之前公司的產品有發生【電路板內層微短路現象】，經過追查后發現是CAF(Conductive Anodic Filament)，中文稱為「導電性陽極細絲物」或「陽極性玻璃纖維絲漏電現象」，不過直譯的話應該沒有幾個人弄得清楚這是什么東東吧？CAF其實就是電路板內層或防焊綠漆層內的微短路現象。

因為這個問題一直縈繞在深圳宏力捷的心頭揮之不去，隨著時間的推演，再加去上了一些關于PCB制程的課程，并與更多的PCB業者討論后，深圳宏力捷最近歸納出一些關于CAF的心得放在這里給大家參考。

深圳宏力捷不是專家，所以請有經驗的朋友也請提供經驗分享，讓大家多多了解CAF的影響。

 

CAF的形成原理

參考最上面的圖示說明CAF的性形成過程，CAF是指對印刷電路板施加了直流電壓并放置于高濕度環境中，在層到層間(Layer to Layer)、線路到線路間(Line to Line)、孔到孔間(Hold to Hole)或孔到線路(Hole to Line)，居高電位陽極的銅金屬會先氧化成Cu+或Cu++離子，并沿著已存在的不良通道之玻璃纖維紗束向陰極慢慢遷移生長，而陰極的電子也會往陽極移動，路途中銅離子遇到電子即會還原成銅金屬，并逐漸從陽極往陰極蔓延成生銅膜，故又稱之為「銅遷移」。

很多人第一次遇到CAF的現象會一直被其不斷重複出現的行為所困擾，因為一旦CAF完成了通路導電后，卻又會不時遭到高電阻的焦耳熱所燒斷，所以使用電表離量測CAF時會發現時好時壞的現象，量測數值也會一直漂移，在特定條件未消失前，CAF的戲碼將會一再的重複出現在同一個位置。

綜上所述，要形成CAF缺陷必須要下列五種失效條件同時具備時才會發生，也就是要有絕對的天時地利人和才能產生CAF，所以說意外絕非偶然，就是一連串的錯誤所形成的：

1、水氣（大氣環境中無法避免）

2、電解質（似乎難以清除）

3、露銅（電路板內以銅箔當基材，所以無法避免）

4、偏壓（電路設計之必然，所以無法避免）

5、通道（看來就只能對此參數做改善了）

金屬離子在電場作用下在非金屬介質中發生電化學遷移(ECM，Electro Chemical Migration)反應，從而在電路的陽極、陰極間形成一個導電通道而導致電路短路

陽極：Cu → Cu2++2e–    (Copper dissolved at anode)

            H2O →  H++OH- 

陰極： 2H++2e– → H2

             Cu2++2OH– → Cu(OH)2

             Cu(OH)2 → CuO+H2O

             CuO+H2O → Cu(OH)2 → Cu2++2OH–

             Cu2++2e– → Cu  (Copper deposited at cathode)

一般認為，離子遷移分為兩個階段：第一階段，樹脂和增強材料在濕氣的作用下，增強材料的硅烷偶聯劑化學水解，即在環氧樹脂/增強材料上沿著增強材料形成CAF的洩露通道路（leakage path）,此階段屬可逆反應；第二階段，在電壓或偏壓的作用下銅鹽發生電化學反應，在線路圖形間沉積形成導電通道，使線路間出現短路，此階段為不可逆反應。

 

要如何才能防止或解決CAF的發生呢？

想要解決或防止CAF發生，其實可以從上述的五個必要條件來著手，只要消滅其中任何一個條件就可以防止其發生。

1. 提高電路板材料在Anti-CAF方面的能力

電路板板材的選用其實對防護CAF的發生非常的重要，但是通常一分錢一分貨，一般要有高CAF防護能力的基材都需要特別要求訂作，底下是選用電路板基材防CAF的建議：

減少材料中的不純離子含量。

玻纖布被樹脂充分浸漬結合良好。 

電路板的基板制作時會先將多捆的玻璃纖維束編織成布，然后引入樹脂槽當中浸漬，再逐漸拉起或拉出沾有樹脂的玻璃纖維布，目的是要讓樹脂可以充填到玻璃纖維束的縫隙當中，如果這個階段的參數設定不好就容易在玻璃纖維束形成空隙，讓CAF有隙可乘。

使用低吸濕性樹脂。 相關閱讀文章：PCB板材的結構與功用介紹

2. PCB layout Design 在偏壓和孔間距的規避

電路板的通孔、線路尺寸位置與堆迭結構設計對CAF也會產生絕對性的影響，因為所有的要求幾乎都來自設計。隨著產品越做越小，電路板的密度也越來越高，但是PCB制程能力有其極限，當有直流偏壓(bias voltage)的相鄰線路距離越小時，其發生CAF的機率也就越來越高，基本上偏壓越高或距離越小，CAF的機率就會越高。

依照目前電路板廠商所提供的資訊顯示，下面是大部分電路板廠商針對CAF防護所建議的PCB尺寸設計值：

孔到孔邊距離(最小)：0.4mm

孔到線距離(最小)(Drill to Metal)：12mil (0.3mm)

孔徑建議：0.3mm

另外，根據實際經驗發現，CAF的通道(gap)幾乎都是沿著同一玻璃纖維束發生，所以如果可以將通孔或焊墊的排列方式做45度角的交叉布線將有助將低CAF的發生率。

3. PCB制程中Wicking的管控

在PCB的機械鉆孔或雷射燒孔時會產生高溫，超過樹脂(resin)的Tg點，會融溶并形成膠渣，此膠渣會附著于內層銅邊緣及孔璧區，最造成后續鍍銅時接觸不良，所以在鍍銅前必須先進行除膠渣(De-smear)作業，而除膠渣的首站就必須使用蓬松劑(sweller)經1~10分鐘之浸泡處理，讓各種膠渣發生腫脹松弛，以利后續Mn+7的順利攻入與咬蝕。但是除膠渣作業也會對通孔造成一定的咬蝕并出現可能的滲銅(wicking，芯吸)現象，有些電路板業者為了加速蓬松作業會把蓬松槽的溫度調高，以致造成蓬松劑過度拉松介面，引發后續的銅遷移現象。

IPC-A-600有規定滲銅(Wicking)的允收標淮如下：

Class 1，滲銅不可超過125µm (4.291 mil)

Class 2，滲銅不可超過100µm (3.937 mil)

Class 3，滲銅不可超過80µm (3.15 mil) 

只是隨著科技的進步，0.1mm (100µm)的滲銅似乎已不符合實際需求，以0.4mm孔到孔邊距離來看，扣掉滲銅的尺寸，距離就只剩下0.4-0.1-0.1=0.2mm了，以現在電路板業者的制程能力來說，應該都可以控制滲銅在 50µm (2mil) 以下才對。相對地，系統廠在Layout電路板的孔到孔的距離也縮小到了100µm (4mil)，這對CAF防治真的是一大考驗。

另外，在PCB的機械鉆孔作業時，如果進刀速度太快，或是銑刀超過使用壽命，也容易因為銑刀的外力而撕開玻璃纖維產生縫隙。

4. PCB 加工過程中防水濕氣的管控

在電路板組裝(PCB Assembly)作業中的錫膏印刷、零件貼附、高溫回焊等都可能會在電路板上留下一些污染物，這些污染物可能有焊料、膠類、灰塵、結露等容易發生電解的物質，都有可能造成電化遷移的現象，可以使用密封膠來封閉可能產生空隙形成CAF的交界處，以防止水氣的滲入。