在層間高電壓CAF（Conductive Anodic Filament，導(dǎo)電陽極絲）風(fēng)險(xiǎn)評估中，很多團(tuán)隊(duì)更關(guān)注材料與工藝，卻容易忽略圖形設(shè)計(jì)對局部電場分布的影響。我們在上一篇中提到“線路拐角設(shè)計(jì)變化會(huì)影響高壓測試結(jié)果”，其核心機(jī)理正是電場梯度增強(qiáng)效應(yīng)。本期結(jié)合三組典型失效案例（雙85，1000V），用數(shù)據(jù)進(jìn)一步驗(yàn)證：有效導(dǎo)體Overlap越長，失效往往來得越早。

先理解一個(gè)關(guān)鍵概念：什么是“電場梯度”？

用以下示意圖先來簡單解釋下“電場梯度”：

●不均勻的介電結(jié)構(gòu)

上圖中描繪了PCB的橫截面。藍(lán)色的“玻璃纖維布”與綠色的“環(huán)氧樹脂”構(gòu)成了復(fù)合介質(zhì)。由于它們的介電常數(shù)不同（玻璃6.0，樹脂3.2），電場線穿過時(shí)會(huì)分布不均，更傾向于集中在介電常數(shù)更高的玻璃纖維區(qū)域。

●導(dǎo)體形狀突變

圖中位于頂部的“銅”導(dǎo)體有一個(gè)尖角，這是電場增強(qiáng)的關(guān)鍵誘因。這種尖角會(huì)導(dǎo)致電荷聚集，從而大幅增強(qiáng)其附近的電場強(qiáng)度。

●關(guān)鍵界面區(qū)域

圖中標(biāo)注了兩處電場增加最嚴(yán)重的位置。一處是空氣與介質(zhì)基板的交界面，另一處是玻璃纖維與樹脂的交界面。這兩處都是材料特性發(fā)生突變的薄弱點(diǎn)。

數(shù)據(jù)圖含義

紅色代表高電場強(qiáng)度，藍(lán)色代表低電場強(qiáng)度，圖中顏色變化形象地反映了從銅導(dǎo)體的尖角向外，電場強(qiáng)度迅速衰減的分布。

現(xiàn)象：失效高度集中在“線路邊緣”

目前PCB層間高壓測試典型的圖形設(shè)計(jì)及失效模式有以下3種，不管哪種圖形設(shè)計(jì)，失效點(diǎn)都發(fā)生在線路邊緣位置：

用三組案例把關(guān)系“量化”

接下來我們結(jié)合3個(gè)典型的層間高壓測試失效案例（雙85, 1000V），并采用以下分析方法來進(jìn)一步驗(yàn)證圖形設(shè)計(jì)的影響。

●方法（1）

計(jì)算所有層間有效導(dǎo)體(即重合部分)的周長，即overlap length

●方法（2）

根據(jù)測試樣品的失效時(shí)間點(diǎn)，使用Weibull分析出LCI值（80%的置信區(qū)間，LCI下限5%）

案例-1（點(diǎn)擊查看大圖）

案例-2（點(diǎn)擊查看大圖）

案例-3（點(diǎn)擊查看大圖）

左右滑動(dòng)查看更多案例

通過將上述數(shù)據(jù)匯總可以清晰看到，當(dāng)有效導(dǎo)體的長度（overlap）越長，LCI 值就越小，測試失效發(fā)生的時(shí)間就越早。

基于以上案例數(shù)據(jù)，由此可以推斷出：由于電場增強(qiáng)效應(yīng)，層間高壓測試的失效時(shí)間與圖形有效導(dǎo)體長度（Overlap）呈一定的反比關(guān)系；同時(shí)，線路拐角在高電壓測試中起著不可替代的作用。

希望上述研究能給PCB設(shè)計(jì)工程師帶來一些有價(jià)值的思考空間，也希望PCB產(chǎn)品從設(shè)計(jì)開始，到原材料選擇，再到PCB加工流程，每一步都能緊密配合起來，提升產(chǎn)品可靠性。