PCB單面板或雙面板的制作都是在下料之后直接進(jìn)行非導通孔或導通孔的鉆孔, 多層板則是在完成壓板之后才去鉆孔。傳統孔的種類(lèi)除導通與否簡(jiǎn)單的區分外,以功能的不同尚可分:零件孔,工具孔,通孔(Via),盲孔(Blind hole),埋孔(Buried hole)(后二者亦為via hole的一種)。在我的上期文章中說(shuō)到我們的常規的鉆孔，是通過(guò)鉆孔機械加工出來(lái)的。在實(shí)際加工中鉆孔之間的間距通常會(huì )影響鉆機的加工及成品的可靠性。
本文中孔到孔的間距，是鉆孔內壁到內壁的間距，不是鉆孔焊盤(pán)到焊盤(pán)的間距。此點(diǎn)一定要區分。下面是孔到孔的間距離示意圖。
那么孔到間距設計太近，有哪些危害，如果是相同網(wǎng)絡(luò )的孔間距過(guò)近，通常會(huì )產(chǎn)生破孔、鈹鋒等不 良情況，影響板子的外觀(guān)及裝配。如果是不同網(wǎng)絡(luò )的鉆孔間距不足，會(huì )產(chǎn)生破孔、鈹鋒、還有芯吸效應導致的短路等不 良情況。芯吸效應具體是怎么產(chǎn)生的呢？鉆孔在機械加工時(shí)，由于鉆孔的高速運轉和鉆頭對周?chē)宀漠a(chǎn)生的壓力，會(huì )導致板材內部的玻纖松動(dòng)，鉆孔動(dòng)作進(jìn)給速度過(guò)大，或鉆咀破損不夠鋒利以致拉松拉大玻纖紗束，或材料本身纖維束有缺口，過(guò)于疏松。加工中，過(guò)度除鉆污會(huì )使玻纖紗束的樹(shù)脂被溶掉，那么在后工序沉銅電鍍工序就會(huì )有藥水順著(zhù)松動(dòng)區域進(jìn)行滲透，造成短路的產(chǎn)生。IPC-A-600G里面對于芯吸是有這樣規定的：對于芯吸作用(B)沒(méi)有減少導線(xiàn)間距使之小于采購文件規定的*小值 ，芯吸作用(A)沒(méi)有超過(guò)80mm[3.150min。鉆孔之間也同樣適用。
還有一種不 良就是鉆孔設計時(shí)間距過(guò)近會(huì )產(chǎn)生一個(gè)CAF效應。什么是CAF效應呢？
CAF，也叫離子遷移，全稱(chēng)為導電性陽(yáng)極絲(CAF：Conductive Anodic Filamentation)，指的是PCB內部銅離子從陽(yáng)極（高電壓）沿著(zhù)玻纖絲間的微裂通道，向陰極（低電壓）遷移過(guò)程中發(fā)生的銅與銅鹽的漏電行為。當PCB/PCBA在高溫高濕的環(huán)境下帶電工作時(shí)，兩絕緣導體間可能會(huì )產(chǎn)生嚴重的沿著(zhù)樹(shù)脂或玻纖界面生長(cháng)的CAF，此現象將*終導致絕緣不 良，甚至短路失效。 它通常發(fā)生在過(guò)孔與過(guò)孔之間、過(guò)孔與內外層導線(xiàn)之間、外層導線(xiàn)與導線(xiàn)之間，從而造成兩個(gè)相鄰的導體之間絕緣性能下降甚至造成短路，如下圖所示：
CAF形成的原因有以下幾點(diǎn)：
1.
常規FR4 P片是由玻璃絲編織成玻璃布，然后涂環(huán)氧樹(shù)脂半固化后制成；樹(shù)脂與玻纖之間的附著(zhù)力不足，或含浸時(shí)膠性不 良，兩者之間容易出現間隙；
2.
3.
鉆孔等機械加工過(guò)程中，由于切向拉力及縱向沖擊力的作用對樹(shù)脂的粘合力進(jìn)一步破壞，鉆孔太過(guò)粗糙，造成玻纖束被拉松或分離而出現間隙；
4.
5.
距離較近的兩孔若電勢不同，則正極部分銅離子在電壓驅動(dòng)下逐漸向負極遷移；高溫高濕的環(huán)境下，使得環(huán)氧樹(shù)脂與玻纖之間的附著(zhù)力出現劣化，并促成玻纖表面硅烷偶聯(lián)劑的化學(xué)水解，從而在環(huán)氧樹(shù)脂與玻纖的界面上形成沿著(zhù)玻纖增強材料形成CAF泄露的通路；
6.
通常PCB廠(chǎng)應根據自身制程能力及風(fēng)險承受能力制定CAF等級標準：
1.
A級—極度風(fēng)險（例如：孔間隙13mil及以下）
2.
3.
B級---高度風(fēng)險（例如：空間隙13-25mil）
4.
5.
C級---有風(fēng)險（例如：孔間隙25-33mil）
6.
關(guān)于CAF效應，網(wǎng)上有一個(gè)很盛傳很精典的案例，2008年10月位于福建沿海某度假村（酒店）購買(mǎi)了80臺智能電視機，并開(kāi)始試營(yíng)業(yè)。2009年5月正式開(kāi)業(yè)后，反饋有很多機器出現了聲音、遙控、存儲等不 良現象。
后來(lái)對出現問(wèn)題的故障主板進(jìn)行分析，其中兩塊聲音雜亂的故障板，經(jīng)查均為聲音濾波支路（1.5V）電容引腳對3.3V電源過(guò)孔漏電，漏電電阻測量為11K，電壓差只有1.5V，過(guò)孔間孔壁距離0.8mm。另外有一塊板發(fā)生插座引腳對地過(guò)孔漏電導致SDA電壓下降到1.5V（應為3.3V），兩者孔壁距離過(guò)近。具體位置見(jiàn)下面的示意圖：
根據現場(chǎng)情況分析和第三方檢測機構的檢測結果，出現問(wèn)題機器的酒店處于處在臨海的位置，具有高溫高濕的地理環(huán)境，水蒸氣中鹽份含量較高，且PCB 設計孔到孔時(shí)間距過(guò)近，導致出現不 良，判斷此次酒店機主要問(wèn)題為PCB板的CAF引起絕緣失效。有時(shí)候你的幸福感，就是看到別人的災難時(shí)產(chǎn)生的。通過(guò)案例學(xué)習，警醒自己。特別是現在電子行業(yè)的高速發(fā)展，如汽車(chē)和戶(hù)外機柜等產(chǎn)品，所使用的環(huán)境比較惡劣，高溫潮濕等，除了在PCB制造焊接時(shí)做其自身的防護外，我們在設計之初就要考慮各類(lèi)間距對CAF效應的影響。