Микрофотография обычного поперечного сечения печатной платы не показывает путь CAF и не подтверждает отказ CAF.

Оценивайте риск образования проводящей анодной нити (CAF), если на печатной плате есть близко расположенные внутренние проводники, которые будут одновременно подвергаться воздействию влаги и электрического смещения. Оценка должна учитывать фактическую геометрию проводников, систему материалов и историю производства, а не только ссылаться на обозначение ламината как устойчивого к CAF.

Не существует универсального зазора или режима испытаний, доказывающего безопасность для любого проекта. Полезная программа определяет, какие пути под напряжением возможны, как конструкция может измениться при производстве и сборке и какие свидетельства позволят отличить внутренний отказ от поверхностной проблемы.

Что такое CAF, а что им не является

CAF — это механизм внутреннего электрохимического отказа. Типичный путь развивается вдоль границы стекло/эпоксидная смола при наличии поглощенной влаги и электрического смещения. Возникший проводящий путь может снизить сопротивление изоляции между проводниками и в итоге привести к короткому замыканию.

Сканирующая электронная микрофотография поперечного сечения печатной платы

Одно лишь низкое значение сопротивления не доказывает наличие CAF. Короткое замыкание могут вызвать и другие внутренние дефекты, а поверхностная электрохимическая миграция имеет иной механизм, связанный с поверхностью или сборкой. Поэтому для диагностики нужны история электрических воздействий, сведения о конструкции и физическое исследование, а не единственное измерение сопротивления.

Выбор материала важен, но это лишь часть решения. Например, в техническом описании Isola материал 370HR назван устойчивым к CAF. Это утверждение не подтверждает характеристики или срок службы конкретного изготовленного стека.

Общие сведения о выборе материалов и документации см. в статьях свойства материалов FR-4, что такое медно-ламинированный материал и руководство по документации стека слоев.

Определите, какие пути проводников следует оценить

Начните с проводников, между которыми в предполагаемых условиях эксплуатации может сохраняться разность потенциалов. Затем определите наименьшее достоверное расстояние в изготовленном изделии с учетом соответствующих допусков, а не только номинального расстояния на проектном чертеже.

Геометрия под напряжением	Физический вопрос	Какие данные запросить или проверить
Отверстие — отверстие	Могут ли соседние металлизированные отверстия при производстве оказаться ближе, чем предполагает номинальный шаг?	Положения отверстий и допуски, стек слоев, соответствующая история сверления и изготовления, репрезентативный тестовый шаблон
Отверстие — плоскость	Насколько близко металлизированное отверстие может оказаться к внутренней плоскости при фактическом зазоре после изготовления?	Зазор до плоскости и его допуск, положение слоя, сведения об отверстии, полярность и репрезентативная тестовая геометрия
Другие пары внутренних проводников	Возможен ли достоверный путь под напряжением через диэлектрик между проводниками?	Конструкция слоев, расстояние, система материалов, фактическое смещение и обоснование того, почему выбранный шаблон представляет изделие
Поверхностные проводники	Могут ли влага или условия сборки создать поверхностный путь вместо внутреннего?	Состояние поверхности, история сборки, электрические наблюдения и, при необходимости, отдельная оценка поверхностной миграции

Наименьший номинальный зазор не обязательно является единственной важной геометрией. Учитывайте применимое напряжение и полярность, воздействие среды, долю изделия, представленную шаблоном, и возможное влияние производственных отклонений на расстояние.

Гипотетический пример: отверстие — отверстие и отверстие — плоскость

В проекте есть соседние металлизированные отверстия в разных цепях и металлизированное отверстие рядом с внутренней плоскостью питания. На чертеже расстояние между отверстиями кажется меньшим, поэтому сначала команда планирует испытать только этот шаблон.

При проверке выясняется, что для зазора между отверстием и плоскостью действует другой производственный допуск и что в предполагаемом рабочем состоянии этот путь остается под напряжением. Ответственный инженер и лаборатория решают, нужно ли представить оба шаблона, учитывая достоверные расстояния в изготовленном изделии и фактическую полярность, а не только номинальный шаг.

Этот пример не устанавливает приоритет между двумя геометриями. Решение состоит в документировании причин включения или исключения каждого пути.

Что команда может изменить до выпуска изделия?

Начните с путей под напряжением, для которых достоверный производственный запас наименьший. Изменение полезно только в том случае, если понятны его последствия для проекта в целом и процесса изготовления.

Решение	Возможное действие	Что проверить перед принятием
Геометрия	Переместить отверстие под напряжением или изменить зазор до плоскости, увеличив соответствующее расстояние через диэлектрик.	Повторно проверить трассировку, пути возвратного тока, другие зазоры и допуски, а также фактические расстояния отверстие — плоскость и отверстие — отверстие.
Материал	Сравнить заданную конструкцию ламината и препрега с кандидатом, для которого задокументированы результаты испытаний на CAF.	Сопоставить тестовый образец, геометрию, историю изготовления и условия, лежащие в основе результатов. Проверить электрические, тепловые требования и доступность поставок: одно название материала не является квалификацией платы.
Производство	Совместно с изготовителем платы проверить сверление, подготовку стенок отверстий и контроль ламинирования. Повреждение или расслоение на границе стекло/смола может создать потенциальный путь миграции.	Уточнить, какие записи или результаты контроля доступны для предложенного производства и как сообщаются изменения процесса или материала. Не предполагать, что конкретный заводской процесс или испытание включены.
Среда эксплуатации изделия	Проверить, как условия внутри корпуса и режимы работы влияют на воздействие влаги, а также длительность и полярность смещения.	Рассмотреть нормальную эксплуатацию и вероятные отклонения. Защита поверхности может снизить некоторые воздействия, но сама по себе не доказывает устойчивость к внутреннему пути.

Выбранное действие может изменить план испытания купона или квалификации. Согласуйте с инженером изделия и изготовителем, какую конструкцию испытывать и как оценивать последующие замены. Тепловое воздействие при сборке также может влиять на состояние границы раздела; тепловое расширение печатных плат дает контекст, но значение КТР ламината не следует превращать в прогноз CAF.

Выберите метод для предполагаемого механизма

IPC-TM-650 2.6.25C от февраля 2021 года охватывает внутреннюю миграцию. В разделе 1 предупреждается, что метод не предназначен для применения при напряжении выше 100 В постоянного тока. Уточните актуальную редакцию и обсудите с лабораторией и ответственным инженером изделия любое предполагаемое использование вне области применения метода.

IPC-TM-650 2.6.14.1 от сентября 2000 года относится именно к поверхностной миграции. Этот метод нельзя считать взаимозаменяемым с методом для внутренней миграции. Поверхностная проблема на собранной плате может требовать иного исследования, чем внутренний путь через ламинат.

Ссылка на метод — это отправная точка, а не замена проектного соглашения об условиях воздействия, смещении, наблюдениях и критериях приемки. Данные о производстве или сборке сами по себе также не квалифицируют всю систему для условий эксплуатации.

Составьте практичный запрос на испытания

Команда изделия должна определить, какие из перечисленных пунктов являются договорными требованиями, а какие — вопросами для согласования с лабораторией. Не следует оставлять без уточнения режим испытания или критерий приемки, предполагая, что их можно вывести из технического описания материала.

Укажите в запросе или договоре:

Область и цель: какое изделие или конструкция представлены, какое решение требуется принять и испытывается ли купон, плата или другой согласованный образец.
Конструкция и история: марки ламината и препрега, стек слоев и соответствующая история производства, а также история сборки или оплавления, если применимо.
Геометрия: пары проводников и положения слоев, наихудшие достоверные расстояния, производственные допуски и обоснование выбранных шаблонов.
Условия воздействия и электрические условия: предусмотренное проектом воздействие влаги, приложенное смещение и полярность, а также то, как они соответствуют реальной эксплуатации.
Контрольные образцы и наблюдения: согласованные контрольные образцы, интервалы измерения сопротивления и порядок регистрации прерывания или отказа.
План выборки и приемка: размер выборки, критерий успешного прохождения и то, как результат поддержит заявленное решение. Согласуйте это до испытаний, а не принимайте предполагаемый универсальный критерий.
Отчетные материалы: идентификация образцов, условия и история, исходные данные сопротивления во времени, отказы и время их возникновения, результаты микрошлифов или других исследований.
Пересмотр при изменениях: изменения материала, стека слоев, геометрии, производства, сборки или условий воздействия, требующие пересмотра оценки.

Спросите лабораторию и ответственного инженера изделия:

Представляет ли выбранный шаблон достоверные пути отверстие — отверстие и отверстие — плоскость с учетом допусков?
Достаточно ли контрольных образцов, чтобы оценить влияние смещения и воздействия среды?
Применим ли выбранный метод к предполагаемому смещению и какие ограничения следует указать в отчете?
Какое исследование возможно после падения сопротивления и какие выводы по его результатам допустимы или недопустимы?
Достаточен ли план выборки для принятия решения, а не просто удобен для выполнения?

Специальный шаблон может упростить интерпретацию оценки, но его релевантность необходимо обосновать с учетом конструкции изделия. См. тестовые купоны для печатных плат, где объясняется, как представить проект в испытательном образце.

Разберите случай низкого сопротивления

Сохраните данные. Запишите затронутые цепи, измеренное сопротивление, смещение и полярность, воздействие среды, время наблюдения и идентификатор образца. Сохраните запись зависимости сопротивления от времени, а не только конечное значение.
Проверьте измерение и историю. До установления причины проверьте соединения, контрольные образцы, перерывы в испытании, производственные записи и историю сборки или оплавления.
Определите вероятный путь. Установите, указывают ли данные на внутреннюю пару проводников, поверхностный путь или другой дефект. Сопоставьте место с предполагаемой тестовой геометрией и достоверными производственными отклонениями.
Запланируйте физическое исследование. Согласуйте с лабораторией сечение и другие исследования так, чтобы они охватывали предполагаемый путь и нужные слои. Зафиксируйте как положительные наблюдения, так и ограничения исследования.
Укажите вывод и неопределенность. В IPC-TM-650 2.6.25C отмечается, что выявить CAF при криминалистическом исследовании микрошлифа бывает сложно. Поэтому отсутствие видимой нити не доказывает, что CAF не возник; аналогично, одно лишь падение сопротивления не доказывает его наличие.
Пересмотрите проект и оценку. Если путь или история отличаются от принятого наихудшего случая, повторно оцените геометрию, контрольные образцы, записи о материалах и процессах и необходимость дополнительных испытаний для конкретного проекта.

Наиболее полезный результат — прослеживаемое решение: какая конструкция оценивалась, какой механизм отказа подтверждают данные и какие неопределенности остаются до следующего решения команды изделия о квалификации.

Для запроса коммерческого предложения или обсуждения проекта с APTPCB укажите стек слоев, соответствующую геометрию слоев и отверстий, рабочее смещение и условия среды, а также требования к испытаниям или документации. Подтвердите объем предлагаемой поддержки по материалам, производству или испытаниям для конкретного проекта.