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CAF(전도성 양극 필라멘트) 고장은 전자 산업에서 일반적으로 증가하는 우려 사항입니다. 이것은 구리를 포함하는 전도성 염이 인쇄 회로 기판(PCB) 내에 형성될 수 있는 치명적인 고장 모드가 될 가능성이 있습니다. 이것은 양극에서 음극 표면으로 에폭시 또는 유리 계면을 따라 성장하는 일종의 전기화학적 이동입니다. 전기화학적 이동은 전도성 금속 필라멘트가 유전체를 가로질러 성장하는 과정입니다.
CAF 형성은 CAF가 성장하는 과정에 대한 용어입니다. CAF 형성은 2단계 프로세스로 설명됩니다.
CAF 고장은 CAF 형성으로 인한 전기적 고장을 의미합니다. CAF가 양극에서 음극으로 성장할 때 고장이 발생합니다.
CAF가 형성되려면 다음과 같은 몇 가지가 필요합니다.
고온, 고습, 반복되는 열 사이클, 양극과 음극 사이의 높은 전압 구배, 일부 납땜 플럭스 성분 등을 포함한 많은 다른 요인들이 형성 과정을 가속화하는 것으로 믿어집니다. 구성 요소 고장 및 최대 작동 온도 초과와 같은 기타 문제도 CAF 관련 고장의 원인이 될 수 있습니다.
CAF는 1976년 Bell Lab의 연구원들에 의해 처음 확인되었습니다. 첫 번째 연구는 FR-4 미세 라인 연성 인쇄 회로를 사용하여 UV 경화 수지의 다양한 코팅에 대한 테스트를 포함했습니다. 유리 강화 층의 수, 커버코트 및 에폭시 버터코트 층의 두께를 포함하여 추가적인 고장 방지 변수도 연구되었습니다. 연구원들은 로그 정규 플롯에서 고장까지의 시간을 모델링할 수 있다는 것을 발견하고 온도, 습도 및 편향을 프로세스 속도를 높이는 요인으로 식별했습니다. 그들은 또한 4가지 기판 관련 오류에 대해 설명했습니다.
1979년에 연구자들은 이러한 실패를 언급하기 위해 CAF라는 용어를 처음 사용했습니다. 그것을 처음 사용한 논문은 CAF 형성과 관련된 재료 및 도체 방향에 중점을 두었습니다. 같은 해에는 2단계 모델도 도입되었습니다. CAF에 대한 조사는 습도, 온도, 바이어스, 재료, 도체 방향 및 기타 요인이 형성에 어떤 영향을 미치는지 연구원들이 테스트하면서 오늘날까지 계속되었습니다.
이 연구의 대부분은 FR-4, G-10, BT 및 MC-2와 같은 전통적인 라미네이트에 초점을 맞추었습니다. 그러나 최근에는 일반적으로 열 특성이 개선된 CAF 내성 또는 무할로겐 라미네이트와 같은 새로운 재료를 적용했습니다.
최근 몇 년 동안 제조업체가 더 높은 회로 밀도로 더 작은 PCB를 생산함에 따라 CAF 오류를 방지하는 방법을 배우는 것이 더 시급한 관심사가 되었습니다. 이제 보드는 신뢰성이 중요한 혹독한 환경과 조건에서 더 많이 사용됩니다. 또한 무연 솔더링의 사용과 재료 선택의 증가로 인해 주제에 대한 관심이 높아졌습니다.
우리는 1976년 이전보다 CAF에 대해 훨씬 더 많이 알고 있지만 연구는 계속됩니다. 기술이 발전함에 따라 CAF가 발생하는 이유, 이를 식별하는 방법 및 방지하는 방법에 대해 자세히 알아봅니다.
CAF 실패의 위험을 최소화하기 위해 취할 수 있는 다양한 조치가 있습니다. 이 문제를 피하는 방법에 대한 연구가 진행 중이지만 CAF 형성을 가능하게 하는 조건을 피하는 것이 예방에 도움이 될 것입니다. 고려해야 할 몇 가지 요소는 다음과 같습니다.
전해질이 필요하기 때문에 수분 함량이 높을수록 CAF 고장 가능성이 높아집니다. 습도가 증가하면 수분 함량이 높아져 CAF 성능이 저하됩니다.
제조 중 사용되는 공정은 산성 오염을 유발할 수 있으며, 이는 CAF 형성 가능성을 증가시킵니다. 일부 납땜 플럭스의 사용 및 도금 공정 중 산성 잔류물의 도입이 그 예입니다.
바이어스 전압은 반응을 일으키는 힘이기 때문에 고전압 바이어스는 CAF 형성 가능성을 상당히 낮춥니다. 전압이 높을수록 CAF 성능도 저하됩니다.
파단, 보이드, 위킹, 오염 및 잘못된 등록과 같은 기존 결함도 문제가 있는 필라멘트에 대한 경로를 생성할 수 있습니다. 구멍을 뚫을 때 보드가 손상되지 않도록 주의해야 합니다. 이러한 손상은 균열, 위킹 및 기타 결함을 유발하여 이러한 경로를 생성할 수 있습니다. 드릴 속도, 이송 속도 및 기타 요인은 이러한 문제가 발생할 가능성에 영향을 미칩니다. 기능 간의 불완전한 브리징과 같은 부분적 결함도 기여할 수 있습니다.
환경 온도와 같은 고온, 반복적인 열 사이클링 및 높은 피크 온도의 리플로우는 기판에 더 많은 스트레스를 생성하고 손상 가능성과 CAF 형성 가능성을 높입니다.
또 다른 영향력 있는 CAF 실패 요인은 보드를 만드는 데 사용되는 재료입니다. Millennium Circuits Limited와 같이 CAF 내성 재료를 사용하는 것은 CAF 형성 및 고장을 방지하는 가장 효과적인 방법 중 하나입니다.
라미네이트 재료의 경우 지난 30년 동안 다양한 연구를 통해 다양한 라미네이트의 CAF에 대한 민감성을 측정했습니다. 연구에 따르면 비스말레이미드 트리아진(BT)은 CAF에 가장 내성이 강한 적층체이고 MC-2는 가장 취약합니다. 내열성이 높은 라미네이트는 CAF 형성에 더 잘 저항하는 경향이 있습니다.
그러나 다른 공급업체의 동일하게 지정된 라미네이트 재료라도 CAF 저항이 다를 수 있다는 점에 유의하는 것이 중요합니다. 그러나 일반적으로 가장 취약한 것부터 가장 취약한 것까지 다양한 라미네이트의 감수성은 다음과 같습니다.
PCB 제조업체는 절연 저항을 높이고 CAF 형성을 방지하기 위해 유리 마감재 및 수지 시스템을 자주 사용합니다. 이 두 가지 자료는 이러한 목적에 유용한 것으로 간주됩니다. 그러나 두 물질에 대한 테스트에서는 수지 시스템이 유리 코팅보다 더 큰 영향을 미치는 것으로 나타났습니다. 두 가지를 함께 사용하는 것이 이상적인 솔루션이 될 수 있습니다.
추가 연구에 따르면 DICY 경화 수지는 페놀 경화 수지보다 CAF 성장을 촉진할 가능성이 적습니다. 완성된 섬유는 열 세척 및 직기 상태 섬유보다 CAF 성장에 가장 높은 민감성을 갖는 직기 상태 섬유와 함께 CAF를 형성할 가능성이 적습니다. 유리-수지 결합을 보존하는 데 도움이 되는 섬유 청정도, 분포 및 가수분해 저항성은 유리 천 또는 실란 코팅의 효과에 영향을 미칩니다. 수분 흡수율이 낮고 순수 수지 성분이 강화되고 화학적 안정성이 강화된(가수분해 저항성 포함) 수지는 CAF 성능이 더 우수합니다.
기타 재료 관련 요소에는 HASL, ENIG, 침지 은 또는 침지 주석과 같은 마감 유형 및 솔더 마스크 유형이 있습니다.
PCB의 설계 및 제작도 CAF 저항을 결정하는 데 중요한 역할을 합니다.
전압 바이어스된 기능 사이의 간격이 더 작은 보드는 간격이 더 큰 보드보다 더 빨리 고장나지만 이것이 CAF 형성 프로세스의 두 번째 단계에만 영향을 미치는 것으로 믿어집니다.
구멍 대 구멍 및 라인 대 라인 간격 외에도 천공된 구멍의 크기와 도금된 스루 구멍의 구리 두께는 CAF 저항에 영향을 줍니다. 편향된 기능이 많을수록 CAF가 형성해야 하는 기회의 수도 늘어납니다. 양극 비아는 음극 비아보다 더 빨리 고장납니다. 날실과 씨실 방향도 역할을 합니다. 45도 각도로 엇갈린 비아는 CAF에 대한 저항이 더 높습니다. 채우기 공극, 유리 정지, 위킹 또는 기타 문제가 제조 후 존재하는 경우 CAF 성장을 위한 기존 경로로 작용할 수 있습니다.
CAF 형성 가능성을 높일 수 있는 다른 프로세스에는 리플로우 및 디스미어 프로세스가 있습니다.
설계 및 제조 측면을 포함하여 PCB의 다양한 측면이 CAF 형성에 대한 저항에 영향을 미칩니다. 이러한 요인에는 다음이 포함됩니다.
많은 요인들이 CAF 성능에 영향을 미치므로 PCB 생산 공정의 모든 단계에서 CAF를 고려해야 합니다. CAF 저항에 대해 보드를 최적화하면 보다 안정적인 최종 제품을 얻을 수 있습니다.
CAF는 일단 발생하면 식별하는 것이 어려워 검사 및 연구하기가 어렵습니다. CAF는 종종 PCB 내에 묻힌 층에서 발생합니다. 또한 다른 기여 실패 요인과 함께 나타날 수 있으므로 CAF가 전적으로 책임이 있는 오류 모드인 경우 인식하기 어렵습니다.
그러나 다양한 고급 테스트 방법을 사용하여 CAF 형성 및 실패를 확인하고 특성화할 수 있습니다. 이러한 테스트에는 다음을 포함하는 표면 절연 저항(SIR) 테스트로 알려진 IPC 표준 전기 방법이 포함됩니다.
또한 다양한 방법을 사용하여 PCB에서 CAF 형성을 이미지화할 수 있습니다. 이러한 기술에는 다음이 포함됩니다.
보드의 CAF 저항 테스트를 수행하면 전반적인 품질과 신뢰성을 보장하는 데 도움이 됩니다. 회로 기판 및 전자 조립 산업을 위한 무역 협회인 IPC에는 IPC-TM-650 Method 2.6.25A라는 CAF 저항에 대한 표준 테스트 절차가 있습니다. 표준화된 테스트 방법을 사용하면 쉽게 이해하고 비교할 수 있는 CAF 저항 등급을 얻을 수 있습니다.
이 테스트를 위해 IPC-9253 및 IPC-9254와 같은 IPC-9253 및 IPC-9254와 같은 약 125×175mm의 10개 레이어와 치수와 IPC-9255 및 IPC 9256을 사용할 수 있습니다. 일부 원래 장비 제조업체도 자신의 쿠폰 디자인을 사용합니다. CAF 성능을 위해 라미네이트를 테스트할 때 다양한 피처 간격, 레이아웃 및 구멍 크기가 있는 여러 디자인을 사용해야 합니다.
IPC 테스트 방법은 바이어스 레벨당 샘플 로트당 최소 25개의 테스트 보드를 사용할 것을 권장합니다. 이 보드는 모든 샘플에 대해 4,200개의 잠재적 인라인 홀 대 홀 CAF 실패 지점과 7,800개의 잠재적 대각선 홀 대 홀 CAF 실패 사이트를 제공합니다. 조건 설정.
IPC 테스트 방법에는 약 섭씨 65도 또는 85도(화씨 149도 ~ 185도)의 고온 및 87% 상대 습도(RH)의 고습 조건에서 이러한 기판을 테스트하는 것이 포함됩니다. 초기 절연 저항 측정을 위해 100볼트의 직류를 인가한 후 샘플은 96시간 동안 온도 및 습도 조절을 거친 후 또 다른 절연 저항 측정을 수행합니다.
그런 다음 샘플은 지속적으로 적용된 바이어스 전압으로 최소 500시간의 테스트를 거칩니다. 이 시간 동안 24~100시간마다 고저항 측정을 수행합니다. 500시간 후에 절연 저항을 다시 측정합니다.
테스트 후 데이터를 검토하여 심각한 낙하 또는 고저항 단락이 있는지 확인합니다. 보드가 고장나고 CAF 고장이 의심되는 경우 위와 같은 테스트 방법을 사용하여 고장 분석을 수행하여 원인을 확인할 수 있습니다.
테스트는 각 간격에 대해 500시간에서 실패 비율을 제공합니다. CAF 저항 또는 CAF 품질 측면에서 테스트 결과를 설명할 수 있습니다. CAF 저항은 재료 시스템이 CAF 형성에 민감한지 여부를 결정하는 데 중점을 두고 결함을 강조하지 않습니다. CAF 품질은 재료의 고장률 모델이며 결함 기반 고장을 포함할 수 있습니다.
CAF에 대한 내성은 인쇄 회로 기판 프로젝트의 주요 관심사여야 합니다.
PCB가 더 작아지고 피처를 더 가깝게 배치해야 하므로 CAF 형성 위험이 증가합니다. 특정 조건과 신뢰성이 중요한 애플리케이션에서 사용되는 기판의 경우 CAF 성능이 특히 중요합니다.
그렇기 때문에 Millennium Circuits Limited가 제공하는 모든 재료는 CAF에 내성이 있습니다. 당사는 다양한 재료, 플렉스 및 리지드-플렉스 회로, 표면 마감, 고전력 및 열 기판을 제공합니다. 또한 패널 생성, 설계 규칙 확인 및 제어 임피던스 모델링을 포함한 엔지니어링 서비스를 제공합니다. 프로토타입에서 대량 주문에 이르기까지 모든 규모의 주문을 빠른 처리로 처리합니다.
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PCB라고도 하는 인쇄 회로 기판은 오늘날 모든 전자 부품의 핵심을 형성합니다. 이 작은 친환경 부품은 일상적인 가전제품과 산업 기계 모두에 필수적입니다. PCB 설계 및 레이아웃은 모든 제품 기능의 중요한 구성 요소입니다. 이것이 장비의 성공 또는 실패를 결정합니다. 기술의 끊임없는 진화와 함께 이러한 디자인은 계속해서 발전해 왔습니다. 오늘날 이러한 설계의 복잡성과 기대치는 전기 엔지니어의 혁신 덕분에 새로운 수준에 도달했습니다. 최근 PCB 설계 시스템 및 기술의 발전은 업계 전반에 걸쳐 광범위한 영향을 미쳤습니다. 결과적
PCB에 적용되는 제조를 위한 가장 기본적인 형태의 디자인은 PCB 디자인 소프트웨어에서 디자인 룰과 디자인 룰 체크를 사용하는 것이다. 설계 규칙 검사(DRC)는 설계를 검토하여 PCB 제작자의 제조 능력을 준수하는지 확인하는 프로세스입니다. 일반적으로 설계자는 PCB 제작자가 제작사로부터 지원하는 가장 높은 허용 오차를 받고 이러한 허용 오차를 설계 프로그램에 로드한 다음 예상 설계에 대해 설계 규칙 테스트를 실행합니다. 설계 규칙 검사는 일반적으로 PCB 설계 소프트웨어에 통합되며 일반적으로 추가 서비스로 간주되지 않습니다.