CAF-svigt i PCB: Årsager, mekanisme og forebyggelse

Fejl i Conductive Anodic Filament (CAF) er et af de mest udfordrende problemer med PCB-pålidelighed, fordi det er latent, progressiv og ofte usynlig under standardinspektion.

I modsætning til umiddelbare elektriske defekter udvikler CAF sig langsomt under specifikke miljømæssige og elektriske forhold, hvilket gør det til et kritisk problem for applikationer med høj pålidelighed.

Det forklarer denne artikel:

• Hvad CAF er
• Hvordan det dannes
• Hvorfor er det svært at opdage
• Sådan reducerer PCB-producenter CAF-risikoen

Hvad er CAF (Conductive Anodic Filament)?

CAF er væksten af en metallisk ledende bane mellem tilstødende kobberelementer inde i et printkort.

Det dannes typisk:

• Langs grænseflader af glasfiber
• Mellem tætliggende ledere
• Under elektrisk forspænding og fugteksponering

Når CAF først er dannet, kan den skabe kortslutninger eller lækageveje.

Hvorfor CAF er en alvorlig pålidelighedsrisiko

CAF-fejl er farlige, fordi de:

• Vises længe efter fremstillingen
• Forårsager intermitterende eller pludselige elektriske kortslutninger
• Er vanskelige at reproducere under laboratorieforhold

Mange fejl i marken kan spores tilbage til, at CAF bestod alle indledende elektriske tests.

Relateret oversigt:
Almindelige PCB-fejl forklaret

Nødvendige betingelser for dannelse af CAF

CAF opstår ikke tilfældigt. Flere forhold skal være til stede samtidig.

Tilstedeværelse af fugt

Fugt muliggør ionisk transport inde i printkortet.

Kilder inkluderer:

• Miljøer med høj luftfugtighed
• Utilstrækkelig tørring af materialer
• Dårlige opbevaringsforhold for PCB

Elektrisk forspænding

CAF-vækst kræver et spændingspotentiale mellem lederne.

Scenarier med højere risiko:

• Højspændingsdesigns
• Konstant DC-forspænding
• Smal lederafstand

Modtagelig materialestruktur

CAF spreder sig ofte:

• Langs grænseflader af glasfiber-harpiks
• Gennem harpiksfattige regioner
• Tæt på borede huller eller vias

CAF's vækstmekanisme

CAF-dannelsesprocessen følger typisk disse trin:

1. Fugtoptagelse i det dielektriske materiale
2. Opløsning af metalioner ved anoden
3. Ionisk migration langs fiberbaner
4. Filamentvækst mod katoden
5. Elektrisk kortslutning eller lækage

Denne proces accelererer under temperatur- og fugtighedsstress.

Designfaktorer, der øger CAF-risikoen

Designbeslutninger har stor indflydelse på CAF-følsomheden.

Designpraksisser med høj risiko

• Minimal afstand mellem lederne
• Tætte via-strukturer
• Eksponering for glasfiber i boring
• Vias med højt aspektforhold

Link til designpålidelighed:
Retningslinjer for design af PCB-kvalitet og -pålidelighed

Produktionsfaktorer, der bidrager til CAF

H3: Boreskade

Mekanisk boring kan blotlægge glasfibre og skabe foretrukne CAF-veje.

Sammenligning af processer:
PCB-boring vs. laserboring

Utilstrækkelig harpiksfyldning

Dårlig fordeling af harpiks efterlader hulrum, der fanger fugt.

Valg af materiale

Ikke alle laminatsystemer har samme CAF-resistens.

Materialer med høj CAF-resistens har typisk:

• Forbedret resin-kemi
• Bedre vedhæftning mellem fiber og harpiks
• Reduceret ionisk forurening

Hvordan CAF opdages

CAF er svær at opdage med standardinspektion.

Detektionsmetoder omfatter

• Højt accelereret stresstest (HAST)
• Test af isolationsmodstand (IR)
• Tværsnitsanalyse efter svigt

Oversigt over test:
PCB-pålidelighedstest forklaret

Forebyggelse af CAF i PCB-produktion

Kvalificering af materialer

• Valg af CAF-resistent laminat
• Validering af materialeleverandør

Optimering af designregler

• Større afstand til højspændingsnet
• Kontrolleret via placering

Forbedringer af processtyringen

• Optimerede boreparametre
• Forbedret afsmitning og resinflow
• Rent produktionsmiljø

Producenter som TOPFAST indarbejder CAF-risikovurdering under både materialevalg og procesplanlægning.

Forholdet mellem CAF og andre fejltyper

CAF eksisterer ofte sammen med:

• Delaminering
• Via revner
• Nedbrydning af isolering

Relateret emne:
PCB-delaminering - årsager og forebyggelse

Konklusion

CAF-fejl er en tidsafhængigt pålidelighedsproblem drevet af miljøforhold, elektrisk forspænding og materialestruktur.

Selvom det er svært at eliminere, kan CAF-risikoen reduceres betydeligt gennem:

• Korrekt designafstand
• CAF-resistente materialer
• Kontrollerede fremstillingsprocesser

Det er vigtigt at forstå CAF for at kunne designe og fremstille pålidelige printkort til krævende anvendelser.

FAQ om CAF-fejl i PCB