PCB CAF-Fehlerbehebungsanleitung

Die Ausfallarten von Leiterplatten lassen sich in zwei Kategorien einteilen:

  • Mechanisches Versagen 
  • Elektrische Störung
 

Aber es gibt noch eine dritte Art von Versagen, die wie ein verborgener Schatz ist, und das ist der "elektrochemische Versagensmodus". Mit anderen Worten, dieses Versagen ist als "Conductive Anodic Filament" (CAF) bekannt. Es ist das Ergebnis der elektrochemischen Reaktion, die in Gegenwart von Wasser zwischen Kupfer in PCBA und Harzsystem im PCB-Substrat. Im folgenden Inhalt stellt FS Tech die Ursachen, Erkennungsmethoden und Lösungen für CAF-Ausfälle im Detail vor.

Was ist CAF 

Der CAF gilt als ein Art von PCBA-Ausfall und ist das Ergebnis einer elektrochemischen Migration. Dieser Prozess wird als CAF-Bildung bezeichnet. Er wird durch angelegte Spannungen vorangetrieben, die unter bestimmten Bedingungen Kupferoxid und Kupfersalze bilden. Diese Oxide und Salze sind von Natur aus leitfähig und wachsen im PCB-Substrat. Bei diesem Prozess bilden sich leitfähige Kupfersalzfäden in der Leiterplatte, die sich entlang des Epoxidharzes im dielektrischen Material entwickeln, d.h. von der Anode zur Kathode. Eine der günstigsten Bedingungen für das Wachstum von CAF ist das Vorhandensein von Hohlräumen in der Leiterplatte und ein geringer Harzgehalt in engen Geflechten. Dieser Fehlermodus ist unter Experten zunehmend besorgniserregend, da er katastrophale Auswirkungen hat und zum Ausfall der Leiterplatte führen kann. 

Drei Substanzen in Leiterplatten, die elektrochemische Reaktionen verursachen:

  • Kupfer
  • Wasser oder andere flüchtige Chemikalien, die bei der Herstellung von PCB verwendet werden, werden vom PCB-Substrat absorbiert
  • Zersetzung des Harzsystems und aufgrund von Hohlräumen, die sich näher an der Anode befinden. 

Die Gründung des CAF kann in den folgenden zwei Punkten beschrieben werden:

  • Zersetzung von Harzglas
  • Elektrochemische Migration

Im Folgenden finden Sie einige der Bedingungen, die für die Entwicklung des CAF erforderlich sind:

  • Damit sich eine elektrochemische Zelle bilden kann, muss ein elektrischer Ladungsträger vorhanden sein. 
  • Wasser, kann auf Feuchtigkeit oder andere Umgebungsbedingungen zurückzuführen sein. 
  • Spannungen, die die elektrochemische Reaktion antreiben können 
  • Für die Bewegung des CAF-Wachstums von der Anode zur Kathode muss ein spezifischer Weg für die Bildung von CAF vorhanden sein 
  • Andere Bedingungen wie hohe Luftfeuchtigkeit, hohe Temperatur, Lötflussmittelgehalt und hoher Spannungsgradient zwischen Kathode und Anode. 

    Erkennung von CAF

    Sobald CAF auftritt, wird es zu einem schwierigen Problem und ist schwer zu untersuchen und PCBA-Test weil es manchmal in den mittleren Schichten der Leiterplatte wachsen kann. Mit dem Fortschritt in der Technologie gibt es jetzt verschiedene Testmethoden, um zu prüfen, ob CAF auf dem PCB-Substrat wächst oder nicht. Unter allen bekannten Testmethoden sind die "Surface Insulation Resistance (SIR)"-Tests die elektrischen Methoden, die den IPC-Standards entsprechen. Im Allgemeinen umfasst der SIR-Test die folgenden zwei Arten von Tests: 

    • IPC Elektrochemischer Migrationstest: Dieser Test umfasst die Messung des Widerstands, den das Oberflächensubstrat der Leiterplatte dem Stromfluss entgegensetzt, der durch sie fließt.
    • Temperatur-Feuchtigkeits-Vorspannungstest: Bei diesem einfachen Test werden nur die Verarbeitungstemperatur, die Spannungsvorspannung und die relative Luftfeuchtigkeit berücksichtigt. 
     

    Es gibt weitere Testmethoden, um CAF zu testen und die CAF-Bildung in PCB darzustellen. Diese Tests umfassen

    • Energiedispersive Spektroskopie (EDS): Eine elektronische Strahlenkanone wird verwendet, um einen elektronischen Strahl zu senden, um einige Elemente wie Kupfer, Brom und Chlor zu identifizieren. ∙ Fokussierter Ionenstrahl (FIB): Diese Methode wird zur Vergrößerung von Oberflächen mit einer sehr hohen Auflösung verwendet. 
    • Transmissions-Elektronenmikroskopie (TEM): Sie wird verwendet, um die kristallografische Struktur zu erkennen und andere Phasen von Materialien in PCBA zu identifizieren. Dieses System funktioniert nach dem Prinzip eines Lichtmikroskops. 
    • Röntgen-Photoelektronen-Spektroskopie (XPS): Diese Technik ist auch als Elektronenspektroskopie für die chemische Analyse (ESCA) bekannt und wird in der Regel zum Nachweis chemischer Verbindungen auf PCBA-Oberflächen verwendet. Im Allgemeinen wird diese Methode zur Analyse der Oberfläche von PCBAs verwendet. 
    • Fourier-Transform-Infrarot-Spektroskopie (FTIR): Diese Methode untersucht organische Komponenten im PCBA-Substrat und erzeugt ein Wellenlängen- und Intensitätsspektrum. Ionenchromatographie: Diese Methode trennt Ionen und kann auch als Ionenaustauschchromatographie bezeichnet werden.

    Wie Sie CAF-Fehlschläge vermeiden können

    Es gibt mehrere Maßnahmen, um die Wahrscheinlichkeit eines CAF-Versagens zu verringern. Die Suche nach Lösungen für das Scheitern von CAFs ist noch nicht abgeschlossen, aber die Vermeidung der Umstände, die die Entstehung von CAFs ermöglichen, ist hilfreich. Hier sind einige Dinge, über die Sie nachdenken sollten: 

    Feuchtigkeit und Luftfeuchtigkeit

    CAF benötigt Feuchtigkeit und Wassergehalt, um zu wachsen. Je höher der Wassergehalt, desto größer ist die Wahrscheinlichkeit, dass CAF in PCBAs ausfällt. Daher ist es wichtig, den Feuchtigkeitsgehalt genau im Auge zu behalten und den Wassergehalt so effizient wie möglich zu beseitigen. 

    Saure Kontamination:

    Bei einigen Prozessen während der Leiterplattenherstellung können Säurereste auf dem Leiterplattensubstrat zurückbleiben. Wenn diese Säurereste nicht gut gereinigt werden, führt dies in der Regel zum Wachstum von CAF. Daher ist es wichtig, die PCBA gut zu reinigen und jede Art von Säure zu entfernen. 

    Vorspannung und Spannung:

    Wie bereits erwähnt, ist eine Kraft erforderlich, um die elektrochemische Reaktion voranzutreiben. In diesem Fall ist die Vorspannung die Kraft, die die Bildung von CAF in einer günstigen Umgebung unterstützt. 

    Materialien:

    Die für die Herstellung des Kartons verwendeten Materialien sind eine weitere wichtige Ursache für CAF-Fehlfunktionen. Eine der effektivsten Strategien zur Verringerung der CAF-Produktion und des CAF-Versagens ist die Verwendung von CAF-resistenten Materialien. In verschiedenen Studien, die mit Laminatmaterialien durchgeführt wurden, wurde die Anfälligkeit für CAF-Versagen gemessen. Den Ergebnissen zufolge ist das Material, das am widerstandsfähigsten gegen CAF ist, "Bismaleimid-Thiazin (BT)", während MC-2 am anfälligsten ist. Im Grunde genommen sind die Laminate, die eine hohe thermische Beständigkeit aufweisen, am widerstandsfähigsten gegen die Entwicklung von CAF. 

    Design:

    Das Design einer Leiterplatte und ihre Herstellung sind ebenfalls wichtige Faktoren, die ihre CAF-Resistenz beeinflussen. Leiterplatten mit größeren Lücken zwischen den spannungsführenden Merkmalen fallen weniger aus als solche mit weniger Lücken, wobei man annimmt, dass dies nur die zweite Phase der CAF-Bildung betrifft. Der CAF-Widerstand wird durch die Größe der gebohrten Löcher und die Dicke des Kupfers in den durchkontaktierten Löchern sowie durch die Abstände zwischen den Löchern und zwischen den Leitungen beeinflusst. Eine stärker vorgespannte Spannungscharakteristik erhöht die Wahrscheinlichkeit der CAF-Bildung.

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    Der Ausfall von CAF ist nur eines der häufigsten Probleme bei Leiterplatten. Zu den Gründen für das Versagen gehören auch die unregelmäßige Verwendung von Flussmitteln, ungereinigte Leiterplatten, Montageprobleme usw. Lesen Sie das Folgende, um Ihre Probleme bei der Herstellung oder Montage von Leiterplatten zu lösen.

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