CAF-fel i PCB: Orsaker, mekanism och förebyggande

CAF-fel (Conductive Anodic Filament) är ett av de mest utmanande problemen med tillförlitligheten hos mönsterkort eftersom det är latent, progressiv och ofta osynlig under standardinspektion.

Till skillnad från omedelbara elektriska defekter utvecklas CAF långsamt under specifika miljö- och elektriska förhållanden, vilket gör det till ett kritiskt problem för applikationer med hög tillförlitlighet.

Den här artikeln förklarar:

• Vad CAF är
• Hur den bildas
• Varför är det svårt att upptäcka
• Hur PCB-tillverkare minskar CAF-risken

Vad är CAF (Conductive Anodic Filament)?

CAF är tillväxten av en metallisk ledande bana mellan intilliggande kopparelement i ett kretskort.

Den bildas vanligtvis:

• Längs glasfibergränssnitt
• Mellan tätt placerade ledare
• Under elektrisk förspänning och fuktexponering

När CAF väl har bildats kan den skapa kortslutningar eller läckagevägar.

Varför CAF är en allvarlig tillförlitlighetsrisk

CAF-misslyckanden är farliga eftersom de:

• Visas långt efter tillverkningen
• Orsakar intermittenta eller plötsliga elektriska kortslutningar
• Är svåra att reproducera under laboratorieförhållanden

Många fel i fält kunde spåras tillbaka till att CAF klarade alla inledande elektriska tester.

Relaterad översikt:
Förklaring av vanliga PCB-fel

Villkor som krävs för CAF-bildning

CAF uppstår inte slumpmässigt. Flera förhållanden måste föreligga samtidigt.

Fuktnärvaro

Fukt möjliggör jontransport inuti kretskortet.

Källor inkluderar:

• Miljöer med hög luftfuktighet
• Otillräcklig torkning av material
• Dåliga lagringsförhållanden för kretskort

Elektrisk förspänning

CAF-tillväxt kräver en spänningspotential mellan ledare.

Högre riskscenarier:

• Konstruktioner för högspänning
• Konstant DC-förspänning
• Smala avstånd mellan ledarna

Känslig materialstruktur

CAF sprider sig ofta:

• Längs gränssnitt mellan glasfiber och harts
• Genom kådrika regioner
• Nära borrade hål eller vior

CAF:s tillväxtmekanism

Processen för att bilda en CAF följer normalt dessa steg:

1. Fuktabsorption i det dielektriska materialet
2. Upplösning av metalljoner vid anoden
3. Jonisk migration längs fiberbanor
4. Filamenttillväxt mot katoden
5. Elektrisk kortslutning eller läckage

Denna process accelererar under temperatur- och fuktstress.

Konstruktionsfaktorer som ökar CAF-risken

Designbeslut påverkar i hög grad CAF-känsligheten.

Konstruktionsmetoder med hög risk

• Minimalt avstånd mellan ledarna
• Täta via-strukturer
• Exponering av glasfiber vid borrning
• Vior med högt aspektförhållande

Länk för tillförlitlig konstruktion:
Riktlinjer för PCB-design för kvalitet och tillförlitlighet

Tillverkningsfaktorer som bidrar till CAF

H3: Skador på borrning

Mekanisk borrning kan exponera glasfibrer, vilket skapar preferentiella CAF-vägar.

Jämförelse av processer:
PCB-borrning vs laserborrning

Otillräcklig fyllning av harts

Dålig fördelning av hartset lämnar hålrum som fångar upp fukt.

Val av material

Alla laminatsystem har inte samma CAF-resistens.

Material med hög CAF-resistens har typiskt sett:

• Förbättrad kemi för hartser
• Bättre vidhäftning mellan fiber och harts
• Minskad jonisk kontaminering

Hur CAF upptäcks

CAF är svårt att upptäcka med en vanlig inspektion.

Detektionsmetoderna omfattar

• Högaccelererade stresstester (HAST)
• Test av isolationsresistans (IR)
• Tvärsnittsanalys efter haveri

Översikt över tester:
Förklaring av tillförlitlighetstestning av kretskort

Förhindra CAF vid tillverkning av mönsterkort

Kvalificering av material

• Val av CAF-resistent laminat
• Validering av materialleverantör

Optimering av konstruktionsregler

• Ökat avstånd för högspänningsnät
• Kontrolleras via placering

Förbättringar av processtyrning

• Optimerade borrningsparametrar
• Förbättrad avsmetning och flöde av harts
• Ren tillverkningsmiljö

Tillverkare som TOPFAST införlivar CAF-riskbedömning under både materialval och processplanering.

Förhållandet mellan CAF och andra felsättningsmetoder

CAF samexisterar ofta med:

• Delaminering
• Via sprickbildning
• Uppdelning av isolering

Relaterat ämne:
Delaminering av PCB Orsaker och förebyggande åtgärder

Slutsats

CAF-fel är en tidsberoende tillförlitlighetsproblem styrs av miljöförhållanden, elektrisk förspänning och materialstruktur.

Även om det är svårt att eliminera CAF-risken kan den minskas avsevärt genom:

• Korrekt konstruktionsavstånd
• CAF-resistenta material
• Kontrollerade tillverkningsprocesser

Att förstå CAF är viktigt för att kunna konstruera och tillverka tillförlitliga mönsterkort för krävande applikationer.

FAQ om CAF-fel i PCB