Test de contamination ionique des PCB

Contamination ionique par les PCB

Environ 15 % des pannes de PCBA sont dues à la contamination. La contamination ionique peut causer de multiples problèmes qui conduisent à des PCB défectueux. Tester la carte nue 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 lorsque des résidus ioniques qui interfèrent avec la fiabilité et la fonctionnalité restent sur un PCB complet. Un résidu ionique contient des atomes ou des molécules qui deviennent conducteurs lorsqu'ils sont en solution. L'exposition à l'humidité provoque la dissociation des résidus ioniques en éléments chargés négativement ou positivement, modifiant la conductivité globale de la solution.

Un PCB peut également 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'une carte. Les résidus ioniques qui affectent les composants PCB pendant la production comprennent :

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

La contamination ionique a deux sources communes :

• Manque de propreté de la planche nue : De nombreux contaminants ioniques proviennent de la carte elle-même. Le processus de fabrication du panneau, ainsi que l'exposition environnementale, peuvent laisser des résidus tels que des résidus particulaires, des huiles, des sels et de la poussière. Avant d'ajouter des composants à une carte nue, les fabricants doivent s'assurer qu'il ne reste aucun contaminant des étapes précédentes du processus de production.
• Utilisation de produits chimiques agressifs : Le liquide de gravure du cuivre, la chimie de soudure soluble dans l'eau et d'autres types de chimie agressive peuvent laisser des résidus qui modifient la conductivité de la carte lorsqu'ils ne sont pas nettoyés correctement.

Quels sont les problèmes causés par les résidus ioniques ?

Lorsque les fabricants ne parviennent pas à éliminer les résidus ioniques en excès, les problèmes suivants peuvent survenir :

• Corrosion : La plupart des PCB finiront par se corroder en raison de leurs matériaux métalliques. Cependant, la contamination ionique peut entraîner un temps beaucoup plus court jusqu'à la corrosion par rapport à la durée de vie prévue du PCB. La corrosion fait référence au processus de liaison de l'oxygène au métal et de création de rouille. Lorsque l'humidité entre en contact avec des résidus ioniques, le risque de court-circuit augmente. Le métal corrodé s'écaille, perdant les propriétés chimiques nécessaires au bon fonctionnement du circuit imprimé.
• Croissance dendritique : Au cours de la croissance dendritique, des rubans de métal conducteur, ou dendrites, se développent sur un PCB à travers une solution électrolytique influencée par une polarisation de tension continue. Les dendrites peuvent apparaître rapidement lorsque les pores d'un masque de soudure retiennent le flux ou un autre résidu ionique. Lorsque les dendrites entrent en contact les unes avec les autres, des défauts tels que des courts-circuits et un fonctionnement intermittent peuvent survenir.
• Migration électrochimique : La migration électrochimique concerne également les dendrites, mais plus particulièrement lorsqu'elles se développent à travers un matériau diélectrique. Étant donné que les dendrites se forment à partir d'ions conducteurs, elles peuvent diriger les courants différemment de la conception prévue du PCB. La croissance dendritique provoque une 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 la carte 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 comprennent :

• Tests 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 de l'extrait de solvant (ROSE) : Le test ROSE détecte les ions en vrac qui peuvent entraîner une contamination. Une unité de test ionique à ions zéro 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 s'agit toujours d'un solvant qui attire 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 est ensuite testée à partir d'un 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 est testée dans une unité de test de chromatographie 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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