Ungünstige Umgebungsbedingungen wie Temperaturschwankungen oder eine hohe Luftfeuchtigkeit wirken nicht nur auf die Oberfläche von Leiterplatten ein. Auch im Innern der Leiterplatte kann es zur Bildung leitfähiger Pfade zwischen Leiterstrukturen mit Potentialdifferenz kommen, die zum Kurzschluss führen und einen Ausfall bewirken. Neben dem Oberflächenwiderstand gilt es deshalb, auch den Volumenwiderstand der Leiterplatte hinsichtlich seiner Langzeitbeständigkeit zu bewerten. Als geeignete Methode wird hier der CAF-Test angewendet.
Was bedeutet CAF?
CAF steht für Conductive Anodic Filament und beschreibt den physikalisch-chemischen Effekt der Ionen-Migration – meist sind das Kupferverbindungen – entlang von Glasfasern innerhalb der Leiterplatte. Infolge der Migration entstehen leitfähige Pfade, die zu einer Verringerung des Isolationswiderstandes zwischen spannungsführenden Leiterbahnen führen. Dies bewirkt im Extremfall einen Kurzschluss bzw. einen Ausfall der Baugruppe.
Was kennzeichnet den Ausfallprozess im Innern von Leiterplatten?
Im Vergleich zu oberflächlichen Veränderungsprozessen, die sich mittels SIR-Test ermitteln lassen, verlaufen Ausfallprozesse im Innern der Leiterplatte in der Regel langsamer. Darüber hinaus werden sie viel stärker von Materialauswahl, Layout und den Verarbeitungsbedingungen beeinflusst als durch fehlerhaftes Handling oder ungenügende Reinigung. Gerade bei immer kleiner werdenden Leiterabständen und Gesamtteilegrößen im Zuge der Miniaturisierung gewinnt der CAF-Test an Bedeutung.
Wie läuft der CAF-Test ab?
Die Prüflinge mit spezifischen Teststrukturen werden im Klimaschrank mit Kabeln verbunden, die nach außen zum Widerstandsmesssystem geführt werden. Das System misst in regelmäßiger Wiederholung den absoluten Widerstand und den Leckstrom, zum Beispiel zwischen gegensätzlich gepolten Bohrungsreihen oder zwischen Bohrungen und innenliegenden Leiterzügen.
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Typische Testbedingungen:
- Voralterung: 3x Reflow-Simulation bleifrei Löten
- Temperatur: 85° C
- Relative Feuchte 85 %
- Biasspannung: 100 – 1.000 V
- Testdauer: 1.000 bis 3.000 h
Als Ausfallkriterium werden entweder die Widerstands-Untergrenze (10 MOhm), der maximale Widerstandsabfall bezogen auf den Anfangswiderstand (3 Zehnerprotenzen) oder auch die Leckstrom-Obergrenze definiert. Die Ausfallzeitpunkte werden mit der Weibull-Statistik ausgewertet und die gewünschten Lebensdauerparameter für diese Fehlerart geliefert.
Wie lassen sich Ausfallprozesse im Innern der Leiterplatte vermeiden?
Es gilt, eine hohe Beständigkeit gegen die Degradation der inneren Isolationseigenschaften zu erreichen. Dabei spielen folgende Faktoren eine Rolle:
- Die Auswahl CAF-resistenter Basismaterialien
- Die Anwendung von Lagenaufbauten, die hinsichtlich der z-Achsenausdehnung optimiert sind, um Delaminationen bei der Verarbeitung zu vermeiden
- Eine Layoutkontrolle auf minimale Abstände
- Die Reduzierung von Layoutversatz, der zur Verkürzung von Isolationsabständen führt
- Die Vermeidung von Prozessrückstände in Form von Partikeln, die Abstände verkürzen
- Ein sauberes Handling
- Eine hohe Reinigungsqualität in allen Zwischenprozessen
Wo gibt es weitere Infos zum CAF-Test?
Detaillierte Informationen zum CAF-Testverfahren sowie wertvolle Experten-Tipps direkt aus dem Qualitätslabor der KSG Group gibt es im Rahmen des XPERTS Online-Seminars „Von Gigaohm bis Kurzschluss: Leiterplatten im CAF-Klimatest“ von Dr. Swantje Frühauf und Holger Bönitz. Hier geht es zur Anmeldung.
