Prevenindo Falhas em PCB: Guia de Teste de Contaminação Iônica

Contaminação Iônica em PCB

Aproximadamente 15% das falhas de PCBA ocorrem devido a contaminação. A contaminação iônica pode causar múltiplos problemas que levam a PCBs defeituosos. Testar a placa nua para contaminação iônica antes de completar a montagem reduz o risco de defeitos causados por contaminantes. Este guia descreverá a contaminação iônica, os problemas que ela causa e como fabricantes conduzem testes de contaminação iônica.

O que é Contaminação Iônica em PCBs?

A contaminação iônica acontece quando resíduos iônicos que interferem com a confiabilidade e funcionalidade permanecem em um PCB completo. Um resíduo iônico contém átomos ou moléculas que se tornam condutivos quando em uma solução. A exposição à umidade faz com que resíduos iônicos se dissociem em elementos carregados negativamente ou positivamente, mudando a condutividade geral da solução.

Um PCB também pode ter contaminação não iônica, que envolve resíduos não iônicos. Resíduos não iônicos não têm propriedades condutivas, então eles geralmente podem permanecer no PCB após produção e montagem. Portanto, a maioria dos fabricantes foca na contaminação iônica ao examinar a limpeza de uma placa. Os resíduos iônicos que afetam componentes de PCB durante a produção incluem:

• Sais
• Ácidos inorgânicos e orgânicos
• Etanolaminas
• Suor
• Ativadores de fluxo
• Químicas de chapeamento

A contaminação iônica tem duas fontes comuns:

• Falta de limpeza da placa nua: Muitos contaminantes iônicos vêm da própria placa. O processo de fabricação da placa, bem como a exposição ambiental, podem deixar resíduos como resíduos particulados, óleos, sais e poeira. Antes de adicionar componentes a uma placa nua, fabricantes devem garantir que nenhum contaminante foi deixado de etapas anteriores no processo de produção.
• Uso de química agressiva: Líquido de gravação de cobre, química de soldagem solúvel em água e outros tipos de química agressiva podem deixar resíduos que mudam a condutividade da placa quando não limpos adequadamente.

Que Problemas os Resíduos Iônicos Causam?

Quando fabricantes falham em remover excesso de resíduos iônicos, os seguintes problemas podem ocorrer:

• Corrosão: A maioria dos PCBs corroerá eventualmente devido aos seus materiais metálicos. No entanto, a contaminação iônica pode resultar em um tempo muito menor até a corrosão comparado à vida útil esperada do PCB. Corrosão refere-se ao processo de oxigênio se ligar ao metal e criar ferrugem. Quando a umidade entra em contato com resíduo iônico, o risco de curto-circuito aumenta. O metal corroído descasca, perdendo as propriedades químicas necessárias para o PCB operar corretamente.
• Crescimento dendrítico: Durante o crescimento dendrítico, lascas de metal condutor, ou dendritos, crescem em um PCB através de uma solução eletrolítica influenciada por uma polarização de tensão DC. Dendritos podem aparecer rapidamente quando os poros em uma máscara de solda retêm fluxo ou outro resíduo iônico. Quando dendritos entram em contato uns com os outros, defeitos como curto-circuito e operação intermitente podem surgir.
• Migração eletroquímica: A migração eletroquímica também envolve dendritos, mas especificamente quando eles crescem através de um material dielétrico. Como dendritos se formam a partir de íons condutivos, eles podem direcionar correntes diferentemente do design pretendido do PCB. O crescimento dendrítico causa migração eletroquímica, que cria falhas totais ou intermitentes. Crescimento dendrítico e migração eletroquímica estão intimamente relacionados e tendem a acontecer simultaneamente.

Medidas de Limpeza Usadas em Testes de Contaminação Iônica

Para garantir que resíduos iônicos não reduzam a vida útil do PCB, muitos fabricantes já limpam a placa como parte do processo de fabricação. Testes de contaminação iônica permitem que fabricantes determinem se estão usando técnicas de limpeza suficientes durante a produção. Métodos de teste de limpeza usados para detectar contaminação iônica incluem:

• Teste de resistividade em sistemas de limpeza aquosa em lote: Os sistemas usados para limpar PCBs frequentemente vêm com uma ferramenta de medição de resistividade embutida. Embora estes resultados não possam ser usados para atender padrões IPC, eles podem fornecer insight sobre a eficácia do sistema de limpeza.
• Teste de resistividade de extrato de solvente (ROSE): O teste ROSE detecta iônicos em massa que podem levar a contaminação. Uma unidade de teste iônico zero-íon ou similar atrai os íons encontrados no PCB para uma solução de solvente. O teste mede resultados como íons em massa por polegada quadrada.
• Teste ROSE modificado: O teste ROSE modificado adiciona métodos de extração térmica ao teste ROSE padrão. Ainda envolve um solvente que atrai íons em massa. No entanto, em vez de atrair os íons em condições padrão, o PCB e a solução de solvente são expostos a uma temperatura elevada. A solução então passa por teste de equipamento estilo ionógrafo.
• Teste de cromatografia iônica: Um teste de cromatografia iônica envolve métodos de extração térmica similares ao teste ROSE modificado. Após a extração, a solução passa por teste em uma unidade de teste de cromatografia iônica. Os resultados deste teste fornecem informações sobre as espécies iônicas específicas na amostra e o nível de cada espécie por polegada quadrada.

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