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Introduzione
La contaminazione ionica è un problema molto comune nei circuiti stampati che deve davvero essere affrontato. Può influire sulla qualità dei tuoi PCB ed è importante che tu comprenda questo problema in modo da sapere come prevenirlo.
Breve descrizione della contaminazione ionica
Si verifica quando nel cartone vengono introdotte impurità non metalliche durante il processo di fabbricazione. I colpevoli più comuni sono lo sporco e la polvere, che possono mescolarsi nella saldatura e lasciare particelle indesiderate.
Si tratta inoltre di un fenomeno che si verifica quando i sali rimangono in un circuito stampato dopo la saldatura. Ciò può causare corrosione, che a sua volta può danneggiare il circuito stampato e portare al guasto dei componenti elettronici.
È stato scoperto che la contaminazione ionica causa tutti i tipi di problemi, dalle connessioni improprie al surriscaldamento, ed è anche noto che riduce la durata della tua elettronica.
Contaminazione ionica
Come viene misurata la contaminazione ionica?
Uno ionografo è un dispositivo che misura la quantità di ioni presenti nell'aria. Lo ionografo è dotato di diversi sensori, ognuno sensibile a un diverso tipo di ione. Quando uno ione si avvicina a uno di questi sensori, genera una carica elettrica che viene inviata al sistema informatico , il quale registra i dati.
Lo ionografo viene collocato in una stanza pulita e quindi l'operatore esegue la scansione attraverso le diverse impostazioni del sensore finché non vede un aumento delle letture degli ioni. Questo viene fatto tenendo un pezzo di circuito stampato vicino a ciascun sensore in modo che possa essere scansionato per la contaminazione.
Una volta controllati tutti i sensori , se non si riscontrano segni di contaminazione su nessuno di essi, possiamo affermare con certezza che non sono presenti contaminanti. Qualora si riscontrassero indicazioni di presenza di contaminanti, adotteremo le misure necessarie per bonificare le aree interessate prima di procedere con il processo produttivo, al fine di evitare potenziali problemi in fase di assemblaggio o collaudo.
Perché questo è un problema nel tuo PCB?
La contaminazione ionica è un problema serio nel tuo PCB. Può causare:
Migrazione elettrochimica
Il processo inizia quando un contaminante ionico si deposita sulla superficie del circuito stampato. Quando una corrente elettrica attraversa questo deposito, si innesca una reazione chimica che crea nuovi ioni e genera un campo elettrico attorno al deposito, il quale attrae a sua volta altri ioni. Ciò provoca un accumulo di ioni attorno al deposito iniziale, che a sua volta genera un flusso di corrente tra i due punti di contatto.
Questo processo può causare la corrosione delle tracce di rame, che può causare cortocircuiti o altri problemi con i collegamenti elettrici all'interno del prodotto. In alcuni casi, può anche influire su altre parti del prodotto (come le batterie) provocandone la corrosione.
Migrazione elettrochimica
Crescita dendritica
La crescita dendritica si verifica quando gli ioni presenti nell'elettrolita (il liquido conduttore di elettricità) dello strato isolante del PCB si legano agli atomi di rame nelle piste di rame sulla scheda. Questo rappresenta un grave problema perché può portare alla corrosione, che a sua volta causa difetti e prestazioni scadenti.
Crescita dendritica
Corrosione
Gli ioni sono particelle cariche rilasciate dalla contaminazione ionica, e questi ioni corrodono le superfici metalliche circostanti . La corrosione provoca la disgregazione del metallo, che può portare a cortocircuiti e altri problemi con il circuito stampato.
Corrosione
Tecniche di misurazione
Può essere difficile individuare la fonte della contaminazione ionica, ma è importante farlo il prima possibile in modo da poter adottare misure per risolvere il problema e prevenire eventi futuri.
Esistono diversi modi per misurare la contaminazione ionica, tra cui:
Test di resistività dell'estratto solvente (ROSE).
Un metodo semplice e non distruttivo per rilevare la contaminazione ionica nei circuiti stampati. Il test prevede l'immersione del PCB in un solvente che dissolverà qualsiasi contaminante. Il contaminante, che di solito è un elettrolita, si dissolve nella soluzione solvente.
Il test ROSE misura la variazione di potenziale elettrico tra due elettrodi immersi in una soluzione. In questo caso, un elettrodo è collegato a terra e l'altro è collegato al PCB in prova. La corrente che scorre tra questi due punti varierà a seconda della quantità di una particolare sostanza disciolta nella soluzione di solvente che li circonda: se ce n'è più presente, ci saranno anche più ioni presenti; in caso contrario, ci saranno anche meno ioni presenti.
Test di resistività dell'estratto con solvente
Test di cromatografia ionica (IC).
L'analita viene disciolto in un opportuno solvente e introdotto nella colonna attraverso una siringa. Il solvente viene lasciato passare attraverso la colonna, che separa gli analiti in base al loro rapporto carica/massa. Un rilevatore di conducibilità rileva la presenza di ioni in base alla loro variazione di conducibilità nel tempo.
Il test IC è in grado di rilevare tutti i tipi di contaminazione ionica, inclusi ioni come cloruro, fluoruro, sodio, potassio, rame e cadmio. Il test IC può essere utilizzato anche per determinare se il circuito stampato è stato pulito eccessivamente o se su di esso sono ancora presenti tracce di solvente.
Prova di cromatografia ionica
Possibile causa di contaminazione ionica
Ci sono molti modi in cui può verificarsi la contaminazione ionica, ma qui ci sono alcuni dei più comuni:
Bordo nudo sporco
Questa è tipicamente la causa della contaminazione ionica nei circuiti stampati. Questo perché la tavola nuda non ha rivestimento e la superficie è esposta all'ambiente. Lo sporco e la polvere possono facilmente rimanere intrappolati sotto le tracce di rame e i pad sul PCB, causando un cortocircuito quando l'elettricità li attraversa.
Umidità nel PCB
Questa contaminazione può causare una serie di problemi tra cui corrosione, prestazioni elettriche ridotte e persino guasti completi. La causa più comune di contaminazione ionica è l'umidità nel PCB. Questo può verificarsi quando c'è una tenuta che perde o altre aperture sul PCB che consentono all'acqua di entrare attraverso mezzi fisici.
Residuo di flusso
Questa è anche una causa comune di contaminazione ionica nei circuiti stampati. Il flusso viene applicato alla scheda durante la produzione per aiutare la saldatura a fluire e formare connessioni tra i diversi strati della scheda. Dopo che la scheda è stata prodotta, qualsiasi residuo di fondente residuo può trasformarsi in contaminazione ionica.
Prodotti chimici per incisione
La contaminazione ionica può derivare dall'uso di sostanze chimiche per l'incisione che contengono ioni metallici. Gli ioni metallici possono incorporarsi nella superficie del circuito stampato, creando un percorso conduttivo tra due punti della scheda. Questo accade perché la sostanza chimica per l'incisione reagisce con il rame presente nel circuito stampato, provocandone l'ionizzazione. Gli ioni possono quindi causare fluttuazioni elettriche e cortocircuiti.
Residui di perforazione e placcatura
Una possibile causa di contaminazione ionica nei circuiti stampati è rappresentata dai residui di foratura e placcatura. Ciò può verificarsi quando i fori vengono praticati nella scheda , ma non vengono puliti a fondo prima della placcatura . Di conseguenza, il foro si ricopre di uno strato di particelle metalliche che, se non rimosse durante la pulizia, possono causare corrosione.
Pulizia impropria della superficie del PCB
Una pulizia inadeguata della superficie del PCB è una delle cause più comuni. Prima della saldatura, le superfici in rame devono essere pulite accuratamente per rimuovere eventuali contaminanti che potrebbero provocare reazioni indesiderate tra i componenti durante il processo di saldatura.
Se hai utilizzato tecniche di pulizia della superficie PCB inadeguate, la tua scheda potrebbe essere entrata in contatto con impurità dei tuoi detergenti o persino altri contaminanti sul tuo banco di lavoro, e questo potrebbe causare una reazione durante l'assemblaggio che porta alla corrosione o addirittura al fallimento.
Processi per eliminare la contaminazione ionica nel PCB
L'eliminazione della contaminazione ionica dai circuiti stampati è un passaggio necessario per garantire la qualità del prodotto finale. Ecco alcuni modi per farlo.
Sgrassatore a fase vapore
Questi sono usati per rimuovere oli e grassi dai PCB. Il processo prevede l'uso di sostanze chimiche caustiche che vengono vaporizzate ad alte temperature. Il vapore risultante viene quindi fatto passare sui PCB, il che provoca la rimozione del grasso.
Sgrassatore a fase vapore
Pulizia acquosa
Si tratta di un processo che utilizza acqua e sostanze chimiche per rimuovere i contaminanti dai circuiti stampati. È una buona opzione se si desidera evitare l'uso di sostanze chimiche aggressive o solventi. Può essere utilizzato sia per processi di incisione a secco che a umido , ma non è efficace quanto altri processi nella rimozione di alcuni tipi di contaminazione.
Pulizia acquosa
Pulizia semi-acquosa
Questo processo viene utilizzato per rimuovere la contaminazione ionica sulla superficie di un PCB. Viene spesso utilizzato insieme ad altri processi, come la pulizia a secco oa umido, per garantire la rimozione di tutti i possibili contaminanti. Questo processo prevede l'immersione del PCB in una soluzione che rimuove i contaminanti chimici e fisici dalle tracce e dai pad di rame.
Pulizia semi-acquosa
Vacuum Cleaning
Un processo che utilizza una camera a vuoto per rimuovere i contaminanti dalla superficie di un PCB. Il processo viene eseguito posizionando il PCB all'interno della camera a vuoto, che viene quindi sigillata ed evacuata. Successivamente, la camera viene riempita con un gas inerte come azoto o argon, che impedirà qualsiasi ulteriore ossidazione della superficie del PCB e fornirà protezione contro le particelle esterne presenti nell'aria.
Vacuum Cleaning
Vantaggi dei test di contaminazione ionica
Senza i test di contaminazione ionica, potresti ritrovarti con un prodotto che non funziona o, peggio ancora, un rischio di incendio.
Ecco alcuni dei principali vantaggi dei test di contaminazione ionica nel tuo PCB:
Evita il guasto del prodotto identificando la possibile causa
I test di contaminazione ionica possono aiutare a garantire che la scheda sia priva di materiali dannosi che potrebbero causare cortocircuiti, guasti elettrici e altri problemi che potrebbero portare alla rottura del prodotto.
I test per la contaminazione possono anche aiutarti a identificare la fonte del problema prima che diventi un problema più grande.
Evitare il degrado o il malfunzionamento del prodotto
I test di contaminazione ionica sono una parte vitale del processo di produzione dei PCB. Aiuta i produttori a evitare il degrado o il malfunzionamento del prodotto identificando le scariche elettrostatiche (ESD), che possono causare problemi con le prestazioni del PCB.
I test di contaminazione ionica possono aiutarti a rilevare l'ESD prima che causi problemi. I test di contaminazione ionica controllano gli ioni che si sono accumulati nei PCB durante i processi di produzione o spedizione. Questi ioni possono causare corrosione sui circuiti stampati e portare alla corrosione sotto gli strati di vernice. Questo alla fine si tradurrà in scolorimento e altri problemi con il tuo dispositivo.
Rilevamento della fonte di contaminazione ionica nel processo
Il vantaggio più significativo dei test di contaminazione ionica è la capacità di rilevare la fonte di contaminazione nel processo PCB. La contaminazione ionica può essere un problema costoso, ma ci sono modi per fermarlo prima che diventi un grosso problema.
Un modo per scoprire se si dispone di contaminazione ionica nel processo PCB è utilizzare il test di contaminazione ionica. Questo tipo di test ti consentirà di determinare da dove proviene la contaminazione ionica.
Pulizia Procedure di Conformità
La pulizia è il fattore più importante per garantire che i PCB siano privi di contaminanti. È importante testare i PCB per assicurarsi che soddisfino tutti i requisiti di pulizia. Ciò garantisce il rispetto di tutti gli standard e le normative del settore.
Standard IPC per la contaminazione ionica
L' IPC ha definito uno standard per la contaminazione ionica dei circuiti stampati (PCB). Questo standard serve a garantire che i PCB siano privi di ioni, che possono causare cortocircuiti e altri problemi.
Lo standard specifica anche come testare i tuoi PCB per assicurarti che siano sicuri per l'uso. Il test prevede il posizionamento di un misuratore di contaminazione ionica sulla superficie della scheda e la misurazione della sua conduttività nel tempo. Il livello di conduttività minimo richiesto si basa sulle dimensioni della scheda e sul suo design:
– Per schede non assemblate: Lunghezza x Larghezza x 2 = Area superficie scheda non popolata
– Per i pannelli assemblati: Lunghezza x Larghezza x 2 + fino al 50% = Area della superficie del pannello assemblato
Conclusione
Tutto sommato, la contaminazione ionica è qualcosa che può essere prevenuta abbastanza facilmente. Il modo migliore per prevenirlo è sviluppare prodotti chimici e materiali nuovi e di origine sostenibile. Questa conoscenza della contaminazione ionica può aiutare i progettisti nel processo di produzione.
