1. 최근 PCB 누출 문제 개요
최근 PCB 누수 문제가 발생했습니다. 이 제품은 저전력 제품입니다. 전체 장치는 일반적으로 마이크로암페어 수준(µA)의 전류를 소비합니다. 상온에서 일정 기간 노화시킨 후 전력 소비가 증가하는 것을 발견했습니다. 일부 샘플은 밀리암페어 수준(mA)까지 도달하기도 했습니다.
우리는 부품 결함을 신중하게 배제했습니다. 결국 5V 노드를 발견했습니다. 제품이 절전 모드에 있을 때 이 노드는 0V여야 하지만 약 1.8V가 떨어졌습니다.
우리는 조심스럽게 PCB 트레이스를 잘라냈습니다. 놀랍게도 PCB에 전기적으로 연결되지 않은 두 개의 비아를 측정한 결과, 그 사이에 수백 옴의 저항이 나타났습니다. 설계 파일을 확인했습니다. 2층 기판입니다. 비아 간격 및 패드 간격 > 6밀리미터. 홀-벽 간격 > 18밀리. 이 설계는 PCB 업계의 표준 드릴링에 일반적인 설계입니다.
마스크 또는 비아 표면의 전도성 오염을 배제하기 위해 솔더 마스크를 제거했습니다. 측정된 비아 사이의 저항은 여전히 존재했습니다. 한동안 이를 설명할 수 없었습니다. 그러다가 누설이 “CAF 효과”로 인해 발생한다는 사실을 발견했습니다.”
2. CAF란?
CAF는 전도성 양극 필라멘테이션을 의미합니다. 구리 이온이 유리 섬유 사이의 미세 균열 채널을 따라 양극(고전압)에서 음극(저전압)으로 이동하는 PCB 내부의 누설 현상입니다. 이 과정에서 구리 및 구리 염이 누출을 일으킵니다.
이미지에서 인접한 두 개의 비아를 세로로 연마하고 전자 현미경으로 100배율로 관찰한 결과, 라미네이트가 어둡게 보입니다. 밝은 금색 영역은 구리입니다. 두 비아 사이에 구리 스팟과 구리 필라멘트를 볼 수 있습니다.
3. CAF 형성 방식(메커니즘)
보통 FR4 PCB 라미네이트 는 유리 섬유를 천으로 엮은 다음 에폭시 레진에 적셔 반경화시켜 만듭니다. 수지와 유리 섬유 사이의 접착력이 좋지 않거나 수지가 유리를 완전히 적시지 않으면 그 사이에 틈이 생길 수 있습니다. 드릴링과 같은 기계 가공 시 접선 당김과 축 방향 충격으로 인해 레진 결합이 더욱 손상될 수 있습니다. 이로 인해 섬유 다발이 느슨해지거나 분리되어 틈이 생길 수 있습니다.
환경이 덥고 습하면 에폭시와 유리 섬유 사이의 접착력이 더 저하됩니다. 유리 섬유 표면의 실란 결합제는 가수분해될 수 있습니다. 이렇게 하면 유리 섬유 보강재를 따라 전자가 이동할 수 있는 경로가 생성됩니다.
이러한 조건이 주어지면 근처의 두 비아에 전위차가 있는 경우 고전압 양극의 구리는 구리 이온으로 산화될 수 있습니다. 전기장 아래에서 구리 이온은 더 낮은 전압의 음극으로 이동합니다. 이동하는 동안 라미네이트의 불순물 이온 또는 OH-와 결합하여 불용성 전도성 염을 형성하여 침전됩니다. 그 결과 두 절연 비아 사이의 전기적 간격이 급격히 떨어집니다. 심한 경우에는 직접 전도성 경로를 형성하여 짧아질 수도 있습니다.
양극과 음극에서의 반응(관찰된 대로):
Anode:
Cu → Cu²⁺ + 2 e-
H₂O → H⁺ + OH-
Cathode:
2 H⁺ + 2 e- → H₂
Cu²⁺ + 2 OH- → Cu(OH)₂
Cu(OH)₂ → CuO + H₂O
CuO + H₂O → Cu(OH)₂ → Cu²⁺ + 2 OH-
Cu²⁺ + 2 e- → Cu
4. 경험에서 얻은 팁
CAF가 원인인 줄 알기 전에는 두 개의 절연 비아 사이의 저항에 당황했습니다. 문헌을 검색한 결과 많은 동료들이 같은 문제를 겪고 있다는 사실을 알게 되었습니다. CAF는 PCB 업계에서 주목할 만한 신뢰성 문제가 되었습니다.
5. CAF를 예방하거나 줄이는 방법
CAF에 대한 라미네이트 저항성을 향상시킵니다. PCB 기판 공정의 경우 재료 이온 순도를 높입니다. 수분 흡수율이 낮은 수지를 사용합니다. 유리 천이 수지에 완전히 적셔지고 잘 접착되는지 확인합니다.
드릴링 또는 레이저를 통한 공정에 주의하세요. 드릴링이나 레이저는 국부적으로 높은 열을 발생시킬 수 있습니다. 온도가 보드의 Tg를 초과하면 수지가 녹아 잔류물을 형성할 수 있습니다. 홀 벽에 잔류물이 있으면 도금 중 접촉 불량으로 이어질 수 있습니다. 따라서 도금하기 전에 잔여물을 제거하세요. 참고: 잔여물을 제거하는 동안 담그면 스루홀이 침식되고 구리가 오염되어 나중에 구리 이동이 더 쉬워질 수 있습니다.
에서 비아 투 비아 간격을 늘립니다. PCB 설계. 또한 CAF 채널은 일반적으로 동일한 유리 섬유 번들을 따릅니다. 인접한 비아를 엇갈리게 배치하거나 오프셋하면 CAF 위험을 줄이는 데 도움이 됩니다.
PCBA 표면을 청소합니다. 예를 들어 고압 에어건을 사용하여 먼지를 제거하고 원치 않는 전기 화학 반응을 일으킬 수 있는 불순물 잔여물을 방지합니다. 특히 덥고 습한 환경에서 습기 침투를 방지하기 위해 PCBA 표면에 컨포멀 코팅을 적용합니다.
