔隙中，纤维孔隙越细，芯吸效应 愈明显，这种芯吸透湿效应愈强。当铜箔或其 他焊面发生电迁移后，形成的絮状或树状生 长物同样也会发生芯吸现象，且该现象还会继 续导致电化学迁移，加剧生长物生成的速度。 PCB CAF现象多发生在芯吸最严重位置，在 玻璃纤维边缘存在空隙；另一种是层压板内层 与材料分层，CAF沿着分层处生长。
性细丝物。 CAF,通常发生在孔与之间、通孔与内
(外)层导线之间、导线与导线之间，从而造 成两个相邻体绝缘材料的绝缘性能下降甚至造 成短路。
1. 2 CAF生长过程
CAF失效的生长过程，一般分为2个阶段 阶段1：高温湿环境下，使得玻纤与氧树 脂之间的附着力出现劣化，并促成玻纤表面硅 烷偶联剂的化学水解，从而在玻纤与环氧树脂 的界面上，形成沿着玻纤增强材料促成CAF 生长的通路； 阶段2： Cu腐蚀的水解反应，并形成Cu 盐的沉积物，并在外界偏压的驱动下，逐渐形 成 CAFo
5电子技术与软件工程的发展趋势
5. 1向着开方性发展
现阶段电子技术与软甲工程技术的发展 状况分析而言，其不打断向着开放计算方向靠 拢。该类型形式的计算主要内容分别是开放性 软件和开放性构架等方面。同时将开放性的标 准进行相应的统一管理，使得电子技术与软件
工程技术中融入到互联网技术，从而实现集成 化的应用模式，使得用户能够在有关电子技术 或是软件工程技术领域方面的投资，能偶获取 安全性保障。
PCB的CAF测试失效分析案例
PCB的CAF测试失效分析案例PCB的CAF（Conductive Anodic Filament）测试是一种用于评估电子产品印刷电路板的可靠性的测试方法，它能够检测到可能导致电子设备损坏或故障的潜在问题。
然而，有时候CAF测试可能会失效，即不能准确地检测到问题，导致缺陷产品被误判为合格产品。
本文将通过一个实际案例来分析PCB的CAF测试失效原因。
在家电子制造公司的生产线上，制造商对所有PCB进行CAF测试以确保其可靠性。
CAF测试是通过将电流注入PCB中，将其浸泡在盐溶液中，并检查是否存在电流泄漏的现象来进行的。
在测试过程中，如果有电流泄漏，说明可能存在导电的异物，导致电路损坏。
然而，在一批PCB中，CAF测试出现了失效现象。
虽然这些PCB在CAF测试之前都经过了完整的制造流程，并通过了其他各项测试，但在CAF测试阶段仍然出现了电流泄漏。
制造商决定对此进行详细调查，以找出问题所在。
首先，制造商对可能的失效原因进行了分析。
他们注意到，电流泄漏现象主要发生在焊盘附近，并且与焊盘和PCB表面涂覆的保护层之间有一层薄膜。
制造商怀疑这可能是导致CAF测试失效的主要原因之一为了验证这一猜测，并找到具体的原因，制造商进行了实验。
他们选择了几个有电流泄漏的PCB，并将它们切割成小块进行进一步分析。
通过显微镜观察，制造商发现在焊盘和薄膜之间存在一些微小的裂纹。
这些裂纹可能形成了导电通道，并导致了电流泄漏现象。
为了进一步验证，制造商还进行了材料分析。
通过对薄膜的成分进行分析，制造商发现薄膜中掺有一种对电导率较敏感的材料。
这些材料可能在制造过程中被不慎混入，导致了薄膜在CAF测试中失效。
综合以上分析结果，制造商得出结论，PCB的CAF测试失效是由于焊盘附近的薄膜存在裂纹，并含有导电材料引起的。
制造商进一步调整了制造过程，增强了焊盘附近薄膜的耐压性，并加强了对材料的筛选和控制，以确保不会再次出现类似问题。
通过这个案例，我们可以看到CAF测试失效的原因可能是多方面的，可能与制造过程中的材料问题、设计问题或操作问题有关。
抗CAF PCB特性分析及性能对比测试报告
抗CAF PCB特性分析及性能对比测试报告前言随着电子设备在提高功能和性能的同时也向小型化、轻量化迅速发展，使得印制线路板的线路也越来越细，间距越来越小，绝缘层越来越薄，钻孔尺寸也向更小更密的方向发展，并且由于信息传输速度的提升及为减少发热起见，使得印制板所承受的工作温度在不断地上升，这一切都增加了C A F形成的可能性。
伴随讯号传输的速度不断加快，工作电压也不断降低(由30年前的12V，到20年前的5V，到今日的1.5V，甚至数年后的1V以下)，使得微小瑕疵都将导致传输故障，因此人们对产品的可靠性提出了更高的要求，而CAF的生长并导致产品失效需要一个过程，使其具有较强的隐性，也使得其成为电子基础设施、汽车电子和长期数据存储等用途产品重点关注的隐性风险。
1、CAF生长的机理导电性阳极丝(CAF：Conductive Anodic Filamentation)是可以导致电气短路的电化学腐蚀过程的副产物。
通常表现为从电路中的阳极发散出来，沿着玻纤与环氧树脂之间界面表面朝着阴极方向迁移，形成导电性细丝物。
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，上述表现方式如下图1所示。
CAF失效的产生一般分为两个阶段：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CAF泄露的通路；阶段2：铜腐蚀的水解反应，形成铜盐的沉积物，并在偏压的驱动之下，形成CAF生长。
其化学反应式为：(1)Cu →Cu2+ +2e-（铜在阳极发生溶解）H2O →H+ + OH-2H+ + 2e-→H2(2)Cu2+ + 2OH-→ Cu(OH)2（铜从阳极向阴极方向发生迁移）Cu(OH)2→ CuO + H2O(3) CuO + H2O →Cu(OH)2→Cu2+ + 2OH-（铜在阴极沉积）Cu2+ +2e-→Cu2、影响CAF形成的因素（1）基材的选择对现在业界经常使用的G-10（一种非阻燃的环氧玻璃布材料）、聚酰亚胺材料（PI）、β-三氯树脂（BT）、氰酸酯（CE）、环氧玻璃纤维布（FR- 4）、CEM -3（一种非阻燃的短切毡玻璃材料）、MC-2（一种混合的聚酯和环氧玻璃板，芯部为短切毡玻璃材料）、Epoxy j/Kevlar，各种材料中形成CAF的敏感性程度如下：MC-2≥Epoxy/Kevlar≥FR-4≈PI>G-10>CEM-3>CE>BT（2）导体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体结构。
PCB失效分析介绍
PCB失效分析介绍PCB（Printed Circuit Board），中文译为印刷电路板，是电子设备中常见的一种重要组件。
它由基板、导线、组件及连接器等构成，用于支持和连接电子元器件，实现电路的功能。
然而，在使用过程中，由于各种原因，PCB可能会出现失效的情况。
这篇文章将介绍PCB失效分析的一般流程，包括常见的失效类型、失效分析方法以及案例分析。
PCB的失效类型可以大致分为电气失效和机械失效两类。
电气失效包括导通故障、断路故障和短路故障等，机械失效则包括开焊、虚焊、冷焊、板与插件之间接触不良等。
在进行PCB失效分析时，一般可以采取以下几个步骤。
首先，进行外观检查。
通过目视观察PCB表面和内部，检查是否存在明显的损坏或错误。
例如，观察是否存在明显的腐蚀、热伤或机械划痕等。
其次，进行电学测试。
使用测试仪器进行电路导通测试，检测是否存在导通失效、断路失效或短路失效等。
常见的测试仪器包括万用表、示波器等。
接着，进行组件测试。
使用适当的测量工具和测试设备，对PCB上的组件进行测试。
例如，使用数字万用表、热像仪等设备，对元器件的电压、电流、温度等性能进行测量。
然后，进行故障点定位。
根据前述的测试结果，确定故障点的大致位置。
可以利用烙铁、红外热像仪、X射线检测仪等工具对故障点进行进一步的定位。
除了常规的失效分析方法，还可以结合一些辅助技术来进行更深入的分析。
例如，利用逆向工程技术对PCB进行解剖和分析，了解其内部结构和材料组成。
同时，还可以利用红外热像仪、X射线检测仪等高级测试设备，对PCB进行非破坏性测试，以获取更全面的信息。
下面以一个实际案例进行PCB失效分析。
电子设备中的一个PCB上的一些电路失效，导致整个设备无法正常运行。
通过外观检查发现，该PCB表面没有明显的损坏，但观察到一些插件的焊点存在异常。
接着，进行电学测试。
使用示波器进行导通测试，发现在该焊点附近存在断路失效。
然后，进行组件测试，发现焊点附近的元器件没有明显的故障。
PCB板防CAF知识的介绍
PCB板防CAF知识的介绍PCB（Printed Circuit Board）板防CAF（Conductive Anodic Filamentation）是指在高湿度和电场下，导电物质在电介质中以一定速率形成导电通道的现象。
CAF问题在高密度和高频率电子产品中尤为突出，可能导致设备故障和性能下降。
为了解决这个问题，工程师们发展了多种措施和技术来预防和减轻CAF。
首先，了解CAF的产生原因至关重要。
CAF主要是由于PCB板上的导电性污染物质（例如金属离子、金属颗粒、微观裂纹等）在潮湿环境下逐渐溶解，并通过电场转移到不同的位置，形成导电通道。
这些导电通道会导致短路、电阻下降、信号损失等问题。
因此，防止导电污染物质进入PCB板和控制湿度是CAF防治的核心。
首先，选择高品质的PCB材料可以有效地降低CAF的风险。
高品质的基板材料具有更低的水分吸收率和更好的绝缘性能，能够减少湿度对PCB的影响，降低CAF的发生概率。
选择具有低损耗因子和低介电常数的材料也可以帮助减少信号衰减和串扰。
其次，合理的设计和制造过程也是预防CAF的关键。
设计人员应该避免使用大量的高场强和高电流密度，因为这会增加湿度和电场对PCB的影响。
合理布局和强化电磁兼容设计也可以减少电场干扰，降低CAF的风险。
在制造过程中，必须确保良好的清洁和防尘措施，避免导电性颗粒和污染物质进入PCB板。
同时，控制湿度是防止CAF的重要步骤之一、湿度控制可以通过控制环境湿度、改善工作条件、使用封装材料和加强封装工艺等多种方式来实现。
在制造和使用过程中，可以使用干燥剂、密封箱和湿度传感器等设备来确保适当的湿度水平。
重要的是，湿度应该在规定的范围内保持稳定，以防止冷凝水和PCB板上的湿度变化。
此外，PCB板的可靠性测试也是防止CAF的重要手段之一、目前市场上有多种方法和设备可用于检测PCB板上的CAF问题，包括剥离测试、电化学迁移测试和高温高湿测试等。
这些测试方法可以帮助工程师及早发现存在CAF问题的PCB板，并进行相应的修复和改进。
CAF失效的介绍
1 前言在电子设备领域，以汽车电子或某些军工装备为例，其对耐高温高湿环境的要求较高。
随着此类产品向着高密度化发展，孔间距越来越小，这使得印制板对孔的可靠性要求也相应提高，所以印制电路板产生的导电阳极灯丝就成为影响产品可靠性的重要因素。
导电阳极丝（英文简称：CAF；全称：ConductiveAnodic Filament）是指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，甚至短路失效。
CAF导致的短路如图1所示。
2 CAF失效机理2.1 CAF失效机理CAF的产生过程可以分两步来研究，即离子迁移通道的形成和阳极丝的增长过程。
（1）化学键水解。
在高温高湿的条件下，树脂和玻纤之间的附着力出现劣化，并促成玻纤表面的硅烷偶联剂产生水解，从而导致了电化学迁移路径（即铜离子迁移的通道）的产生。
（2）导电阳极丝增长。
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，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2所示。
2.2 CAF形成的影响因素对于成品PCB，CAF的形成主要影响因素有：PCB设计，板材配本，PCB加工过程。
以下就这些影响因素进行分析。
2.2.1 PCB设计的影响在PCB的结构中孔的排列方式对CAF性能影响较大，孔的排列方式不同，其CAF效应不同，一般存在三种排列方式（如图3所示）。
三种排列方式中耐CAF性能由强到弱的次序为：错位排列》纬向排列》经向排列。
原因如下。
（1）CAF的发生主要是沿着玻璃纱束的方向进行，错位排列可以对CAF的产生形成迂回作用，从而不容易发生CAF失效。
印制电路板镀盲孔的失效分析
印制电路板镀盲孔的失效分析摘要：运用多种宏微观测试技术和表征方法，对某新型手机用PCB出现的断路故障进行了系统研究。
通过观察盲孔的开裂形貌、分析裂纹的化学成分，确认了镀液配比不当、硫等杂质元素偏析是引起开裂缺陷的关键起因，并首次提出了开裂的失效机制。
同时，辅以有限元方法（FEM）模拟了热循环作用后盲孔的热应力分布情况，并评估了微裂纹扩展趋势。
最后提出相应的建议和意见，这对保障PCB制造和使用过程中的安全可靠性和盲孔的结构完整性有重要参考价值。
关键词：盲孔；开裂；硫脆化；PCB；失效分析Failure Analysis on Blind Vias of PCB for Novel Mobile PhonesJI Li-Na, YANG Zhen-Guo *(Department of Materials Science, Fudan University, Shanghai 200433, China) Abstract: Through macroscopic and microscopic testing methods and characterization techniques, the failure analysis of the vias on PCB for novel mobile phones has been systematically carried out. The investigation on the cracking morphology of the blind vias and chemical analysis on the grain boundary of copper-plating layers have definitely identified that inappropriate compositions of electroplating solution and sulfur segregation are the critical causes of the crack defect. Failure mechanism of the cracking in the blind via was put forward for the first time. Complementarily, microcrack propagation probability was estimated based on the finite element method (FEM) results of stress distribution after thermal cycling. Finally, improvement countermeasures and suggestions are addressed and are of significant value for reference to the safe reliability and structural integrity of PCB products during manufacturing and services.Keywords: blind via; cracking; sulfur embrittlement; PCB; failure analysis1.引言在二级封装用载板—印制电路板（printed circuit board, PCB）的电镀工艺中，镀铜层主要分为两种。
CAF现象
前言随着电子设备在提高功能和性能的同时也向小型化、轻量化迅速发展，使得印制线路板的线路也越来越细，间距越来越小，绝缘层越来越薄，钻孔尺寸也向更小更密的方向发展，并且由于信息传输速度的提升及为减少发热起见，使得印制板所承受的工作温度在不断地上升，这一切都增加了ＣＡＦ形成的可能性。
伴随讯号传输的速度不断加快，工作电压也不断降低（由30年前的12V，到20年前的5V，到今日的1.5V，甚至数年后的1V以下），使得微小瑕疵都将导致传输故障，因此人们对产品的可靠性提出的更高的要求，而CAF的生长并导致产品失效需要一个过程，使其具有较强的隐性，也使得其成为电子基础设施、汽车电子和长期数据存储等用途产品重点关注的隐性风险。
本文将就笔者发现的实际案例出发，探讨CAF生长对电子产品可靠性产生的潜在风险及控制措施。
1 CAF生长的机理导电性阳极丝（CAF：Conductive Anodic Filamentation）是可以导致电气短路或开路的电化学腐蚀过程的副产物。
通常表现为从电路中的阳极发散出来，沿着玻纤与环氧之间的界面表面朝着阴极方向迁移，形成导电性细丝物，从而导致导体间绝缘电阻发生突然的难以预料的下降。
该项失效模式，在1976年，由Bell实验室的科学家首先得以发现和确认。
阳极导电丝的形成首先是玻璃/环氧的物理破坏，然后吸潮导致了玻璃/环氧分离界面出现水介质，提供了电化学通道，促进了腐蚀产物的运输，腐蚀产物在电场作用下从阳极向阴极定向移动，最终形成从阳极到阴极的导电丝。
阳极导电丝的形成和基材、导体结构、助焊剂和电场强度等因素相关。
阳极导电丝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，从面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1所示。
图1 CAF模式阳极导电丝的产生一般分为两阶段：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CAF泄露的通路；阶段2：铜腐蚀的水解反应，并形成铜盐的沉积物，并在偏压的驱动之下，形成CAF 生长。
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印制线路板CAF失效分析
作者：汪洋， 莫芸绮， 聂昕， 何波， 关健， 万永东， 徐玉珊， 吴向好
作者单位：汪洋,聂昕(信息产业部电子第五研究所可靠性分析中心)， 莫芸绮(电子科技大学应用应用化学系)， 何波,关健,万永东,徐玉珊,吴向好(珠海电子科技股份有限公司技术中心)
1.期刊论文聂昕.汪洋.莫云绮.何为.NIE Xin.WANG Yang.MO Yun-qi.HE Wei印制电路板的CAF生长案例分析与控
制对策-印制电路信息2008(7)
文章通过对CAF生长机理以及失效案例的分析,介绍由于CAF生长给电子产品可靠性带来的潜在风险,并且提出了控制CAF生长,提高电子产品的质量与可靠性的措施.
2.会议论文聂昕印制电路板的CAF生长案例分析与控制对策2007
本文通过对CAF生长机理以及失效案例的分析，介绍由于CAF生长造成两个相邻的导体之间绝缘性能下降甚至短路，给电子产品可靠性带来的潜在风险的过程，并且提出了控制CAF生长，由此而提高电子产品的质量与可靠性的措施。
本文链接：/Conference_6866935.aspx
授权使用：北京邮电大学(byab)，授权号：663abd8a-22e3-4459-8be9-9e69008ae657
下载时间：2011年1月12日。