最近遇到一个PCB漏电的问题，是一个低功耗的产品引起的，整机电流为uA级别，发现其在常温老化下使用一段时间后功耗增加，部分样机功耗甚至达到mA级别。仔细排除元器件问题后，最终找到了一个5V的电压点，产品休眠时应该是0V，实际上却有1.8V左右的压降！耐心的切割PCB线路，惊讶地发现PCB上两个没有电气连接的过孔，可以测试出彼此之间几百欧姆的电阻。检查原始设计、双层板、过孔间距、 6mil<焊盘间距，孔壁间距>18mil。这种设计是PCB行业常见的钻孔工艺。清洗油墨，消除油墨或孔表面杂质的导电问题，测得的孔间电阻依然存在！经过一段时间的莫名其妙，才发现漏电是“CAF效应”造成的！

什么是CAF效应：

CAF，全称为导电性阳极丝，是指PCB中的铜离子沿着纤维间的微裂通道从阳极(高电压)向阴极(低电压)迁移过程中，发生的铜和铜盐的漏电行为。

纵向研磨两个相邻的过孔，并在电子显微镜下放大100倍，板材呈颜色暗淡，明亮的金色部分是铜，可以看到两个过孔之间有一个铜点、铜丝存在。

CAF产生的机理：

1、常规的FR4 PCB板材是用玻璃丝编织成玻璃布，然后涂上环氧树脂半固化。在浸渍过程中，树脂和玻璃纤维之间的粘附力不足或胶性不良，这使得它们之间容易有间隙，此外，在钻孔等机械加工过程中，由于切向拉力和纵向冲击力的作用，树脂的附着力进一步受损，可能导致玻璃纤维束松动或分离，从而产生间隙。在高温高湿环境下，环氧树脂与玻璃纤维之间的附着力更加恶化，促进了硅烷偶联剂在玻璃纤维表面的化学水解，形成了电子沿玻璃纤维增强材料迁移的通道；

2、基于以上的条件，如果距离较近的两个过孔之间存在电位差，则电位较高的阳极上的铜会被氧化成铜离子，在电场的作用下，铜离子会向电位较低的阴极迁移，在迁移过程中，它们会与板材的杂质离子或OH-结合，形成不溶于水的导电盐，沉积下来，从而使两个绝缘孔之间的电气距离急剧下降，严重的甚至直接导通形成短路。

阳极：

Cu → Cu₂++2e-

H₂O → H++OH-

阴极：

2H++2e-  → H₂

Cu₂++2OH → Cu(OH)₂

Cu(OH)₂ → CuO+H₂O

CuO+H₂O → Cu(OH)₂ → Cu₂++2OH–

Cu2++2e– → Cu

在意识到CAF效应带来的缺陷之前，我对两个绝缘过孔之间的电阻感到惊讶，后来经过数据查询，发现很多同事都被这个问题困扰过，甚至CAF效应也成为PCB行业最热门的可靠性问题之一！

如何预防或减少CAF的发生？

1、提高板材抗CAF的能力。对于电路板的基材工艺，可以从提高材料中的离子纯度、使用低吸湿性树脂、玻璃布被树脂充分浸润粘合良好等方面进行改进。对于应用端的工程师来说，在选择板材时可以考虑耐CAF板材。在以下板材供应商提供的有益板材选择中，有耐CAF的板材可供选择。

2、PCB的机械钻孔或镭射烧孔会产生高温，超过板的Tg点会熔化形成残留物，这些残留物附着于孔壁会导致镀铜时接触不良，因此，镀铜前必须进行除渣操作，除渣操作中的浸泡处理会对通孔造成一定的侵蚀，并可能带来渗铜问题，使后续的铜迁移现象更加容易；

3、当设计印刷电路板时，过孔间距增加。此外，由于CAF通道几乎沿同一玻璃纤维束产生，相邻过孔的交叉分布有助于减少CAF的发生；

4、对PCBA进行表面清洁处理，比如用高压气枪清洁灰尘，避免杂质残留造成不必要的杂质发生电解。此外，PCBA表面涂有三防漆，以避免水蒸气的入侵，尤其是在高温高湿的地理环境中。

对这个CAF问题引发的漏电问题，从最初的麻烦到后来的突然开悟，有两点让我有了更深的体会：

1、当你对一个bug现象的存在感到不可思议时，请保持客观的态度去面对，因为目前的现象与现有的认知相差甚远，很可能只是你知识体系中的一个盲点。遇到CAF现象时，我问PCB厂商“为什么相互绝缘的过孔之间有电阻存在”的问题，厂商觉得不可思议，但基于“自己做了几十年的板子，没有客户回应这个问题”的经验思维，对方始终无法客观面对这个问题，在这个前提下，即使是最好的合作，所谓的验证也只能止于证明我自己材料的、制程属于行业规范的层面上，但CAF对于目前PCB行业来说本来就是一个无法100%规避的问题。于是我被迫找第三方厂家进行切片分析，孔与孔之间的铜很明显被看到了，所以这个问题不容反驳的定论。

2、应用端的电子工程师不仅要能用、会用的能力之外，还要了解它的基础材料。就像每天要处理电容、电阻、电感等器件打交道，很多人都不知道这些器件的制造工艺、基本材料成分，这是这些器件电气特性的根源。例如，在不同的工作频率特性下，为什么电容具有阻性、感性、容性的成分所在；或者为什么铝电解电容器的反接是爆浆？反向连接电压未知时会是爆浆吗？