越来越多硬件工程师意识到 CAF 失效带来的长期可靠性风险,开始在新项目当中指定采购耐 CAF 等级多层 PCB 板材。但是在实际选型、下单生产过程中,很多团队对于耐 CAF 板材的认知存在诸多误区,以为只要材料清单上标注 “耐 CAF 板材”,电路板就可以高枕无忧,最终依旧出现漏电故障。
一、误区一:选用耐 CAF 板材,就可以无限缩小过孔间距
这是最常见也是后果最严重的选型误区。不少工程师认为板材升级成耐 CAF 等级,内层导通孔之间的安全间距就可以无限制压缩。于是依旧按照普通板材最小孔距标准甚至进一步缩小孔间距,最终留下可靠性隐患。
我们首先厘清一个核心概念:耐 CAF 板材不能消除 CAF 失效,只能够延缓 CAF 生长的时间。就算使用最高等级耐 CAF 基材,两个不同电位的过孔距离越近,发生电化学迁移所需要的时间就越短。板材只是拉长失效潜伏期,并不能彻底阻断水汽渗透和铜离子迁移反应。
行业通用的设计规范当中,就算选用耐 CAF 基材,内层相邻不同网络导通孔之间依然需要保留最低安全间距。高密度 BGA 区域,过孔不能紧贴着另外一个网络的钻孔。工程师在布局阶段,就要预留充足的内层绝缘间隙,不能把板材耐 CAF 性能当成 “容错兜底” 的手段。
正确的设计思路应当是:先按照产品工作电压,计算出最小安全孔距,在此布局约束的基础之上,再选用耐 CAF 板材作为第二层可靠性防护,而不是反过来依靠板材去弥补布局间距不足。
二、误区二:耐 CAF 板材 = 高 Tg 板材,两个指标混为一谈
在板材采购沟通当中,经常出现工程师将耐 CAF 等级和高 Tg 参数混为一谈,误以为 Tg 值高的板材就自动具备耐 CAF 性能,这是两个完全独立的材料指标。
Tg 是玻璃化转变温度,代表基材受热之后由硬质固态转向软化状态的临界温度。高 Tg 板材主要提升电路板耐热性能,改善板材在多次回流焊接之后的热稳定性,降低板材分层、起泡风险。Tg 指标考量的是板材耐热能力,和玻纤‑树脂界面抗水汽渗透、抗离子迁移性能没有直接关联。
一块板材可以做到高 Tg,但是树脂‑玻纤界面结合一般,耐 CAF 性能较差;反过来,一款耐 CAF 改性板材,Tg 温度也可以为常规 135‑140℃区间。二者不能互相替代。
采购下单时,不能仅仅标注 “高 Tg 板材” 就希望实现抗 CAF 效果。必须单独在板材规格当中明确要求基材具备耐 CAF 等级,并且向板材供应商索要对应的 CAF 测试报告,核对相关试验条件。同样,如果你的项目需求只是耐高温回流,也没有必要盲目采购昂贵的耐 CAF 板材,避免不必要的成本浪费。
三、误区三:样板通电测试没问题,就证明无 CAF 风险
CAF 失效最大的迷惑性,就是短期通电、常温测试完全无法暴露隐患。很多研发团队样板回来之后,开展 48‑72 小时高温老化,电源电压、信号功能全部正常,便判定电路板没有漏电隐患,直接进入批量生产。等到设备投放市场 1‑2 年之后,批量漏电问题集中爆发。
常规短期老化试验,很难诱发出导电阳极丝生长。CAF 离子迁移是一个缓慢的化学反应,需要水汽长时间渗入板材内层,在持续偏压之下铜离子才能够沿着玻纤界面逐步生长。短期老化的时长远远达不到诱发失效所需要的时间。
想要评估 PCB 耐 CAF 可靠性,不能依靠普通通电老化,必须采用专门的 CAF 加速测试。常见测试方式为偏压湿度试验,在高温高湿环境当中,在相邻过孔之间长期施加直流电压,加速电化学迁移过程,测试结束之后检测孔间绝缘电阻有没有出现衰减。
但是加速 CAF 测试对测试设备、试验周期都有着较高要求,大部分硬件研发企业内部实验室并不具备测试条件。这种情况下,就不能依靠样板短期测试结果去判定长期可靠性,应当从源头板材选型、内层孔距设计、生产工艺管控几个维度提前做好风险防控。
四、误区四:只要板材达标,PCB 工厂制程品质无关紧要
再好的耐 CAF 基材,如果生产制造过程当中受到离子污染,板材耐 CAF 防护能力同样会大打折扣。CAF 反应三大要素之一就是离子污染源。PCB 生产全流程当中,钻孔、去钻污、电镀、水洗等工序,如果水洗不充分,板面残留氯离子等杂质离子,后期水汽进入板材,残留离子就会大幅加速铜离子迁移。
钻孔工序也会影响内层可靠性。钻头品质差、钻孔参数不合理,会造成钻孔周边玻纤撕裂,树脂出现裂纹,等于给水汽打开一条快速渗入板材内层的通道。就算基材本身树脂‑玻纤结合力优秀,钻孔造成的微裂纹,也会成为 CAF 失效的突破口。
因此选择耐 CAF 多层板供应商的时候,除了确认板材物料规格,同样要考察工厂内层生产管控能力。工厂必须具备完善的去钻污工艺、高清洁度水洗流程,严格管控生产过程当中离子污染。只指定板材规格,不对制程管控提出要求,最后的成品依旧达不到预期的耐 CAF 效果。
五、误区五:所有耐 CAF 板材等级标准都是一样的
市面上不同品牌耐 CAF 基材之间,实际抗离子迁移能力并不完全等同。不同板材厂商的测试条件、判定标准、改性配方存在差异。部分板材只是基础等级耐 CAF,仅适用于低电压、中等湿度工况;而高级别耐 CAF 基材,可以承受更高电压、更长时间湿热偏压测试。
工程师下单时不能只简单写一句 “耐 CAF 板材”,最好明确板材型号,或者要求厂家提供基材对应的 CAF 测试报告,核对报告当中的试验电压、湿度条件、试验时长、绝缘电阻判定标准。根据自己产品实际工作电压、环境湿度,选择等级匹配的基材,既不盲目选用超规格高价板材,也不要选用等级不足的材料。