为什么硬件的静态功耗慢慢变大了，有的功能也不正常了？

这两天帮一个朋友分析硬件问题，再一次遇到了神秘现象。

一款小型化的模块产品，在老化的过程中出现了一定数量的不良品，不良现象为无法通信，把主芯片更换一下会好，再换回来也没问题，初步定为为焊接不良。

然而，一次不小心，只是用风枪吹了一下模块，模块就神奇的回复正常了。

也许你也遇到过这样的情景，当你用风枪把模块吹正常后，使用了一段时间后，它又不正常了。

还有，你可能怀疑某两个引脚短路了，但无论正面反面，一番查找，也没有看到有什么黏连的地方，用万用表一测，滴的一声，待到你去看仪表屏幕时，它居然又是断开的了。

如果大家在工作中遇到这样的情况，请关注我，接下来我给大家解开这个谜题。

首先，上面的现象通常会发生在多层板，高密度板中，单面板往往很少出现这样的问题。其实，这是一个典型的 CAF 问题。CAF 是什么呢？

什么是 CAF？

CAF，全称为导电性阳极丝(CAF：Conductive Anodic Filamentation)， 指的是PCB内部铜离子从阳极（高电压）沿着玻纤丝间的微裂通道，向阴极（低电压）迁移过程中发生的铜与铜盐的漏电行为。

如下图片，对两个相邻的两个过孔进行纵向研磨，置于电子显微镜下放大100倍，板材呈黯淡颜色，亮金色部分则为铜，可以看到在两个过孔间，有铜点、铜丝存在。

这些铜丝非常细微，用X 光也看不到的，我们只能一层一层的研磨，然后使用显微镜来观察。

想象一下，如果你的两个相邻的过孔之间出现了一个细小的铜丝，你的电路板会发生什么情况？

如果是电源和地的过孔发生 CAF，那么你的板子的静态功耗就会变大了，能变多大取决于这根细铜丝有多粗了。

如果是两个通信引脚之间发生 CAF，那么你的通信质量将下降，神秘的现象就出现了。

为什么会出现 CAF？

我们知道，目前大部分的电子设备的基板选择的是 FR4，这种板材的中文名称更直接一些，叫玻纤板。

常规的玻纤板是由玻璃丝编制成的玻璃布，然后涂上环氧树脂半固化后制成的。如果你对这种结构没有认知，可以拉起衣服仔细看看，没错，就跟你的衣服一样，纵横交错的细线编制出来的结构。

树脂与玻纤之间的附着力不足或含浸时胶性不良，两者之间容易出现间隙，加之在钻孔等机械加工过程中，由于切向拉力及纵向冲击力的作用对树脂粘合力的进一步破坏，可能造成玻纤束被拉松或分离而出现间隙。

在高温高湿的环境下，环氧树脂与玻纤之间的附着力更加出现劣化，并促成玻纤表面硅烷偶联剂化学水解，沿着玻纤增强材料形成可供电子迁移的通路；

通俗来讲，你可以想象成盖楼房时，我们已经把钢筋骨架绑好了，现在要浇灌水泥了，浇灌的过程中存在不均匀，水泥不均匀固化不一致，挨着钢筋的地方缩水了，没有和钢筋紧密的贴合，留了一个缝隙。又或者，房子盖好了，你要在墙壁上打一个洞，钻孔的时候不小心钻到了钢筋上面，由于挤压震动，原本钢筋水泥结合完美的地方，硬生生的被你震动出一条缝隙来。

所以，在我们的 PCB 板中来看，就是环氧树脂和玻璃纤维之间出现了一条缝隙。

如上图，黄色部分的两条竖井就是我们 PCB 上面的过孔，指示的玻纤部分就是横向的玻璃纤维，纵向的在上面图中应该是一些圆点，没有画出来。

那么如果出现 CAF 现象，那会是怎么样的呢？

可以想象，沿着玻纤的轨迹，在两个过孔之间就形成了一条通道，铜离子或者同氧化物就会沿着这条通道迁移，两边同时迁移，最终在中间的某一个位置相遇相知相交，你的板子就此形成了短路。

由于导电材质的电阻热效应，如果我们试图去测量它的时候，电流产生的热量又会熔断这条相交的细丝，以至于出现开头我讲到的，用万用表测量一下就开路了。如果我们试图去复现一下，有适合也是很困难，比如我们上电调试一下，一不小心，小细丝就被熔断了，故障现象消失。

哪些条件会触发 CAF 发生

首先，我们必须有一个通道，沿着玻纤的一条裂缝，这一点的产生，我们在上面已经讲过了。其次，我们需要在这条裂缝的两端施加偏压，让它形成一个电势差，这样才能给铜离子的移动提供动力。再次，铜离子迁移过程中需要再次通过化学反应变成铜，附着在玻璃纤维上形成铜膜，这就需要水或者其他可以支持反应的溶剂。最后，我们还需要有铜的存在，不然就没有铜离子了。当然我们就那一块没有覆铜的玻璃纤维板，它也不会自己发生 CAF。知道了以上四个触发 CAF 的必要条件后，要想阻止 CAF 发生，我们只需要阻断其中一个就可以了。

CAF 出现的位置有哪些？

CAF 最容易出现的地方就是过孔与过孔之间，因为钻孔的周围更容易出现裂缝，再加上高密度板对空间的要求，我们设计的时候往往会将两个过孔挤到一起，于是 CAF 变产生了。

如果是多层板，要小心相邻的内电层是否有可能出现 CAF 的情况，因为内电层的压层比较近，更容易导致通道的产生。

另外，表层的线路如果离得非常近的话，也会产生 CAF 现象，这是表现为两条线之间的玻璃纤维上产生铜膜。

如何避免 CAF 的发生。

首先，我们可以想办法避免通道的产生，比如选用质地更好的板材，结实点的，不吸水的，可以选择 Tg 值高的。一般的板厂是可以选择抗 CAF 板材的。另外对于板厂的工艺也需要关注，比如钻孔的工艺，就像我们在墙上打孔一样，看手艺，大厂的设备好，工艺规范肯定一致性好，手工打孔肯定不行。其次，裂缝两端的偏压也可以做一定的处理，当然完全避免偏压肯定没有意义，毕竟我们的是电路板，不是水泥墙，我们需要电压来使得我们的板子运行起来。但是我们可以避免过高的偏压，这也有涉及到了我们在 Layout 时的一些注意事项，要尽量让高低压型号分开，一方面是避免高压信号影响小信号，产生串扰，另一方面也是防止过高的偏压产生 CAF。第三，避免板子工作在有水的环境，哈哈，有点强词夺理，不过我们可以对 PCB 板进行三防涂覆，或者使用外壳来做到防水防潮，不过，一般情况下，我们很难做到完全的防潮。并且，除了高温高湿的环境，我们的板子上面还有很多助焊剂，也会在加工过程中渗透到玻纤板中。第四，没有铜好像不行，这条先过。还有一些其他的方式，在设计方面我们可以做以下几点：

1. 降低过孔的密度。 毕竟这条通道裂缝的产生不会无限制的长，往往只是一小段，尤其是过孔周围的一掉小段，只要我们拉开两个过孔，或者过孔与内层布线的距离，就可以大概率的避免这个通道的出现。
   如果有很多个引脚扇出孔，为了让过孔间距更远，那么应该交错的排列所有过孔。