CAF覆铜板玻纤纱漏电的原因及测试.docx

覆铜板玻纤纱漏电之探讨 2008-11-28 14:45:55　资料来源:PCBcity　作者: 白蓉生 一、无风不起浪，事出必有因　传统钻孔镀孔后其相邻通孔铜壁之间，必定会出现玻纤纱束彼此之搭连(Hole to Hole；H/H)，甚至当相邻两导线之根部恰巧踩在同一束玻纤纱上(Trace to Trace；T/T)，或导线之根部与孔壁之间经过玻纤纱的接(T/H)，又或者层与层之间(L/L)经由玻纤纱沟通等潜在病灶。当使用环境堪称良好时，其两点之间尚能维持足够之绝缘(即绝缘电阻要够高)，而不致影响到传输线中工作能量的漏失。然而一旦出现高温高湿之恶劣环境，而板材品质又不是很好，且两点间之电压又出现差异(偏压Bias)之影响下，时间一久难免就会发病，而且在腐蚀后会出现铜离子，当其沿着玻纤束发生缓慢的迁移动作，进而出现轻微之漏电行为者，特称为CAF(Conductive Anodic Filament)，如Isola所绘制的下三图。图1此为台湾Isola公司所提供CAF Growth(红色部份) 的示意图与原文之内容说明，对CAF发生经过之了解颇有助益。不过目前台湾覆铜板业者所进行之CAF试验皆为日式规格，并非美式之高阶规格者，且IPC亦尚未具备整体之试验方法。　由于讯号传输的速度不断加快，及为减少发热起见，电子产品所设定的工作电压已不断降低(由30年前的12V，到20年前的5V，到今日的1.5V，甚至数年后之1V以下)，通常PCB之导体或板材难免都会存在少许瑕疵，也难免会带来轻微杂讯(Noise)，然而此等芝麻绿豆的小事，当年根本未放在眼里。时至高速传输的今日，小小微恙却在高阶板类中几乎成了心腹大患，必尽除之而后已！是故大哥大的基地台、发射总台、电脑网路的路由器( Router)、大型电脑的枢纽机站等，其高层数厚大背板(High Layer count)之板材，必须避免或减少CAF发生的机率，而令大型机组长期(如20年)使用中的可靠度(Reliability) 方得以确保。其重要性与个人电子产品之悬殊对比，自不可以道理计。这也就是欧美大规模系统公司，对其昂贵大型机组中的High Layer count 板类，不得不特别重视其板材CAF问题之原因。　然而事事挑剔不已，件件要求尽善尽美的日本业者，即使对个人电子产品，如笔记本电脑(NB)、电脑游戏机(如PS2)，甚至DVD的四层板也都不放过，要求板材在CAF上也必须及格，从实用观点而言此举未免失之过严。至于与安全有关的车用板类，尤以引擎盖下(Underhood)高温高湿与震动之不良环境者，其对CAF之要求自必无可厚非。事实上日本客户虽然讲究板材之CAF问题，但其允收尺度与厚大板之欧美规格相比较时，则又不免低标过关而差距甚远，啼笑皆非之余，也只好默认“客户永远是对的！”　所谓电化学性迁移现象，按IPC-9201之SIR Handbook (表面绝缘电阻手册)的说法，是当完成电路板或组装板，长久高温高湿之恶劣环境中，且其相邻导体间会出现偏压(Bias)的情况下，会逐渐发生金属离子性物体的迁移，并在板面上出现树枝盐类生长的痕迹者 (Dendrites)，称为ECM。二、定义说明与发生过程2.1 电化迁移ECM( Electro-Chemical Migration)　所谓电化学性迁移现象，按IPC-9201之SIR Handbook (表面绝缘电阻手册)的说法，是当完成电路板或组装板，长久高温高湿之恶劣环境中，且其相邻导体间会出现偏压(Bias)的情况下，会逐渐发生金属离子性物体的迁移，并在板面上出现树枝盐类生长的痕迹者 (Dendrites)，称为ECM。图2 此为板发生ECM后所出现Dendrites的两个示意图，系取材自英商Concoat环境试验公司之简报资料。　此种板面Dendrites生长的过程，是先在阳极处产生金属阳离子(Cation)后，随即将会往阴极方向缓缓迁移，到达阴极即开始生长出盐类的沉积物，但又反向往阳极方面不断蔓延伸展，目视情况下其树枝之生长过程清晰可见。2.2 玻纤纱束漏电物之增长CAF Growth　原理上与ECM 相同，其不同处有二：（1）ECM是发生在板面上，其树枝状可目视观察得到。CAF则只发生在玻纤束中，通常很难察觉到真相，微切片是比较可行的方法。（2）ECM 的板面树枝沉积物，是由阴极反向朝阳极方向生长蔓延，但CAF中的铜盐沉积物，却是由阳极往阴极延伸。CAF Growth 发生的主因是树脂与玻纤之间的附著力不足，或含浸时亲胶性不良，两者之间一旦出现间隙(Gap)后，又在偏压驱动之助虐下，使得铜盐获得可移动的路径，于是CAF 就进一步形成了。　CAF Growth 的发生可分为两阶段；Stage l 是高温高湿的影响下，使得树脂与玻纤之间的附著力出现劣化