印制线路板的CAF失效研究

本文摘要：概要：阳极导电丝（CAF）是PCB业内近十年来更为热门的可靠性问题之一，当PCBA工作在高温高湿的环境下时，有可能产生沿玻璃纤维生长的阳极导电丝CAF。本文主要以某种典型板材为事例，从某板材在有所不同孔壁间距、有所不同另加偏压下的CAF性能实地考察应从，研究CAF产生的机理，并通过模型推算出板材在有所不同另加偏压下的平均值过热寿命（MTF），为先前其他板材耐CAF性能的实地考察获取了理论依据和试验基础。

概要：阳极导电丝（CAF）是PCB业内近十年来更为热门的可靠性问题之一，当PCBA工作在高温高湿的环境下时，有可能产生沿玻璃纤维生长的阳极导电丝CAF。本文主要以某种典型板材为事例，从某板材在有所不同孔壁间距、有所不同另加偏压下的CAF性能实地考察应从，研究CAF产生的机理，并通过模型推算出板材在有所不同另加偏压下的平均值过热寿命（MTF），为先前其他板材耐CAF性能的实地考察获取了理论依据和试验基础。

关键词：阳极导电丝CAF；电化学迁入；水解；平均值过热时间；BellLabs模型；可靠性；1前言随着集成电路和微电子技术的飞速发展，电子产品的体积更加小，PCB也向轻巧、厚、较短、小发展。层间介质层厚度更加厚，布线更加契，孔壁间距更加小，并且在更进一步微细化中。

在这样的层间、布线、孔密度下，PCB的绝缘性能受到更加多的注目。如何在这样识的产品上，维持其在整个寿命周期内的绝缘性能，是业内所有PCB制造商所面对的问题之一。阳极导电丝（CAF）是近十年来十分热门的绝缘劣化过热，当PCBA在高温高湿的环境下电荷工作时，在两绝缘导体间有可能会产生沿着树脂和玻纤的界面生长的CAF，最后造成绝缘不当，甚至短路过热。少见的CAF过热有三种，即分别再次发生在孔到孔、孔到线、线到线之间的过热情况，如图1右图：图1少见的CAF过热模式其中孔到孔是最更容易再次发生的过热，理所当然获得了更加多的注目。

那么在客户的耐热CAF拒绝下，所用于的材料、制程，其耐热CAF性能能否超过客户的拒绝，沦为必须展开评估的重点内容。2CAF的产生机理在高温高湿的条件下，PCB内部的树脂和玻纤不会分离出来并构成供铜离子迁入的地下通道，此时若在两个绝缘孔之间不存在电势差，那么在电势较高的阳极上的铜会被水解沦为铜离子，铜离子在电场的起到下向电势较低的阴极迁入，在迁入的过程中，与板材中的杂质离子或OH－融合，分解了不水溶液水的导电盐，并沉积下来，使两绝缘孔之间的电气间距急剧下降，甚至必要导通构成短路。在阳极、阴极的电化学反应如图2右图：图2CAF产生时的电化学反应从产生机理上来看，可以将CAF产生的过程分成两个过程展开研究分析，即树脂与玻纤分离出来的过程和电化学迁入的过程。一切CAF产生的前提，必需要使阳极产生的铜离子取得向阴极移动的路径，即树脂与玻纤产生分离出来。

在高温高湿的影响下，树脂和玻纤之间的附着力经常出现劣化，并促使玻纤表面的硅烷偶联剂产生水解，从而造成了电化学迁入路径的产生。笔者针对CAF产生的两个过程：水解和电化学迁入，做到了一系列试验展开检验。3试验设计4CAF过热数据4．1试验板孔细＋灯芯的测量对试验板所取切片测得所有模块的孔细＋灯芯在30μm左右，那么CAF产生所须要解决的电气间距有误设计孔壁间距乘以0．06mm。

4．2CAF过热仔细观察图4为产生CAF过热的孔壁间距为0．2mm的模块的切片截面图，可以看见，在两个绝缘孔之间产生了显著的CAF现象：图4产生CAF过热的切片截面图（与玻纤平行）4．3有所不同另加偏压下的平均值过热时间数据对设计孔壁间距为0．2－0．35mm之间的材料A制作的试验板分别在500V、300V、100V、10V、3．3V下测得其平均值过热时间，如图5右图：图5有所不同另加偏压下的平均值CAF过热时间5CAF的产生过程及平均值过热时间的分析如图5右图，有以下趋势：1）当另加偏压一定时，随着孔壁间距的下降，其平均值CAF过热时间也大幅提高；2）当孔壁间距一定，另加偏压较小（100V以上）时，所有孔壁间距在500V、300V、100V三种另加偏压下的平均值CAF过热时间差异较小，基本维持同一水平；当另加偏压较小（10V以下）时，所有孔壁间距在10V、3．3V两种另加偏压下的平均值CAF过热时间差异较小。产生2）中的趋势有可能为以下原因：CAF的产生过程由水解和电化学迁入构成，我们假设在分析平均值CAF过热时间时，可以将其拆卸分成水解时间和电化学迁入时间分别展开分析和试验检验。由于水解和电化学迁入速度不受另加偏压的影响程度有所不同，那么在有所不同的另加偏压下，如果水解时间和电化学迁入时间在平均值CAF过热时间中的比重再次发生了位移，就有可能产生两段有所不同的趋势。

这样的假设否正式成立，必需要实地考察的是水解时间和电化学迁入时间的独立性，水解时间和电化学迁入时间否相互没影响。5．1水解和电化学迁入的独立性研究（1）无另加偏压下的水解情况图6为材料A制作的试验板中孔壁间距为0．2mm的模块在双85条件（温度85℃、湿度85％RH）无另加偏压下摆放96h后的孔壁情况切片图：图6不加电样品的切片截面图如图6右图，在无另加偏压的情况下，在两孔间也产生了显著的树脂与玻纤分离出来的现象，证明了水解这一过程在无另加偏压的情况下也不会产生。（2）另加偏压对水解的影响另加偏压虽然不是水解过程的必要条件，但要确认否在一定程度上减缓或减缓了水解速度，使得水解时间发生变化。

因此设计以下试验检验：将材料A制作的试验板，在双85条件下静置0小时、2小时、4小时、8小时后，分别产生500V另加偏压，获得设计孔壁间距0．2、0．25、0．3mm下的过热时间，如表格1：表格1另加偏压对水解的影响如果另加偏压对水解速度有显著的减缓或减缓，由于各个条件下的静置时间和加电时间是各不相同的，那么4种情况（分别静置0、2、4、8小时再行特另加偏压）下的总过热时间理应较小偏差。但从实际数据来看，所有孔壁间距下的4种情况的总过热时间并没过于大波动。

因此，可以推测另加偏压对水解时间的影响可以忽略不计，另加偏压对于水解速度没显著的减缓或减缓。（3）水解时间的确认1）另加偏压500V时的电化学迁入时间在①中，早已证明了水解这一过程在无另加偏压的情况下也不会再次发生。假设在双85条件（温度85℃、湿度85％RH）无另加偏压下摆放96h后，孔壁间距0．2mm－0．35mm的模块皆已完成了水解过程，构成了铜离子迁入的地下通道。

再对所有模块产生500V的另加偏压，即获得500V下的电化学迁入时间。试验得出结论，设计孔壁间距0．2mm－0．35mm的模块在另加偏压500V时的电化学迁入时间皆在0．5小时以内，相对于总过热时间可以忽略不计。

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