プリント基板上のCAF(Conductive Anodic Filament)とは?

プリント基板上のCAF(Conductive Anodic Filament)とは?

多くの企業の製品は、以下のような悩みを抱えています。 シーエフ (conductive anodic filament)、CAFの原因を見つけることができなかったからです。最近になってようやく、回路基板にマイクロショート現象が発生している不良基板を発見できたことが、突破口となった理由です。悪い原因は現在CAFを指している。

目次
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    地球上のCAFとは

    CAFとは、実はマイクロショート現象における基板内部や溶接の緑色の塗膜のことです。CAFとは、プリント基板に直流電圧を印加し、高湿度環境下に置くことです。層と層、線と線、ホールドとホール、ホールとラインにおいて、CAFはプリント基板に印加される。

    PCB上のCAFの調べ方

    実は、このようなCAFの不具合を見つけるのは簡単ではありません。まず、基板のどこがショートしているのかを調べ、カットできる線はすべてカットし、できればVIAへのビア、あるいは回路へのトレースなど、ショートしている可能性のある部分を徐々に絞り込んでいかなければならない。

    銅箔の短絡の層を測定することも必要で、断面下のマイクロショートの証拠を見つける可能性が高くなる。

    場所が短絡イメージング短絡と原因誤審ではありません研削するときに、証拠が消えた、またはしない、ひどくまたは未熟なカット。

    後日、マイクロショートを起こした基板をPCB基板工場に持ち込み、その場でスライス解析を依頼しました。今度は本当にCAFが確認された。しかし、基板工場ではCAFの発生原因を PTH VS NPTH 弊社ボードのViaとBlind Viaのデザインが近すぎる。

    現在、基板工場では、0.4mmの推奨距離を最低0.5mmに変更しました。しかし、現在、穴の端から穴の端まで(ドリルからドリルまで)は0.1mmに小さくなっていますが、0.5mmの距離を持つという要件は、実際には非常に非現実的なことなのです。

    CAFにつながる可能性があるもの

    What-may-lead to CAF

    高電位陽極の銅金属は酸化してCu +またはCu ++イオンとなり、ガラス繊維糸束の既存の悪路に沿って陰極へゆっくりと移動し、陰極の電子も陽極へ移動します。

    銅イオンが電子と出会うと、銅金属に還元され、銅イオンを形成し、また銅金属に変化していきます。そのため、陽極から陰極へと徐々に繰り返されることで、次のように広がっていきます。 銅線跡そのため、銅のマイグレーションとも呼ばれています。

    初めてCAFに出会った人の多くは、その繰り返しと断続的な挙動に戸惑い続けている。CAFは一度チャネル伝導を完了すると、時折高い抵抗値でジュール熱により焼き切られます。

    一般に、3種電気計器でCAFを測定すると、はじめは短絡が得られるが、後に量が足りなくなったり、電気シミュレーションをコピーする問題が常に存在することが判明する。測定値は常にドリフトするとしても、CAFの形成条件が完全に消失する前に、何度も何度も同じ場所でCAFの再生が繰り返されることになります。

    要約すると、CAFの欠陥を形成するには、次の4つの失敗条件が同時に満たされる必要があり、そのうちの1つは不可欠で、つまり、CAFは絶対的な好条件、地理的条件、条件があって初めて生産できるのである。したがって、事故は偶発的なものではなく、一連の過ちによって引き起こされるのである。

    CAFに影響を与える要因

    大気中や溶媒中では避けられないと思われる水蒸気は、電解質を形成するために利用される。例えば、基板に残ったフラックスや潮風に濡れたフラックスは、優れた電解質材料となる。

    銅の露出(基板内部の銅箔を基材とするため、やむを得ない。実際、イオンを形成できる材料であれば、一般に銅、銀の方がCAFを形成しやすいとされている)

    バイアスは回路設計の必然であり、したがって避けられない。異種金属間に電位差を生じさせる、いわゆるジャバニ効果)

    チャンネル(このパラメータを改善する唯一の方法と思われる)。極と障害物の距離を言うべき!距離が短いと絶縁インピーダンスが小さくなるため、発生しやすくなります。

    電界

    電界の作用により、非金属媒体中で金属イオンのECM(ElectroChemical Migration)反応が起こり、回路の陽極と陰極の間に導電路が形成され、短絡に至る。

    一般に、電気イオンの移動は2つの段階に分けられると考えられています。第1段階では、樹脂と強化材に水分が作用し、強化材のシランカップリング剤の化学的加水分解、つまり、CAFの漏れ経路に沿ってエポキシ樹脂/強化材に、この段階では可逆反応であることが分かっています。 

    第2段階では、電圧またはバイアスの作用により、銅塩の電気化学反応が起こり、導電路が線間に析出して線間短絡が形成されます。この段階は不可逆的な反応である。

    CAFを回避する方法と解決する方法

    CAFを解決したい、あるいは発生を防ぎたいのであれば、実は上記の4つの必要条件から始めればいいのである。

    配線板材料の耐CAF性向上

    回路基板の選択は、実際にCAFの発生を保護するために非常に重要ですが、通常ペニーペニー、一般的に基板の高いCAF保護能力を持っている特別な要件を必要とし、以下は、回路基板基板抗CAFの推奨事項の選択です。

    材料中の不純物イオンを低減する。

    グラスファイバークロスは樹脂がよく含浸しており、よく結合します。

    回路基板の基板を作るときに、ガラス繊維の束を何本も布に織り込んで、樹脂タンクを導入して含浸させ、樹脂の入ったガラス繊維の束を徐々に引き上げたり、引き出したりします。

    ガラス繊維束の隙間に樹脂を充填させるためである。この段階でパラメータをうまく設定しないと、ガラス繊維束に隙間ができやすくなり、CAFギャップができる。

    PCBレイアウト設計

    PCBレイアウト設計 in bias and hole spacing avoidance

    PCB-レイアウト設計におけるバイアスおよびホールスペースの回避

    また、基板のスルーホール、ラインサイズ、位置、スタックデザインもCAFに決定的な影響を与える。なぜなら、ほとんどすべての要件はデザインから来るからだ。製品の小型化に伴い、基板の高密度化が進んでいるが、基板のプロセス能力には限界がある。

    DC バイアス電圧で隣接するライン間の距離が小さいほど,CAF が発生する確率が高くなります。基本的にバイアス電圧が高いほど、あるいは距離が小さいほど、CAFが発生する確率は高くなります。

    回路基板メーカーからの情報によると,多くの回路基板メーカーがCAF対策として推奨する基板サイズ設計値は以下の通りです。

    穴と穴の間隔(最小):0.4 mm
    穴と線の距離(最小)(ドリルと金属):12 mil (0.3 mm)
    アパーチャーアドバイス:0.3mm

    PCB工程でのウィッキング制御

    ウィッキング制御-in-PCB-プロセス
    プリント基板の機械的穴あけやレーザー焼成により、樹脂のTg点を超える高温が発生すると、樹脂が溶けてゲルスラグとなり、内側の銅端や穴壁部分に付着して、その後の銅メッキ時に接触不良を起こします。 

    したがって、デスミア操作は銅めっきの前に行わなければならない。ゲル除去の最初のステーションは、ゲルスラグ膨潤と緩和のすべての種類は、その後のMn +7の浸透とバイトを容易にするように、1〜10分間処理を浸漬した後、スウェラを使用する必要があります。 

    しかし、スラグ除去作業によって、貫通孔に一定の噛み込みが発生することもあり、銅のイッキング(吸着、芯出し)の可能性もある。基板オペレータの中には、フラッフィングの作業を早くするために、フラッフィングの溝の温度を高めに調整し、フラッフィングの剤が過度に緩み、挿入長が長くなり、その後の銅マイグレーションにつながる人もいます。

    IPC-A-600では、銅の吸着(Wicking)の許容基準を以下のように定めています。
    クラス 1、銅の透磁率は 125 以上(m(4.291mil)含む)。

    クラス 2 の場合、銅の透磁率は 100(m(3.937mil)を含む)以上です。

    クラス 3、透磁率銅(80m(3.15mil)以上を含む。

    しかし、科学技術の進歩に伴い、0.1mm(100μm)の銅の浸透は、実際の需要を満たしていないようだ、穴の端の距離に0.4mmの穴に、銅の浸透のサイズを引くと、距離は、回路基板業界の製造能力に、それは50μm(2mil)以下の銅浸透制御することが可能でなければなりませんだけ0.4から0.1 - 0.1=0.2mm です。 

    また、レイアウト基板内のシステム工場の穴と穴の間隔も100μm(4mil)まで縮めており、CAF防止・制御のための大きな試練となっています。
    また、プリント基板の機械的穴あけ加工では、送り速度が速すぎたり、フライス盤が寿命を超えたりすると、フライス盤の外力によりガラス繊維が裂けやすくなります。

    プリント基板加工時の防水水分の管理

    はんだごて印刷

    で プリント基板組立工場はんだ印刷、部品取り付け、高温裏面溶接など 回路基板上に汚染物質が残ることがあります。これらの汚染物質には、はんだ、接着剤、ほこり、露、その他の電解物質が含まれる場合があり、電気化学的マイグレーション現象を引き起こす可能性があります。水分の浸入を防ぐために,CAF を形成する隙間を作る可能性のある接合部をシール材で塞ぐことができます。

    結論

    つまり、これまでの経験から、CAFのチャネル(ギャップ)はほとんど同じグラスファイバー束に沿って発生するので、スルーホールや溶接パッドの配置を45度のAngle of cross wiringにすれば、CAFの発生を抑制することができるのです。

    よくあるご質問

    CAFとは、実はマイクロショート現象における基板内部や溶接の緑色の塗膜のことです。CAFとは、プリント基板に直流電圧を印加し、高湿度環境下に置くことです。層と層、線と線、ホールドとホール、ホールとラインにおいて、CAFはプリント基板に印加される。

    実は、このようなCAFの不具合を見つけるのは簡単ではありません。まず、基板のどこで短絡しているのかを調べ、カットできる線はすべてカットし、できればVIAへのビア、あるいは回路へのトレースなど、短絡の可能性のある部分を徐々に絞り込んでいかなければならない。銅箔短絡の層を測定して、断面下の微小短絡の証拠を見つける可能性が高くなるようにすることまで必要である。

    1.配線板材料の耐CAF性向上
    2.PCBレイアウト設計
    3.PCB工程におけるウィッキング制御
    4.プリント基板加工時の防水水分の管理

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