最近在马里兰州巴尔的摩举行的IPC高可靠性论坛和微导通孔峰会期间，我采访了Foresite公司的首席执行官Terry Munson。Terry介绍了他在研讨会期间的演讲——导电性阳极丝（CAF）的成因以及基材空洞造成的危害，并向PCB设计师提出如何避免CAF失效的建议。
Andy Shaughnessy：能简要介绍一下你的演讲吗？
Terry Munson：很荣幸在此分享，我的演讲主题是CAF失效机理。目前汽车、医疗用PCB，以及服务器主板用PCB中，CAF失效均有所增加，在2级和3级产品领域都遇到了类似问题。CAF与电化学迁移的区别归结为：CAF发生于内层，电化学迁移发生于外部。
Shaughnessy：我认为枝晶和CAF几乎是相同概念。
Munson：是的，枝晶和CAF可以互换。通常我们能发现很多外部失效，但是当器件短路并且有两个导通孔短路或导通孔与接地层短路时，那些内部失效却很难发现。由于助焊剂残留物、生产时的残留物、外界湿气及微凝结形成的水滴，会导致表面生长出枝晶。内部的唯一污染源就是经去钻污及电镀工艺后残留的半固化片蚀刻材料。如果树脂流动良好并且编织物中没有任何空洞，孔壁不存在化学电镀药水。其中的残留物会被冲洗出来，那么孔壁相对是清洁的。
如果基材有空洞，且玻璃纤维暴露，所有低表面张力化学电镀药水自然压积进入纤维孔隙中。当对玻璃纤维束旁边的铜进行电镀时，化学反应将按部就班得进行：分离铜，构建导电。我们要弄清楚在没有正常通路的情况下电流如何从阳极走到阴极。枝状晶体通过聚集在表面上的金属盐生长。CAF情况下总是伴随着电源效应；枝状晶体在电源侧较厚。因此在电镀该晶体区域时，从接地层找到层间微分离通道穿过编织物。
图1：明显短路的两个导通孔的剖面，显示了缺乏树脂的半固化片层中的CAF短路
我在演讲中展示了两种编织物暴露，这些暴露在剖面上非常明显。然后，我展示了半固化片的微分离，其中采用了错误的材料用于低流动或不流动树脂。因为它是错误的材料，所以两层之间存在间隙。电镀化学反应可发生于导通孔和接地层之间的间隙。我用枝晶照片给出了图示。枝晶生长得相当好。
由于半固化本身的冲洗不良或控制不当，还会在接地的电源走线上发生内层短路。当我们将板分开并使用局部C3提取时，我们仍然可以提取板内部的表面区域，并将微导通孔与没有微导通孔的区域进行比较，看到了3μg/ in2到74μg/ in2硫酸盐之间的差异，在硫酸盐为74 µg/in2处，看到了枝晶。甲烷磺酸镀层的硫酸盐树脂含量低的区域具有非常低的污染物水平。看到生长在微导通孔周围的枝晶区域污染物含量高，污染物来自镀层中截留的残留物。
现在我们已将电路板分开了，那么我们就能够看到实际情况。大多数人都很惊讶可以切割电路板并查看内层。分开电路板比较容易，特别是如果有薄弱层的话；然后，将它沿着该界面分开。我们已经创建了一种工具，允许我们使用压机和特殊刀片来实现分割。我们进入并切开一块电路板，看到几乎没有树脂流入织物。我们可以看到树脂的印痕，并确认它没有流入半固化片。我们可以将其与具有良好树脂流动的电路板其他区域进行比较，具有良好树脂流动的电路板其他区域没有问题。
图2：显示在树脂空洞的半固化片层中的CAF短路的背光特写
Shaughnessy：这很有意思。我喜欢你的演讲中有关“口渴”的基材空洞域部分，比喻很形象。
Munson：编织物无法使树脂流入其中，无论是由于压缩和密度，还是由于过热或树脂储存不当而导致的不良。
Shaughnessy：对于你在演讲中展示的一些失效，你有什么建议想告诉设计师与电路板厂商他们应该做什么或不应该做什么？
Munson：我们看到设计师受到电路需求的挑战，他们正在采用盲孔和微导通孔结构，正在为电路板本身构建更多的架构和电路，使其成为三维结构。从设计的角度来看，我们建议的最重要的事情之一就是尽可能在电源层和接地层之间提供尽可能多的空间，这样我们就不会在内层有2 mil，3 mil或4 mil的间距，也就不会为短路发生创造机会。我们、设置的间距越大，树脂有效流动的机会就越大，至少阻挡很大一部分引起短路的通道。
微导通孔一直是一大挑战。从设计师的角度来看，微导通孔起到与整个电路板其余部分连接的作用。在制造过程中我们需要投入更多的时间以更好地了解设备的工艺参数。我们认为压合机和层压工艺是关键环节，包括考虑压合时长、压合机温度控制、冷却速度等。冷却得越快，树脂流动停止得就越快。很多制造商试图在这耗时的制程中尽可能同时处理更多的产品。
图3：树脂空洞的半固化片层中的CAF短路特写
了解这个过程及其局限性、叠层限制、可以放入电路板的数量，以及电加热和油加热之间的差异等所有变量都至关重要，设计人员需要了解这些问题可能会影响2%至4%的设备。在同一堆叠中的电路板可能都表现得非常好，但在同一块在制板上，大部分都有内层编织物问题。我认为，这不仅仅是半固化片的问题，而是半固化片和压合机都有问题。
Shaughnessy：您希望每位听完演讲的听众收获的关键点是什么？
Munson：随着电路密度和敏感度的不断变化，出现这种类型的失效和风险会越来越多。了解设备制程的局限性，以便我们可以预测这些风险并通过设计予以解决。第二个要点是要加强制程的清洁。电路板内层的清洁度如何？如何定期评估这一点？这对防止CAF风险将很有帮助。
Shaughnessy：太好啦。谢谢你，Terry。
Munson：谢谢你。
