干货分享 | 当电路板开始“长草”——工程师必读CAF预防全指南

一块看似安静的电路板，内部其实可能上演着“植物生长”的奇观？这就是CAF（导电阳极丝）现象。它是印刷电路板(PCB)中因电化学迁移引发的一种失效模式，铜离子在湿热环境下会像"爬山虎"一样沿着玻纤与树脂的界面迁移并沉积，最终形成意想不到的导电通路，重则可能会让整台设备“罢工”。

在电子产品高度集成化的今天，印制电路板（PCB）的可靠性成为影响设备寿命的关键因素。随着电子设备向高密度、微型化方向发展，CAF问题日益突出，已成为影响PCB长期可靠性的核心问题之一。

CAF 的 “诞生”：三个关键阶段与影响因素
CAF的形成是一个复杂的电化学过程，可分为水分侵入、离子迁移和导电通道形成三个关键阶段，其发生与环境条件、板材特性、工艺缺陷和设计缺陷密切相关。

三个关键阶段的主要影响因素如下表所示：

哪些 “推手” 在加速 CAF 生成？

■ 环境条件

• 温湿度：高温高湿（如双85测试：85℃/ 85%RH）显著加速水解和离子迁移。
• 电解质：助焊剂残留、氯离子、酸性物质等会降低界面pH值，促进硅烷偶联剂水解。
• 电压梯度：电势差越大，铜离子迁移速度越快（电压梯度>5V/mm时风险显著增加）。

■ 板材特性

• 基材吸水性
  聚酰亚胺（PI）：吸水率低（0.1%），耐CAF性能最佳。
  环氧树脂：吸水率高（2.5-3.0%），需改性（如氟化处理）降低风险。
• 玻纤布类型
  纤维（如7628）：树脂填充率低，界面缺陷多，CAF风险高。
  开纤布（如1080）：树脂浸润性好，吸水率低，耐CAF性能强。
• 硅烷偶联剂：水解后生成硅醇（Si-OH），削弱玻纤与树脂结合力，形成微裂隙通道。

■ 工艺缺陷

• 钻孔质量
  壁粗糙度：偏位或钻针磨损导致玻纤断裂，形成渗铜（Wicking）路径。
  孔间距过小（<15mil）缩短离子迁移距离，加速CAF形成。
• 除胶渣工艺：膨松剂选择不当（如极性过强的酰胺类）或浸泡时间过长，导致树脂与玻纤界面损伤。
• 压合工艺：固化不充分导致树脂分子链未完全交联，形成胶渣残留，增加CAF隐患。

■ 设计缺陷

• 孔间距不足：IPC-2221B标准要求孔间距≥15mil，但高密度设计常违反此要求。
• 层间介质厚度：防火墙厚度<15mil时，CAF发生概率显著增加。
• 过孔排列：经向玻纤排列（树脂浸润性差）比纬向排列（浸润性好）更易形成CAF路径。
• 铜箔：PCB设计时还应考虑铜牙长度，铜牙太长或不均匀会增加CAF的可能性。因此，建议使用铜牙均匀的铜箔，并在设计阶段考虑走线与玻纤束的相对角度，以减少CAF风险。

CAF 失效有哪些类型？

按失效位置分类：

按失效机制分类：

案例：840 小时的 “失效追踪”
某公司的 PCB 在 85% RH/85℃环境测试中，840小时后出现阻值下降，需分析失效原因。

分析步骤如下：

1. 从测试数据可知，失效板已形成稳定导电通道。

2. 通过高阻测量，锁定失效模块。

3. 水平研磨寻找失效点。

4. 垂直研磨观察失效点，初步判定失效沿玻纤生长，属于传统 CAF 失效形式，还需进一步分析确认根因。

5. 沿阳极丝横切。

6. 电镜观察阳极丝剖面。

从电镜图片可以看出，迁移通道是玻纤之间的缝隙，推测原因可能是玻纤间树脂浸润不良或硅烷偶联剂选择不当，因失效率为 1/20，偶发性树脂浸润不良的可能性更高。

为什么要关注 CAF？
CAF 失效分析在电子制造和可靠性工程领域意义重大：

• 提高产品可靠性
• 故障诊断与预防
• 成本节约
• 推动技术创新与发展
• 满足法规要求与客户期望

总之，CAF失效分析不仅帮助我们解决当下难题，更为企业提供了持续改进质量与性能的有效途径。每一次显微镜下的“铜丝追踪”，都是向更高可靠性、更长寿命、更安全电子设备迈出的坚实一步。