CAF failure control: from hole-wall spacing to biased humidity testing
Leakage in high-voltage, high-humidity applications usually comes from conductive anodic filament growth rather than dielectric breakdown. The article grades hole-wall clearance, covers dielectric and glass-direction control, and gives CAF test conditions with an acceptance checklist.
結論先行：48V 以上的高壓與高溼熱場景裡，讓板子"上線三年後突然漏電"的，多數不是擊穿，而是 CAF（導電陽極絲，Conductive Anodic Filament）。它不在出貨測試發生，而在偏壓 + 溼氣 + 離子通道三者同時具備的若干千小時之後。決定壽命的不是成品外觀，而是孔壁間距、介質吸溼量與玻纖/樹脂介面質量——這三件事在設計階段就已被定死。
一、三要素：缺一個都不會長
銅在陽極側被電化學溶解成離子、沿介質內部遷移，在陰極側還原成枝晶，把兩個本該絕緣的網路連通。觸發條件可列舉：
- 偏壓：相鄰導體間持續存在直流電位差。工作電壓超過 48V 後風險顯著抬升，300V 以上屬高危區間。
- 溼氣：介質吸溼後離子電導率上升。長期處於 85%RH 以上或有凝露工況，風險成倍放大。
- 離子通道：主通道是玻纖紗與樹脂的介面；其次是孔壁鑽汙、玻纖凸出、除膠不足與阻焊殘留帶來的可溶離子。
這也解釋了為何 CAF 多沿孔到孔方向發生：鑽孔切斷玻纖束，把介面缺陷暴露在孔壁上，孔間紗束成為最快的遷移路徑。
二、設計端四個可量化控制點
1. 孔壁淨間距（最有效也最廉價）
按工作電壓分檔：<48V 建議 ≥0.3 mm；48~300V ≥0.4~0.5 mm；300~1000V ≥0.8~1.0 mm。注意算的是孔壁淨間距而非孔中心距——孔徑 0.3 mm 的兩孔，中心距 0.9 mm 時淨間距只有 0.6 mm，不少評審就在這半步上失守。
2. 介質厚度與爬電距離
介質厚度決定豎直方向路徑長度，高壓區不建議壓到 0.1 mm 以下。注意區分電氣間隙與爬電距離，按 IEC 60664-1 的汙染等級與材料組別取值；FR-4 的 CTI 多落在材料組 IIIa，空間緊張時在兩網路之間銑槽，效果常優於單純加間距。
3. 玻纖方向
沿紗線方向的遷移速率明顯高於垂直方向。高壓區可用扁平化/開纖布，或讓相鄰導體走向與布紋成約 15° 斜交，切斷連續紗束通道——幾乎不增加成本，卻常是試驗透過與否的分水嶺。
4. 材料等級
高溼熱高壓產品優先選 Tg ≥ 170 °C、吸水率更低的基材，且應在疊構評審時就定下。等 CAF 失敗再換料，意味著重新壓合驗證與重做試驗，週期成本遠高於當初的料價差。
三、製造端五個必守動作
- 除膠渣寧淺勿深：既清掉孔壁鑽汙，也不能把玻璃紗"啃"出凸起——凸起本身就是新的介面缺陷。
- 孔壁銅厚：按 IPC-6012 高可靠口徑，平均孔銅 ≥25 μm、最小 ≥20 μm，以金相切片最低定點判定，不取平均值。
- 離子汙染度：建議把成品清潔度壓到 ≤1.56 μg NaCl 當量/cm²。
- 固化度：壓合與阻焊兩道固化都按 DSC 複核，未固化完全的樹脂會持續釋放活性物質。
- 全流程防汙染：鑽孔粉塵、手套汗漬鹽分、包裝紙箱的含滷助劑都是可溶離子來源。
四、驗收：把 CAF 寫進規格書
CAF 是"時間函式"，一次耐壓測試測不出來。可執行的組合是：
- CAF 試驗：按 IPC-TM-650 2.6.25，85 °C / 85%RH、100 V DC 偏置，取 500 h 與 1000 h 兩個節點讀絕緣電阻，判定閾值通常取 ≥10⁸ Ω；試片須覆蓋最密孔陣列與最小間距結構。
- 溼熱偏置後切片：看孔壁枝晶與沿紗線腐蝕痕跡，比只看電阻值更能定位根因。
- 絕緣與熱迴圈：絕緣測試按工作電壓取值（常見做法為 2×工作電壓 + 1000 V）；再疊加 −40 ~ 125 °C 迴圈 500~1000 次後複測絕緣。
五、五條落地建議
- 疊構階段就標註高壓網路清單與工作電壓，讓間距規則可自動檢查，而不是靠肉眼數格。
- 把孔壁淨間距作為 DRC 顯式項，孔徑變化時同步校驗。
- 優先用銑槽、開纖布、斜交佈線三個低成本手段換裕量。
- 規格書寫明 CAF 條件與閾值、離子汙染度上限、孔銅最低值，避免供應商按消費級口徑交付工業級產品。
- 詢價時同步給出工作電壓、長期溼度環境、目標壽命，並在樣品階段就做一次 CAF——它需 500~1000 h，排期必須前置。
高壓高溼場景的可靠度，本質是"在設計階段把時間買回來"。深圳市靈馨科技有限公司面向 AI 算力方向的高階板產線，層數覆蓋 1–44 層、成品銅厚最高 13oz（外層基銅最高 18oz）、最大加工尺寸 610×1100 mm，金屬基板介電層導熱係數 2–12 W/m·K，交期最快 24-48 小時，實際視產品複雜程度而定。高壓與高溼熱類產品建議在詢價階段一併給出工作電壓與 CAF 驗收要求，便於一次鎖定材料與製程方案。
寄送 Gerber 與疊構要求，24 小時急件打樣通道可用。