最近碰到一個PCB漏電的問題
，起因是一款低功耗產品
，本來整機uA級別的電流，常溫老化使用了一段時間後發現其功耗上升

，個別樣機功耗甚至達到了mA級別。仔細排除了元器件問題
，最終發現了一個5V電壓點，在產品休眠的狀態下本該為0V，然而其竟然有1.8V左右的壓降！耐心地切割PCB線路
，驚訝地發現PCB上的兩個毫無電氣連接的過孔竟然可以測試到相互間幾百歐姆的阻值。查看該設計原稿，兩層板，過孔間距焊盤間距>6mil，孔壁間距>18mil
，這樣的設計在PCB行業中實屬普通的鑽孔工藝。洗去油墨，排除油墨或孔表層的雜質導電問題
，實測過孔間阻值依然存在！百思不得其解一段時間後，才發現原來是“CAF效應”導致的漏電問題！

 

 

什麼是CAF效應：

 

CAF，全稱為導電性陽極絲(CAF：Conductive Anodic Filamentation)， 指的是PCB內部銅離子從陽極（高電壓）沿著玻纖絲間的微裂通道
，向陰極（低電壓）遷移過程中發生的銅與銅鹽的漏電行為。

 

如下圖片，對兩個相鄰的兩個過孔進行縱向研磨
，置於電子顯微鏡下放大100倍

，板材呈黯淡顏色，亮金色部分則為銅

，可以看到在兩個過孔間，有銅點


、銅絲存在。

 

 

CAF產生的機理：

 

1. 常規的FR4 PCBbancaishiyoubolisibianzhichengbolibu，ranhoutuhuanyangshuzhibanguhuahouzhicheng。shuzhiyuboxianzhijiandefuzhelibuzuhuohanjinshijiaoxingbuliang，liangzhezhijianrongyichuxianjianxi，jiazhizaizuankongdengjixiejiagongguochengzhong，youyuqiexianglalijizongxiangchongjilidezuoyongduishuzhizhanhelidejinyibupohuai
，kenengzaochengboxianshubeilasonghuofenlierchuxianjianxi。zaigaowengaoshidehuanjingxia，huanyangshuzhiyuboxianzhijiandefuzheligengjiachuxianliehua
，bingcuchengboxianbiaomianguiwanoulianjihuaxueshuijie

，yanzheboxianzengqiangcailiaoxingchengkegongdianziqianyidetonglu；

 

 

2. 基ji於yu上shang麵mian的de條tiao件jian

，此ci時shi距ju離li較jiao近jin的de兩liang個ge過guo孔kong若ruo存cun在zai電dian勢shi差cha，那na麼me電dian勢shi較jiao高gao的de陽yang極ji上shang的de銅tong會hui被bei氧yang化hua成cheng為wei銅tong離li子zi，銅tong離li子zi在zai電dian場chang的de作zuo用yong下xia向xiang電dian勢shi較jiao低di的de陰yin極ji遷qian移yi
，在zai遷qian移yi過guo程cheng中zhong


，與yu板ban材cai的de雜za質zhi離li子zi或huoOH-結合，生成了不溶於水的導電鹽，並沉積下來

，由此兩個絕緣孔之間的電氣間距急劇下降，嚴重的甚至可以直接導通形成短路。

 

陽極：

Cu → Cu2++2e–

H2O → H++OH-

 

陰極：

2H++2e– → H2

Cu2++2OH– → Cu(OH)2

Cu(OH)2 → CuO+H2O

CuO+H2O → Cu(OH)2 → Cu2++2OH–

Cu2++2e– → Cu

 

在還沒有意識到CAF效(xiao)應(ying)導(dao)致(zhi)的(de)不(bu)良(liang)之(zhi)前(qian)，我(wo)對(dui)於(yu)相(xiang)互(hu)絕(jue)緣(yuan)的(de)兩(liang)個(ge)過(guo)孔(kong)間(jian)出(chu)現(xian)阻(zu)值(zhi)的(de)現(xian)象(xiang)感(gan)到(dao)不(bu)可(ke)思(si)議(yi)

，後(hou)來(lai)經(jing)過(guo)資(zi)料(liao)查(zha)詢(xun)，才(cai)發(fa)現(xian)許(xu)多(duo)同(tong)行(xing)也(ye)為(wei)這(zhe)個(ge)問(wen)題(ti)困(kun)擾(rao)過(guo)

，甚(shen)至(zhi)CAF效應已經是PCB業內一個較為熱門的可靠性問題之一！

 

如何防止或減少CAF的發生？

 

1. 提高板材在抗CAF方麵的能力。對於電路板基材工藝，可以從提高材料中離子純度、使用低吸濕性樹脂、玻璃布被樹脂充分浸泡結合良好等方麵進行提高。對於應用端的工程師
，在板材選型時，可以考慮使用耐CAF板材。如下板材供應商生益的板材選型中，就有耐CAF的板材可供選型。

 

 

2. PCB的機械鑽孔或鐳射燒孔會產生高溫
，超過板材的Tgdianshihuirongrongbingxingchengcanzha
，zhexiecanzhafuzheyukongbihuizaochengdutongshijiechubuliang
，yincizaidutongqianbixujinxingchuzhazuoye，chuzhazuoyezhongdejinpaochulihuiduitongkongzaochengyidingdeqinshibingkenengdailaishentongwenti，shihouxudetongqianyixianxianggengjiarongyi
；

 

3. PCB設計時，增加通孔間距
，另外，由於CAF通道幾乎沿著同一玻璃纖維束產生
，因此
，將相鄰的通孔交叉發布有助於降低CAF的發生；

 

 

 

4. 對PCBA進行表麵清潔處理
，例如使用高壓氣槍進行灰塵清理，避免雜質殘留導致不必要的雜質發生電解。另外，在PCBA表麵塗覆三防漆

，避免水汽的侵入，特別是在高溫高濕的地理環境。

 

 

對於這個CAF問題導致的漏電問題，從一開始的困擾到後麵的豁然開朗
，這其中有兩點讓我有了更深的體會：

 

1. 對於一個bug現xian象xiang的de存cun在zai，當dang自zi己ji感gan到dao不bu可ke思si議yi時shi，也ye請qing保bao持chi一yi種zhong客ke觀guan的de態tai度du麵mian對dui
，因yin為wei當dang前qian現xian象xiang與yu已yi有you認ren知zhi的de相xiang去qu甚shen遠yuan
，很hen可ke能neng隻zhi是shi你ni的de知zhi識shi體ti係xi裏li有you盲mang區qu而er已yi。碰peng到daoCAF現象時，我向PCB產商拋出“相互絕緣的過孔間為什麼會有阻值存在”的問題
，產商也覺得不可思議，但對方基於“自己做了幾十年的板子也沒有客戶反應過這個問題”的de經jing驗yan性xing思si維wei
，始shi終zhong沒mei能neng客ke觀guan地di麵mian對dui這zhe個ge問wen題ti的de存cun在zai，在zai這zhe個ge前qian提ti下xia
，即ji使shi有you再zai好hao的de配pei合he力li度du，所suo謂wei的de驗yan證zheng也ye就jiu隻zhi能neng停ting留liu在zai了le自zi證zheng自zi己ji材cai料liao、製程屬於行業規範的層麵上，但CAF對於目前PCB行業來說本來就是一個無法100%規避的問題。由此迫使我找第三方的廠家進行剖片分析，顯而易見地看到孔間的銅後

，該問題才有了不容反駁的定論
；

 

2. 應用端的電子工程師，對電子器件的認知，除了能用
、會用的能力之外
，還要對其基礎材料有所認知。如同每天都在和電容、電阻、電感等器件打交道
，但對於這些器件的製作工藝、基礎材料組成卻是有很多人都不自知的，而這正是這些器件電氣特性的根本所在。

 

本文參考文獻傳送門：

http://www.anytesting.com/news/543325.html

《PCB漏電流失效案例分析》

http://www.edadoc.com/cn/TechnICalArticle/Show.aspx?id=1239

《談談鑽孔間距對產品可靠性的影響》

https://mp.ofweek.com/ee/a345673623826

《印製電路板CAF失效研究》

http://www.researchmfg.com/2014/12/caf/

《電路板內微短路現象》

https://www.researchmfg.com/2015/08/caf-cause-solution/

《CAF形成的原因及改善對策》

http://www.researchmfg.com/2016/06/3d-x-ray-ct/

《3D X-Ray CT非破壞性立體掃描分析PCBA不良》