Taal wijzigen
Introductie
Ionenverontreiniging is een veel voorkomend probleem bij printplaten dat echt moet worden aangepakt. Het kan de kwaliteit van uw PCB's aantasten en het is belangrijk dat u dit probleem begrijpt, zodat u weet hoe u dit kunt voorkomen.
Korte beschrijving van ionische besmetting
Het treedt op wanneer niet-metalen onzuiverheden in het bord worden geïntroduceerd tijdens het fabricageproces. De meest voorkomende boosdoeners zijn vuil en stof, die zich in het soldeer kunnen mengen en ongewenste deeltjes kunnen achterlaten.
Het is gebleken dat ionenverontreiniging allerlei problemen veroorzaakt, van onjuiste aansluitingen tot oververhitting, en het is ook bekend dat het de levensduur van uw elektronica verkort.
Ionische besmetting
Hoe wordt ionische verontreiniging gemeten?
Een ionograaf is een apparaat dat de hoeveelheid ionen in de lucht meet. De ionograaf heeft een aantal sensoren, die elk gevoelig zijn voor een ander type ion. Wanneer een ion in de buurt van een van deze sensoren komt, wekt het een elektrische lading op en stuurt deze naar het computersysteem , dat de gegevens registreert.
De ionograaf wordt in een cleanroom geplaatst en vervolgens scant de operator door de verschillende sensorinstellingen totdat hij een toename in ionenmetingen ziet. Dit wordt gedaan door een stuk printplaat tegen elke sensor te houden, zodat deze kan worden gescand op verontreiniging.
Als alle sensoren zijn gecontroleerd en er geen sporen van verontreiniging op te vinden zijn, weten we dat er geen verontreinigingen aanwezig zijn. Als er aanwijzingen zijn voor de aanwezigheid van een of andere vorm van verontreiniging, zullen we de betreffende gebieden reinigen voordat we verdergaan met het productieproces. Zo voorkomen we mogelijke problemen later, tijdens de assemblage of het testen.
Waarom is dit een probleem in uw printplaat?
Ionenverontreiniging is een serieus probleem in uw printplaat. Het kan veroorzaken:
Elektrochemische migratie
Het proces begint wanneer een ionische verontreiniging zich afzet op het oppervlak van uw printplaat. Wanneer er een elektrische stroom door deze afzetting loopt, veroorzaakt dit een chemische reactie die nieuwe ionen creëert en resulteert in een elektrisch veld rond de afzetting dat meer ionen aantrekt. Dit veroorzaakt een opeenhoping van ionen rond de oorspronkelijke afzetting, wat leidt tot een stroom tussen de twee punten waar ze elkaar ontmoeten.
Dit proces kan corrosie veroorzaken op kopersporen, wat kan leiden tot kortsluiting of andere problemen met elektrische verbindingen binnen uw product. In sommige gevallen kan het ook andere onderdelen van uw product (zoals batterijen) aantasten doordat ze ook gaan corroderen.
Elektrochemische migratie
Dendritische groei
Dendritische groei treedt op wanneer ionen in de elektrolyt (de vloeistof die elektriciteit geleidt) van de isolerende laag van de printplaat zich hechten aan de koperatomen in de koperen sporen op de printplaat. Dit is een groot probleem omdat het kan leiden tot corrosie, wat defecten en slechte prestaties veroorzaakt.
Dendritische groei
Corrosie
Ionen zijn geladen deeltjes die vrijkomen door ionenverontreiniging. Deze ionen tasten nabijgelegen metalen oppervlakken aan. Door de corrosie breekt het metaal af, wat kan leiden tot kortsluiting en andere problemen met uw printplaat.
Corrosie
Meettechnieken
Het kan moeilijk zijn om de bron van de ionische besmetting te lokaliseren, maar het is belangrijk om dit zo snel mogelijk te doen, zodat u stappen kunt ondernemen om het probleem op te lossen en herhaling in de toekomst te voorkomen.
Er zijn verschillende manieren om ionische verontreiniging te meten, waaronder:
Resistiviteit van Solvent Extract (ROSE) Test
Een eenvoudige, niet-destructieve methode om ionische verontreiniging in printplaten te detecteren. Bij de test wordt de printplaat ondergedompeld in een oplosmiddel dat alle verontreinigingen oplost. De verontreiniging, die gewoonlijk een elektrolyt is, lost op in de oplosmiddeloplossing.
De ROSE-test meet de verandering in elektrisch potentiaal tussen twee elektroden ondergedompeld in een oplossing. In dit geval is één elektrode verbonden met aarde en de andere met de te testen printplaat. De stroom die tussen deze twee punten vloeit, is afhankelijk van hoeveel van een bepaalde stof is opgelost in de oplosmiddeloplossing eromheen: als er meer van aanwezig is, zullen er ook meer ionen aanwezig zijn; zo niet, dan zullen er ook minder ionen aanwezig zijn.
Resistiviteit van oplosmiddelextracttest
Ionchromatografie (IC) test
De analyt wordt opgelost in een geschikt oplosmiddel en via een injectiespuit in de kolom gebracht. Het oplosmiddel wordt door de kolom geleid, die de analyten scheidt op basis van hun lading/massa-verhouding. Een geleidbaarheidsdetector detecteert de aanwezigheid van ionen op basis van hun verandering in geleidbaarheid in de loop van de tijd.
De IC-test kan alle soorten ionenverontreiniging detecteren, waaronder ionen zoals chloride, fluoride, natrium, kalium, koper en cadmium. De IC-test kan ook worden gebruikt om te bepalen of de printplaat te grondig is gereinigd of dat er nog sporen van oplosmiddel op aanwezig zijn.
Ionenchromatografietest
Mogelijke oorzaak van ionische besmetting
Er zijn veel manieren waarop ionische besmetting kan optreden, maar hier zijn enkele van de meest voorkomende:
Vuile kale raad
Dit is typisch de oorzaak van ionische verontreiniging in printplaten. Dit komt omdat het kale bord geen coating heeft en het oppervlak wordt blootgesteld aan de omgeving. Vuil en stof kunnen gemakkelijk vast komen te zitten onder de koperen sporen en kussentjes op de printplaat, wat kortsluiting kan veroorzaken wanneer er elektriciteit doorheen gaat.
Vocht in PCB
Deze vervuiling kan een aantal problemen veroorzaken, waaronder corrosie, verminderde elektrische prestaties en zelfs volledige uitval. De meest voorkomende oorzaak van ionische verontreiniging is vocht in de printplaat. Dit kan gebeuren wanneer er een lekkende afdichting of andere openingen op de printplaat zijn waardoor water op fysieke wijze kan binnendringen.
Flux Residu
Dit is ook een veelvoorkomende oorzaak van ionische verontreiniging in printplaten. De flux wordt tijdens de fabricage op het bord aangebracht om het soldeer te helpen vloeien en verbindingen te vormen tussen de verschillende lagen van het bord. Nadat het bord is vervaardigd, kunnen eventuele resterende vloeimiddelresten ionische verontreiniging worden.
Ets chemicaliën
Ionische verontreiniging kan ontstaan door het gebruik van etschemicaliën die metaalionen bevatten. Deze metaalionen kunnen zich in het oppervlak van de printplaat nestelen en zo een geleidend pad vormen tussen twee punten op de printplaat. Dit komt doordat de etschemicaliën reageren met het koper in de printplaat, waardoor het koper ioniseert. De ionen kunnen vervolgens elektrische fluctuaties en kortsluitingen veroorzaken.
Boor- en plateerresten
Een mogelijke oorzaak van ionenverontreiniging in printplaten is boor- en galvaniseerresidu. Dit kan gebeuren wanneer gaten in de printplaat worden geboord , maar deze niet grondig genoeg worden gereinigd vóór het galvaniseren . Het gevolg is dat het gat bedekt raakt met een laag metaaldeeltjes, die corrosie kunnen veroorzaken als ze niet tijdens de reiniging worden verwijderd.
Onjuiste PCB-oppervlaktereiniging
Als u onjuiste reinigingstechnieken voor PCB-oppervlakken hebt gebruikt, is uw printplaat mogelijk in contact gekomen met onzuiverheden van uw reinigingsmiddelen of zelfs andere verontreinigingen op uw werkbank - en dit kan tijdens de montage een reactie veroorzaken die leidt tot corrosie of zelfs defecten.
Processen om ionische verontreiniging in uw printplaat te elimineren
Het elimineren van ionische vervuiling van printplaten is een noodzakelijke stap om de kwaliteit van uw eindproduct te waarborgen. Hier zijn enkele manieren waarop u dit kunt doen.
Vapour Phase ontvetter
Deze worden gebruikt om oliën en vetten van PCB's te verwijderen. Het proces omvat het gebruik van bijtende chemicaliën die bij hoge temperaturen verdampen. De resulterende damp wordt vervolgens over de PCB's geleid, waardoor het vet wordt verwijderd.
Vapour Phase ontvetter
Waterige reiniging
Een proces dat water en chemicaliën gebruikt om verontreinigingen van je printplaat te verwijderen. Het is een goede optie als je het gebruik van agressieve chemicaliën of oplosmiddelen wilt vermijden. Je kunt het gebruiken voor zowel droge als natte etsprocessen , maar het is niet zo effectief in het verwijderen van sommige soorten verontreinigingen als andere processen.
Waterige reiniging
Semi-waterige reiniging
Dit proces wordt gebruikt om ionische verontreiniging op het oppervlak van een PCB te verwijderen. Het wordt vaak gebruikt in combinatie met andere processen, zoals droog of nat reinigen, om ervoor te zorgen dat alle mogelijke verontreinigingen worden verwijderd. Bij dit proces wordt de printplaat ondergedompeld in een oplossing die chemische en fysische verontreinigingen van de koperen sporen en kussentjes verwijdert.
Semi-waterige reiniging
Stofzuigen
Een proces waarbij een vacuümkamer wordt gebruikt om verontreinigingen van een PCB-oppervlak te verwijderen. Het proces wordt gedaan door de printplaat in de vacuümkamer te plaatsen, die vervolgens wordt afgesloten en geëvacueerd. Hierna wordt de kamer gevuld met een inert gas zoals stikstof of argon, dat verdere oxidatie van het PCB-oppervlak voorkomt en bescherming biedt tegen externe deeltjes in de lucht.
Stofzuigen
Voordelen van testen op ionische verontreiniging
Zonder ionische verontreinigingstests zou u kunnen eindigen met een product dat niet werkt, of erger nog, brandgevaar.
Hier zijn enkele van de belangrijkste voordelen van testen op ionische verontreiniging in uw printplaat:
Vermijd productdefecten door de mogelijke oorzaak te identificeren
Testen op ionenverontreiniging kunnen ervoor zorgen dat uw bord vrij is van schadelijke materialen die kortsluitingen, elektrische storingen en andere problemen kunnen veroorzaken die kunnen leiden tot productstoringen.
Testen op besmetting kan u ook helpen de oorzaak van het probleem te identificeren voordat het een groter probleem wordt.
Vermijd productdegradatie of storing
Testen op ionenverontreiniging is een essentieel onderdeel van het fabricageproces van PCB's. Het helpt fabrikanten productdegradatie of storing te voorkomen door elektrostatische ontlading (ESD) te identificeren, die problemen kan veroorzaken met de prestaties van de printplaat.
Testen op ionenverontreiniging kunnen u helpen ESD te detecteren voordat het problemen veroorzaakt. Testen op ionenverontreiniging controleren op ionen die zich tijdens productie- of verzendingsprocessen in uw PCB's hebben opgehoopt. Deze ionen kunnen corrosie veroorzaken op uw printplaten en leiden tot corrosie onder verflagen. Dit zal uiteindelijk resulteren in verkleuring en andere problemen met uw apparaat.
Detectie van ionische besmettingsbron in het proces
Het belangrijkste voordeel van testen op ionische verontreiniging is de mogelijkheid om de bron van verontreiniging in uw PCB-proces te detecteren. Ionische besmetting kan een duur probleem zijn, maar er zijn manieren om het te stoppen voordat het een groot probleem wordt.
Een manier om erachter te komen of u ionische verontreiniging in uw PCB-proces heeft, is door ionische verontreinigingstests te gebruiken. Met dit type testen kunt u bepalen waar de ionische besmetting vandaan komt.
Nalevingsprocedures voor netheid
Reinheid is de belangrijkste factor om ervoor te zorgen dat uw PCB's vrij zijn van verontreinigingen. Het is belangrijk om uw PCB's te testen om er zeker van te zijn dat ze aan alle reinheidseisen voldoen. Dit zorgt ervoor dat u voldoet aan alle industrienormen en -regelgeving.
IPC-standaard voor ionische verontreiniging
De IPC heeft een norm voor ionenverontreiniging van printplaten (PCB's). Deze norm wordt gebruikt om ervoor te zorgen dat uw printplaten vrij zijn van ionen, die kortsluiting en andere problemen kunnen veroorzaken.
De norm specificeert ook hoe u uw PCB's moet testen om er zeker van te zijn dat ze veilig zijn voor gebruik. De test omvat het plaatsen van een ionische besmettingsmeter op het bordoppervlak en het meten van de geleidbaarheid ervan in de loop van de tijd. Het minimaal vereiste geleidbaarheidsniveau is gebaseerd op de grootte van het bord en het ontwerp:
– Voor niet-gemonteerde borden: lengte x breedte x 2 = niet-bevolkt bordoppervlak
– Voor geassembleerde planken: lengte x breedte x 2 + tot 50% = geassembleerd bordoppervlak
Conclusie
Al met al is ionische besmetting iets dat vrij eenvoudig te voorkomen is. De beste manier om dit te voorkomen, is door nieuwe en duurzaam geproduceerde chemicaliën en materialen te ontwikkelen. Die kennis van ionische verontreiniging kan ontwerpers helpen bij het fabricageproces.
