公司的产品曾经发生过【电路板内层微短路现象】，经追查后发现是CAF(Conductive Anodic Filament)所造成，中文称之为「导电性阳极细丝物」或「阳极性玻璃纤维丝漏电现象」，不过直译的话应该没有几个人弄得清楚这是什么东东吧？CAF其实就是电路板内层或防焊绿漆层内的微短路现象。
因为这个CAF问题一直萦绕在188金宝搏苹果下载 的心头挥之不去，随着时间的推演，再加上188金宝搏苹果下载 去上了一些关于PCB制程的课程，并与更多的PCB业者讨论后，188金宝搏苹果下载 最近归纳出一些关于CAF形成的原理与改善方法心得，放在这里给大家参考。
不过188金宝搏苹果下载 毕竟不是CAF的专家，所以请有经验的朋友也可以提供经验分享，让大家多多了解CAF的影响。
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用影片介绍什么是CAF？
CAF形成的原理(机理)
参考文章最上面的图示说明CAF的样式与形成过程，CAF是指对印刷电路板(PCB)施加了直流偏压并放置于高湿环境中，湿度会与杂质形成电解质(electrolyte)，在PCB的层到层间(Layer to Layer)、线路到线路间(Line to Line)、孔到孔间(Hold to Hole)或孔到线路(Hole to Line)如果有缝隙存在，居于高电位阳极的铜金属会先氧化成Cu+或Cu++离子，并沿着已经存在的不良通道之玻璃纤维纱束向阴极慢慢迁移生长，而阴极的电子也会往阳极移动，路途中铜离子遇到电子即会还原成铜金属，然后又被偏压影响再次形成铜离子，之后再变回铜金属，如此反覆逐渐从阳极往阴极蔓延成生铜膜，故又称之为「铜迁移」。
很多人第一次遇到CAF的现象时会一直被其不断重复且间歇性出现的行为所困扰。因为一旦CAF完成了通路导电后，却又会不时遭到高电阻的焦耳热烧断，一般使用三用电錶量测CAF时会发现一开始量得到短路，但之后再量又量不到，或是将之通电模拟想复制问题却时有时无的现象，就算量测到数值也会一直漂移，在CAF形成条件未完全消失前，CAF的戏码将会一再的重复出现于同一个位置上。
综上所述，要形成CAF缺陷必须要同时具备下列四种失效条件才会发生，缺一不可，也就是要有绝对的天时地利人和才会产生CAF，所以说意外绝非偶然，就是一连串的错误所造成的：
-
水气（Moisture, 大气环境中似乎无法避免）或溶剂(solvent)用来形成电解质，比如电路板上残留的助焊剂或是海边含盐分的海风潮湿后都是很好的电解质材料。
-
露铜（Ionic material, 电路板内以铜箔当基材，所以无法避免。其实只要是可以形成离子的材料都算，一般以铜、银比较容易形成CAF。）
-
偏压（Bias, 电路设计之必然，所以也是无法避免。异极金属(dissimilar metal)间也会产生所谓的「贾凡尼效应」形成电位差。）
-
通道（Pathway, 看来就只能对此参数做改善了）。应该说两极间的「距离」与阻碍吧！距离越短就越容易发生，因为绝缘阻抗越小。
金属离子在电场作用下在非金属介质中发生「电化学迁移(ECM，Electro Chemical Migration)」反应，从而在电路的阳极、阴极间形成一个导电通道而导致电路短路
阳极：Cu → Cu2++2e– (Copper dissolved at anode)
H2O → H++OH-
阴极： 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)
一般认为，电离子化学迁移分为两个阶段：第一阶段，树脂和增强材料在湿气的作用下，增强材料的硅烷偶联剂化学水解，即在环氧树脂/增强材料上沿着增强材料形成CAF的洩露通道路（leakage path），此阶段属可逆反应；第二阶段，在电压或偏压的作用下铜盐发生电化学反应，在线路图形间沉积形成导电通道，使线路间出现短路，此阶段为不可逆反应。
要如何才能防止或解决CAF的发生呢？
想要解决或防止CAF发生，其实可以从上述的四个必要条件来着手，只要消灭其中任何一个条件就可以防止其发生。
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1. 提高电路板材料在Anti-CAF方面的能力
电路板板材的选用其实对防护CAF的发生非常的重要，但是通常一分钱一分货，一般要有高CAF防护能力的基材都需要特别要求订作，底下是选用电路板基材防CAF的建议：
- 减少材料中的不纯离子含量。
电路板的基板制作时会先将多捆的玻璃纤维束编织成布，然后引入树脂槽当中浸渍，再逐渐拉起或拉出沾有树脂的玻璃纤维布，目的是要让树脂可以充填到玻璃纤维束的缝隙当中，如果这个阶段的参数设定不好就容易在玻璃纤维束形成空隙，让CAF有隙可乘。- 使用低吸湿性树脂。 相关阅读文章：PCB板材的结构与功用介绍
- 採用开纤扁纤布。
2. PCB layout Design 在偏压和孔间距的规避
电路板的通孔、线路尺寸位置与堆叠结构设计对CAF也会产生绝对性的影响，因为所有的要求几乎都来自设计。随着产品越做越小，电路板的密度也越来越高，但是PCB制程能力有其极限，当有直流偏压(bias voltage)的相邻线路距离越小时，其发生CAF的机率也就越来越高，基本上偏压越高或距离越小，CAF的机率就会越高。
依照目前电路板厂商所提供的资讯显示，下面是大部分电路板厂商针对CAF防护所建议的PCB尺寸设计值：
- 孔到孔边距离(最小)：0.4mm
- 孔到线距离(最小)(Drill to Metal)：12mil (0.3mm)
- 孔径建议：0.3mm
另外，根据实际经验发现，CAF的通道(gap)几乎都是沿着同一玻璃纤维束发生，所以如果可以将通孔或焊垫的排列方式做45度角的交叉佈线将有助将低CAF的发生率。
3. PCB制程中Wicking的管控
在PCB的机械钻孔或雷射烧孔时会产生高温，超过树脂(resin)的Tg点，就会熔融并形成胶渣，此胶渣会附着于内层铜边缘及孔璧区，最造成后续镀铜时接触不良，所以在镀铜前必须先进行除胶渣(De-smear)作业，而除胶渣的首站就必须使用蓬松剂(sweller)经1~10分钟之浸泡处理，让各种胶渣发生肿胀松弛，以利后续Mn+7的顺利攻入与咬蚀。但是除胶渣作业也会对通孔造成一定的咬蚀并出现可能的渗铜(wicking，芯吸)现象，有些电路板业者为了加速蓬松作业会把蓬松槽的温度调高，以致造成蓬松剂过度拉松介面，加重了登新的长度，引发后续的铜迁移现象。
IPC-A-600有规定渗铜(Wicking)的允收标准如下：
- Class 1，渗铜不可超过125µm (4.291 mil)
- Class 2，渗铜不可超过100µm (3.937 mil)
- Class 3，渗铜不可超过80µm (3.15 mil)
只是随着科技的进步，0.1mm (100µm)的渗铜似乎已不符合实际需求，以0.4mm孔到孔边距离来看，扣掉渗铜的尺寸，距离就只剩下0.4-0.1-0.1=0.2mm了，以现在电路板业者的制程能力来说，应该都可以控制渗铜在 50µm (2mil) 以下才对。相对地，系统厂在Layout电路板的孔到孔的距离也缩小到了100µm (4mil)，这对CAF防治真的是一大考验。
另外，在PCB的机械钻孔作业时，如果进刀速度太快，或是铣刀超过使用寿命，也容易因为铣刀的外力而撕开玻璃纤维产生缝隙。
4. PCB 加工过程中防水湿气的管控
在电路板组装(PCB Assembly)作业中的锡膏印刷、零件贴附、高温回焊等都可能会在电路板上留下一些污染物，这些污染物可能有焊料、胶类、灰尘、结露等容易发生电解的物质，都有可能造成电化迁移的现象，可以使用密封胶来封闭可能产生空隙形成CAF的交界处，以防止水气的渗入。
延伸阅读：
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熊大您好,
请问执行CAF TEST的成品是指PCB成品? 还是PCBA成品?
Reply
小白杰夫，
CAF的必要条件之一是偏压，基本上测试的对象是整机，还要通电，或者是有电池。
Reply
熊大你好
我想请问下CAF形成条件之一是有压差，是否说CAF大多是形成于VCC电压与GND之间呢？ 高速信号或者一般型号之间，信号与VCC之间，信号与GND之间是否不易形成呢？
Reply
Royo,
我只能这么说，电压差越高就越容易形成电子迁移，相距的距离越近也越容易容易形成电子迁移。
Reply
Hello 熊大，
感谢对我留言的回復，不知是我认知与您工作上认知的whitening是不是相同的一个事物。我所认知的是孔内因钻孔条件过差导致将glass fiber抽离或损掉的情况，由于板层抽离或损掉导致板层空洞。之前混研发时老外教导称为whitening，而这时如果做CAF test的话由于test前会过3x reflow，这时就会产生brown eye void或cigar void。我觉得这个时候由于这些void的存在便会大几率导致CAF fail。当然，在选材或在叠构上通常会考虑butter coat的问题，如果butter coat过薄或过小我也会认为CAF fail的几率也会较大。以上是我的一些见解，不足还请提出让我继续思考呢……
Reply
其实有没有想过whitening和roughness对H-H的CAF fail issue呢？灯芯我感觉和wicking还是有区别，whitening会说明drilling工艺的好坏从而粗略判断Anti-CAF性能的好坏吧？
Reply
DL,
这里提出的解决方法是假设PCB制程正常的情况，钻孔可能造成的玻璃纤维开裂会比铜箔层与绝缘层分层问题还要容易。
whitening及roughness的问题应该比较容易形成de-lamination，属于更严重的品质问题，它虽然也有机会造成CAF，但更多时候分层发生将会造成永久的功能不良，而不是CAF的intermittent。
至于灯芯与Wicking，如果你有更好的解释，欢迎提出你的看法。
Reply
熊大,
您好！我是位品保，目前处理一份市退一直卡关想请教：客户端首测电路板（铝基板）用三用电錶量测正负pad呈现短路（0.76欧姆），复测（厂内）量测开路导通，请问是否可能为CAF?
Reply
Ann,
CAF是有机会复制的。通电、高温+湿度，应该可以复制出来，看一下CAF五要素，但是前提是板子没有被破坏。
建议要问看看客户是在什么情况下量到短路的，之前做过什么动作。
Reply
熊大,
非常感谢您的回覆，我ㄧ直都从您的文章偷学，哈哈，感谢！
1.不良品为LED灯板,客户是在灯不亮下，解析量测呈现短路，LED原厂确认为良品，确定不良原因为电路板
2.不良可能没办发复制了，因为板厂解析把板子表面残胶、物质全部清除了，
我猜测会不会是：电路板组装(PCB Assembly)作业中的锡膏印刷、零件贴附、高温回焊等都可能会在电路板上留下一些污染物，这些污染物可能有焊料、胶类、灰尘、结露等容易发生电解的物质，会不会是CAF5要素中-水气，因环境变化，导致短路？又因回到厂内，又可以恢復开路？
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Dear熊大
关于CAF的异常分析想向您请教
验证板测试CAF 1000hr(on line)
测试结束时，阻值尚有0.1Mohm，无法进行热点分析(有送过但都没有找到异常)
于是将样本放回舱内劣化，这时发现阻值又恢復到100Mohm,请问这有可能是哪些现象造成的?
Reply
Brunce,
不是很了解你的热点分析是什么意思？短路异常位置？
通常我们在做CAF测试的时候有两种，
一种是特制测试板，会特别设计相邻两点之间的距离，把形成CAF的所有都设计进去做测试。
一种是拿我们现有生产的板子，请工程师找出最有可能发生CAF的位置做量测。
试验时最好要随时监控，而不是等做完了才量测。
所以，一旦测试发现到有短路现象,我们其实就已经知道哪里出了问题,直接拿去照X-Ray，然后切片就可以找到答案。
从你描述的问题…建议你先了解何谓CAF，CAF是如何形成的？CAF短路经常是间歇性的，所以建议你要将你的板子放回CAF的测试环境才比较有可能重现～
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您好，请问若孔和孔间距0.4mm，那孔pad的间距是否0.3mm或更小?
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Chenyu,
CAF与wicking比较有关系，pad在表面，比较不会有渗铜的问题。
Reply
请问为何在PCB(FR4)常听到CAF的现象,但是一般的substrate基板BT就很少有在讨论CAF,熊大您知道为什么吗?Thanks.
Reply
YJ,
这个可能得看Substrate的叠构层数与通孔的距离，而且还要看邻近线路或通孔有无电位差，
其次，Substrate应该不会使用机械钻孔技术，所以玻纤裂开机率相对小很多。
另外，Substrate会选用的Tg值板材，所以较能耐高温。
Reply
熊大
可以解说一下 IPC-TM-650 2.6.14
Electrochemical Migration Resistance Test 是怎样的一个测试？小妹没有经验在这个测试上 现在很苦恼！
麻烦熊大帮一下忙！感激感激！
AHW
Reply
AHW,
建议你先去把 IPC-TM-650 2.6.14 找出来读一下，
顺便参考这篇文章 电路板的表面绝缘电阻(SIR)量测
Reply
熊大您好,
请问
1. 提高电路板材料在Anti-CAF方面的能力中 “不好就容易在玻璃纤维束形成空隙，让CAP有隙可乘。” 的CAP 是有其他的专业术语还是CAF的笔误？
谢谢
Reply
柯林;
是「CAF」，谢谢提醒，已经订正。
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熊大,
当初愿意下这样的重本是因为已经连续2批整批报废，
而且以特殊制程样品单，投料率至少都是150%起跳，
在面临客户的交期与制程能否克服的压力下，
工时成本反而已经变成是次要的考量了。
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熊大,
每次拜读您的文章都感觉受益良多，
当初在PCB厂服务时也遇过类似状况，
一排8mil的via hole，孔与孔间距只有10mil，
后续厂内的改善方法诚如您所提到的2.3点中相似，
1. 修改孔与孔的间距.
2.使用新钻头， 限定钻头钻孔数(500孔换新针) ， 限定1片1钻，
控制进刀速与出刀速。
这些主要是改善孔璧的粗糙度，在粗糙度越低的状况下，镀铜前处理就不会被药水从粗糙孔璧中过度侵入，进而产生灯芯现象。
以上只是自己亲身处理过的的个案，仅供参考。
Reply
马克,
感谢您所提供的资讯，这些方法好像似曾相似，搞不好就是解我们公司的Case。
只是这样加工的工时增加，成本应该会增加吧！
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熊大,之前的经验板上的酸性物质残留也容易引起此类现象,可能的原因有板厂水洗制程不确实或Solder mask(绿漆)的材质不良?请参考
Reply
肥喵;
谢谢您的意见与经验。
CAF是专指夹层缝隙中的ECM，也就是从表面看不到的短路电化迁移现象。
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孔径建议12mil，但是现在通信产品一些复杂的单板都大多采用8mil的孔径了，12mil是不是有点太大了？
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Reflow;
12mils是孔到线的距离，当然这是板厂的建议值，而且是给有CAF疑虑的孔及线的要求。
8mils孔径钻孔应该是没问题的，用雷射钻孔还可以到4mils。
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