CFF是一个金属电化学迁移过程（如所示）。像所有 其它迁移现象一样，它是在施加电场的作用下，金属穿过或 越过非金属介质（通常是以离子形式）的过程。CFF可以定 义为：与绝缘物质接触的金属，在电压势的作用下，以离子 形式从其初始位置迁移，并沉积到另一位置的过程。

目前，业界90％以上的电子产品所用的互连基板材料是 多层有机层压材料（普通FR-4占到树脂材料的85％）。当 CFF出现时，基板上的两个有电压差的导体之间的绝缘电阻 会下降 [1-6，8-10]。影响CFF的主要因素包括温度、相对 湿度、电压差和其它环境条件和物理因素。

CFF可以分为两步：树脂/玻璃纤维之间连接强度下降， 而后发生电化学反应。连接强度下降为电化学反应提供了电 沉积所需的通道。这一通道主要由玻璃纤维处理不当、硅烷 玻璃纤维表面水解和机械应力导致。一旦形成通道，在树脂/ 玻璃纤维界面处，就发生会水吸附、吸收及毛细现象，形成 水介质通道。如果存在空心纤维，那CFF就不需要{dy}个步 骤——形成通道，它本身就构成了CCF生成的通道。PWB内 的通道可以看作是一个电化学反应池，在反应池中金属导体 是电极，PWB内导体之间的电压差就是驱动电势。

在PWB内部如果发生了CFF失效，经常会容易被误判 为“失效未明”。在CALCE的失效分析室已经发现过许多电 子组件失效模式是{yj}性或间歇性的PWB短路，这些被客户 退回的失效电路板中的大多数，只有在相对湿度较高的条件 下才会复现，这是因为水气是形成电迁移通道的必要条件。 CFF在应用过程中是很难被发现的，因为一旦形成，就会产 生足够的热“气化”导电细丝并使故障现象消失，此外，需 要进行破坏性分析才能观察到CFF。

空心纤维评估

电子产业的层压材料制造分为四个基本步骤： 将原材料 转换成熔融玻璃、纤维拉丝、织物编织和树脂涂覆。E-玻璃的原材料是整批放在熔炉中处理，熔融温度超过2500F，当 熔融混合物形成同质后，就将其流入前炉，通过一个套管喷 嘴进行滴落。在喷嘴中，每滴熔液在被拉伸的同时冷却形成 玻璃纤维。如果熔融的玻璃中含有一定量的杂质，在套管中 拉伸时就可能会形成气泡，除非这些气泡非常大，否则不会 造成纤维断丝，这样气泡最终就会在玻璃纤维中形成毛细管 [13]。

为了检测层压材料（里面有编织好的玻璃纤维）中 的空心纤维情况，需要将层压材料沿着斜纹布方向切成 10×10cm的测试样本。10×10cm尺寸的样本便于操作、样 本制备及在光学显微镜下观察。因为空心纤维通常贯穿整个 层压材料的长度方向，所以沿着斜纹布方向可以保证每个空 心纤维只看到一次。

样本制备好以后，将其放在炉中（温度为538℃，即 1000F）约一个小时，以去除树脂并暴露出玻璃纤维束阵 列。通过计算每英寸织物的纤维束数量可以识别纤维式样、 翘曲方向（机器方向）和经纬纺纱。

下一步将测试样本，首先对每个边浸蜡，以防止发生 灯芯效应（液体流入空心纤维的毛细现象）。然后将样本 放在折射油中一整夜后，将光照射到样本上，光遇到空心 纤维（空气）之前能够自由传播。在玻璃/空气界面处，由于折射率的变化会使光产生部分反射 （如所示）， 剩下未反射的光会继续传播，直到它又遇到空气/玻璃界 面，此时又会产生部分反射。以此方式尽管可以用肉眼 观察到空心纤维，但识别它们{zh0}还是用带照相功能的 显微镜（如所示）。和5就是空心纤维的显微图。

在CALCE失效分析室，在10×10cm多层玻璃纤维织物 上，观察到的空心纤维数量是0～300多个。所以对于某些层 压材料来说，CCF发生的概率还是很高的（多层板可能会用 15层以上的织物层）。如是两个电镀通孔（PTH）之间的 空心纤维发生CFF失效的案例。

防止CFF的方法

CFF的预防要从原材料供应商开始，同时对供应链和制 造工艺进行控制。OEM进行的筛选，只能保证他们接收到 的空心纤维含量比例与供应商承诺的规格一样低，而空心纤 维含量在这个阶段并不会减少，空心纤维含量超标的批次只 能报废处理。预防措施包括优化玻璃纤维表面处理，减少树 脂中的离子污染，优化铜表面处理工艺，同时优化设计和布 局。

根据 CALCE EPSC 的建议，空心纤维评估现在已经成 为一个标准筛选方法（可确定空心纤维富集程度），这样 PWB制造商和CM就可以对供应商进行认证，对于空心纤维 富集超标的批次就可以做报废处理。层压材料制造商使用的 CALCE的筛选其规格是在10×10cm范围内少于1个空心纤 维。

根据Pecht等人的计算[1]，这一指引规格将使CCF概率 降低到1％以下。世界{zd0}的玻璃纤维制造商之一，Nanya Plastics在CALCE EPSC的帮助下，修订了他们的玻璃制造工 艺，其空心纤维富集程度得以大大降低。另外，Sanmina也 要求其层压材料供应商在来料规格中增加空心纤维评估的项 目，Sanmina所使用的规格与CALCE一样，都是10×10cm少 于1个空心纤维。

IBM为了解决CFF问题，从1980年开始就制造“无空心 纤维层压材料”，虽然IBM不制造玻璃纤维，但它的玻璃纤 维供应商——Clark-Schwebel 开发了这样的工艺，以实现 很低的空心纤维含量。然而，IBM认为他们的无空心纤维不 并不是真正的无空心。在测试中，笔者发现IBM所用玻璃纤 维的确比其它大多数测试玻璃纤维的情况要好，但做不到无 空心。

笔者认为，IBM的无空心纤维规格是每1000平方英寸 (31.6×31.6英寸或80.3 ×80.3cm) 小于4个空心纤维。这比 CALCE规格要高一倍。对于同样的10×10cm面积，IBM允 许0个空心纤维，CALCE允许1个。

总结

含有空心纤维的层压材料会对电子系统的可靠性造成 隐患，因为它为CFF提供了一个便利通道。要解决空心纤维 问题，xxx的方法就是改进制造工艺及加强工艺控制。显 然，有些玻璃纤维制造商已经解决了该问题，方法是控制熔 融玻璃中的杂质含量或气泡产生，这样就不会形成毛细管。

参考文献

1. M. Pecht, C. Hillman, K. Rogers and D. Jennings, Conductive Filament Formation: A Potential Reliability Issue in Laminated Printed Circuit Cards with Hollow Fibers, IEEE/ CPMT, Vol. 22. No. 1, pp. 80-84, January 1999.

2. K. Rogers, C. Hillman, M. Pecht and S. Nachbor, Conductive Filament Formation Failure in a Printed Circuit Board, Circuit World, Vol. 25 （3）, pp. 6-8, 1999.

3. K. Rogers, P. V. D. Driessche, C. Hillman and M. Pecht, Do You Know That Your Laminates May Contain Hollow Fibers? Printed Circuit Fabrication, Vol. 22. No. 4, pp. 34-38, April 1999.

4. Anand A. Shukla, Terrance J. Dishongh, Michael Pecht, and David Jennings, Hollow Fibers in Woven Laminates, Printed Circuit Fabrication, Vol. 20, No. 1 pp. 30-32, January 1997.

5. A. Shukla, M. Pecht, J. Jordan, K. Rogers and D. Jennings, Hollow Fibres in PCB, MCM-L and PBGA Laminates May Induce Reliability Degradation, Circuit World, Vol.23 No.2, pp. 5-6, 1997.

6. Balu S. Rudra and Michael Pecht, Assessing Time-to-Failure Due Conductive Filament Formation in Multi-Layer Laminates, IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Techniques, Part B, Vol. 17, No. 3, pp. 269-276, August 1994.

7. Keith Rogers, Andre Fowler and Michael Pecht, Characterization of a Non-Woven Randomly Dispersed Short Fiber Laminate, Circuit World, 24/3, pp. 34-37, 1998.

8. M. Li, M. Pecht and L. Wang, The Physics of Conductive Filament Formation in MCM-L Substrates, Proceedings of the INTERpack’95, Lahaina, Maui, HI, pp. 517-527, March 26-30, 1995.

9. B. Rudra and D. Jennings, Tutorial: Failure-Mechanism Models for Conductive-Filament Formation, IEEE Transactions on Reliability, Vol. 43, No. 3, pp. 354-360, September, 1994.

10. M. Pecht, B. Wu and D. Jennings, Conductive Filament Formation in Printed Wiring Boards, 13th IEEE Intern. Electronics Manuf. Techn. Symp., pp. 74-79, 1992.

11. Simeon J. Krumbein, Metallic Electromigration Phenomena, IEEE Trans. Components, Hybrids. Manufacturing. Technology, vol. CHMT-11, pp. 5 – 15, March 1988.

12. Welsher, T.L., Mitchell, J.P. and Lando, D.J., CAF in Composite Printed-Circuit Substrates: Characterization, Modeling and A Resistant Material, Intemational Reliability Physics Symposium, 1980, p.235

13. K.L. Loewenstein, The Manufacturing Technology of Continuous Glass Fibres, 2nd Edition, Vol. 6, Amsterdam, Elsevier Science Publishers, 1983.

14. J. P. Mitchell and T. L. Weisher, Conductive Anodic Filament Growth in Printed Circuit Materials, Proceedings of the Printed Circuit World Convention II, pp. 80, 1981.

15. D. J. Lando, J. P. Mitchell and T. L. Weisher, Conductive Anodic Filaments in Reinforced Polymeric Dielectrics: Formation and Prevention, International Reliability Physics Symposium, pp. 51, 1979