Prévenir les défaillances PCB : Guide des tests de contamination ionique

Contamination ionique PCB

Environ 15 % des défaillances PCBA surviennent en raison de la contamination. La contamination ionique peut causer de multiples problèmes qui mènent à des PCB défectueux. Tester le circuit nu pour la contamination ionique avant de terminer l'assemblage réduit le risque de défauts causés par les contaminants. Ce guide décrira la contamination ionique, les problèmes qu'elle cause et comment les fabricants effectuent les tests de contamination ionique.

Qu'est-ce que la contamination ionique dans les PCB ?

La contamination ionique se produit quand des résidus ioniques qui interfèrent avec la fiabilité et la fonctionnalité restent sur un PCB complet. Un résidu ionique contient des atomes ou molécules qui deviennent conducteurs quand ils sont en solution. L'exposition à l'humidité fait dissocier les résidus ioniques en éléments chargés négativement ou positivement, changeant la conductivité globale de la solution.

Un PCB peut aussi avoir une contamination non ionique, qui implique des résidus non ioniques. Les résidus non ioniques n'ont pas de propriétés conductrices, ils peuvent donc généralement rester sur le PCB après la production et l'assemblage. Par conséquent, la plupart des fabricants se concentrent sur la contamination ionique lors de l'examen de la propreté d'un circuit. Les résidus ioniques qui affectent les composants PCB pendant la production incluent :

• Sels
• Acides inorganiques et organiques
• Éthanolamines
• Transpiration
• Activateurs de flux
• Chimies de placage

La contamination ionique a deux sources courantes :

• Manque de propreté du circuit nu : De nombreux contaminants ioniques viennent du circuit lui-même. Le processus de fabrication du circuit, ainsi que l'exposition environnementale, peuvent laisser des résidus tels que des résidus particulaires, huiles, sels et poussière. Avant d'ajouter des composants à un circuit nu, les fabricants doivent s'assurer qu'aucun contaminant n'est resté des étapes précédentes du processus de production.
• Utilisation de chimie agressive : Le liquide de gravure de cuivre, la chimie de soudure hydrosoluble et d'autres types de chimie agressive peuvent laisser des résidus qui changent la conductivité du circuit quand ils ne sont pas nettoyés correctement.

Quels problèmes les résidus ioniques causent-ils ?

Quand les fabricants échouent à éliminer les résidus ioniques en excès, les problèmes suivants peuvent survenir :

• Corrosion : La plupart des PCB corroderont éventuellement en raison de leurs matériaux métalliques. Cependant, la contamination ionique peut résulter en un temps beaucoup plus court avant la corrosion comparé à la durée de vie prévue du PCB. La corrosion fait référence au processus d'oxygène se liant au métal et créant de la rouille. Quand l'humidité entre en contact avec le résidu ionique, le risque de court-circuit augmente. Le métal qui corrode s'écaille, perdant les propriétés chimiques nécessaires pour que le PCB fonctionne correctement.
• Croissance dendritique : Pendant la croissance dendritique, des filaments de métal conducteurs, ou dendrites, se développent sur un PCB à travers une solution électrolytique influencée par un biais de tension CC. Les dendrites peuvent apparaître rapidement quand les pores dans un masque de soudure retiennent du flux ou un autre résidu ionique. Quand les dendrites entrent en contact les unes avec les autres, des défauts tels que court-circuit et fonctionnement intermittent peuvent survenir.
• Migration électrochimique : La migration électrochimique implique aussi des dendrites, mais spécifiquement quand elles se développent à travers un matériau diélectrique. Puisque les dendrites se forment à partir d'ions conducteurs, elles peuvent diriger les courants différemment de la conception prévue du PCB. La croissance dendritique cause la migration électrochimique, qui crée des défaillances totales ou intermittentes. La croissance dendritique et la migration électrochimique sont étroitement liées et ont tendance à se produire simultanément.

Mesures de propreté utilisées dans les tests de contamination ionique

Pour s'assurer que les résidus ioniques ne réduisent pas la durée de vie du PCB, de nombreux fabricants nettoient déjà le circuit dans le cadre du processus de fabrication. Les tests de contamination ionique permettent aux fabricants de déterminer s'ils utilisent des techniques de nettoyage suffisantes pendant la production. Les méthodes de test de propreté utilisées pour détecter la contamination ionique incluent :

• Test de résistivité dans les systèmes de nettoyage aqueux par lots : Les systèmes utilisés pour nettoyer les PCB proviennent souvent d'un outil de mesure de résistivité intégré. Bien que ces résultats ne puissent pas être utilisés pour répondre aux normes IPC, ils peuvent donner un aperçu de l'efficacité du système de nettoyage.
• Test de résistivité d'extrait de solvant (ROSE) : Le test ROSE détecte les ioniques en vrac qui peuvent mener à la contamination. Une unité de test ionique zéro-ion ou similaire attire les ions trouvés sur le PCB dans une solution de solvant. Le test mesure les résultats en ions en vrac par pouce carré.
• Test ROSE modifié : Le test ROSE modifié ajoute des méthodes d'extraction thermique au test ROSE standard. Il implique toujours un solvant qui extrait les ions en vrac. Cependant, au lieu d'extraire les ions dans des conditions standard, le PCB et la solution de solvant sont exposés à une température élevée. La solution subit ensuite des tests par équipement de type ionographe.
• Test de chromatographie ionique : Un test de chromatographie ionique implique des méthodes d'extraction thermique similaires au test ROSE modifié. Après extraction, la solution subit des tests dans une unité de test chromatographe ionique. Les résultats de ce test fournissent des informations sur les espèces ioniques spécifiques dans l'échantillon et le niveau de chaque espèce par pouce carré.

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