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最近碰到一个PCB漏电的问题,起因是一款低功耗产品,本来整机uA级别的电流,常温老化使用了一段时间后发现其功耗上升,个别样机功耗甚至达到了mA级别。仔细排除了元器件问题,最终发现了一个5V电压点,在产品休眠的状态下本该为0V,然而其竟然有1.8V左右的压降!耐心地切割PCB线路,惊讶地发现PCB上的两个毫无电气连接的过孔竟然可以测试到相互间几百欧姆的阻值。查看该设计原稿,两层板,过孔间距焊盘间距>6mil,孔壁间距>18mil,这样的设计在PCB行业中实属普通的钻孔工艺。洗去油墨,排除油墨或孔表层的杂质导电问题,实测过孔间阻值依然存在!百思不得其解一段时间后,才发现原来是“CAF效应”导致的漏电问题!

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什么是CAF效应:

CAF,全称为导电性阳极丝(CAF:Conductive Anodic Filamentation), 指的是PCB内部铜离子从阳极(高电压)沿着玻纤丝间的微裂通道,向阴极(低电压)迁移过程中发生的铜与铜盐的漏电行为。

如下图片,对两个相邻的两个过孔进行纵向研磨,置于电子显微镜下放大100倍,板材呈黯淡颜色,亮金色部分则为铜,可以看到在两个过孔间,有铜点、铜丝存在。

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CAF产生的机理:

1. 常规的FR4 PCB板材是由玻璃丝编织成玻璃布,然后涂环氧树脂半固化后制成。树脂与玻纤之间的附着力不足或含浸时胶性不良,两者之间容易出现间隙,加之在钻孔等机械加工过程中,由于切向拉力及纵向冲击力的作用对树脂粘合力的进一步破坏,可能造成玻纤束被拉松或分离而出现间隙。在高温高湿的环境下,环氧树脂与玻纤之间的附着力更加出现劣化,并促成玻纤表面硅烷偶联剂化学水解,沿着玻纤增强材料形成可供电子迁移的通路;

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2. 基于上面的条件,此时距离较近的两个过孔若存在电势差,那么电势较高的阳极上的铜会被氧化成为铜离子,铜离子在电场的作用下向电势较低的阴极迁移,在迁移过程中,与板材的杂质离子或OH-结合,生成了不溶于水的导电盐,并沉积下来,由此两个绝缘孔之间的电气间距急剧下降,严重的甚至可以直接导通形成短路。