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Introduction
La contamination ionique est un problème très courant dans les cartes de circuits imprimés qui doit vraiment être résolu. Cela peut affecter la qualité de vos PCB, et il est important que vous compreniez ce problème afin de savoir comment le prévenir.
Brève description de la contamination ionique
Cela se produit lorsque des impuretés non métalliques sont introduites dans la carte pendant le processus de fabrication. Les coupables les plus courants sont la saleté et la poussière, qui peuvent se mélanger à la soudure et laisser des particules indésirables.
Ce phénomène se produit également lorsque des sels restent sur une carte de circuit imprimé après la soudure. Il peut provoquer de la corrosion, ce qui risque d'endommager la carte et d'entraîner la défaillance des composants électroniques.
On a constaté que la contamination ionique causait toutes sortes de problèmes, des connexions incorrectes à la surchauffe, et elle était également connue pour réduire la durée de vie de vos appareils électroniques.
Contamination ionique
Comment la contamination ionique est-elle mesurée ?
Un ionographe est un appareil qui mesure la concentration d'ions dans l'air. Il est équipé de plusieurs capteurs, chacun sensible à un type d'ion différent. Lorsqu'un ion s'approche d'un de ces capteurs, il génère une charge électrique qui est transmise à un système informatique enregistrant les données.
L'ionographe est placé dans une salle blanche, puis l'opérateur parcourt les différents paramètres du capteur jusqu'à ce qu'il constate une augmentation des lectures d'ions. Cela se fait en tenant un morceau de circuit imprimé devant chaque capteur afin qu'il puisse être scanné pour détecter toute contamination.
Une fois tous les capteurs vérifiés, si aucune trace de contamination n'est détectée, nous pouvons affirmer qu'aucun contaminant n'est présent. En cas d'indices de contamination, nous procéderons au nettoyage des zones concernées avant de poursuivre la fabrication afin d'éviter tout problème ultérieur lors de l' assemblage ou des tests.
Pourquoi est-ce un problème dans votre PCB ?
La contamination ionique est un problème sérieux dans votre PCB. Il peut causer:
Migration électrochimique
Le processus débute lorsqu'un contaminant ionique se dépose sur la surface de votre circuit imprimé. Le passage d'un courant électrique à travers ce dépôt provoque une réaction chimique qui crée de nouveaux ions et génère un champ électrique autour du dépôt, attirant ainsi davantage d'ions. Il en résulte une accumulation d'ions autour du dépôt initial, induisant un courant électrique entre les deux points de contact.
Ce processus peut provoquer de la corrosion sur les traces de cuivre, ce qui peut entraîner des courts-circuits ou d'autres problèmes avec les connexions électriques de votre produit. Dans certains cas, cela peut également affecter d'autres parties de votre produit (comme les batteries) en les corrodant également.
Migration électrochimique
Croissance dendritique
La croissance dendritique se produit lorsque les ions présents dans l'électrolyte (le liquide conducteur d'électricité) de la couche isolante du circuit imprimé se lient aux atomes de cuivre des pistes de cuivre. Ce phénomène est problématique car il peut entraîner de la corrosion, provoquant des défauts et une baisse des performances.
Croissance dendritique
Corrosion
Les ions sont des particules chargées libérées par la contamination ionique. Ces ions corrodent les surfaces métalliques environnantes . La corrosion entraîne la dégradation du métal, ce qui peut provoquer des courts-circuits et d'autres problèmes au niveau de votre circuit imprimé.
Corrosion
Techniques de mesure
Il peut être difficile d'identifier la source de la contamination ionique, mais il est important de le faire dès que possible afin que vous puissiez prendre des mesures pour résoudre le problème et prévenir de futurs événements.
Il existe plusieurs façons de mesurer la contamination ionique, notamment :
Test de résistivité de l'extrait de solvant (ROSE)
Une méthode simple et non destructive pour détecter la contamination ionique dans les cartes de circuits imprimés. Le test consiste à immerger le PCB dans un solvant qui dissoudra tout contaminant. Le contaminant, qui est généralement un électrolyte, se dissout dans la solution de solvant.
Le test ROSE mesure la variation de potentiel électrique entre deux électrodes immergées dans une solution. Dans ce cas, une électrode est connectée à la terre et l'autre est connectée au PCB testé. Le courant circulant entre ces deux points variera en fonction de la quantité d'une substance particulière dissoute dans la solution de solvant qui les entoure : s'il y en a plus, il y aura également plus d'ions présents ; sinon, il y aura également moins d'ions présents.
Test de résistivité de l'extrait de solvant
Test de chromatographie ionique (CI)
L'analyte est dissous dans un solvant approprié et introduit dans la colonne à l'aide d'une seringue. Le solvant est autorisé à passer à travers la colonne, qui sépare les analytes en fonction de leur rapport charge/masse. Un détecteur de conductivité détecte la présence d'ions en fonction de leur variation de conductivité avec le temps.
Le test IC permet de détecter tous les types de contamination ionique, notamment les ions chlorure, fluorure, sodium, potassium, cuivre et cadmium. Il permet également de déterminer si le circuit imprimé a été excessivement nettoyé ou s'il subsiste des traces de solvant.
Test de chromatographie ionique
Cause possible de contamination ionique
La contamination ionique peut se produire de plusieurs façons, mais voici quelques-unes des plus courantes :
Conseil nu sale
C'est généralement la cause de la contamination ionique des cartes de circuits imprimés. En effet, le panneau nu n'a pas de revêtement et la surface est exposée à l'environnement. La saleté et la poussière peuvent facilement se coincer sous les traces de cuivre et les pastilles du circuit imprimé, ce qui provoquera un court-circuit lorsque l'électricité les traversera.
Humidité dans les PCB
Cette contamination peut entraîner un certain nombre de problèmes, notamment la corrosion, des performances électriques réduites et même une panne complète. La cause la plus fréquente de contamination ionique est l'humidité dans le PCB. Cela peut se produire lorsqu'il y a un joint qui fuit ou d'autres ouvertures sur le PCB qui permettent à l'eau de pénétrer par des moyens physiques.
Résidu de flux
C'est également une cause fréquente de contamination ionique dans les cartes de circuits imprimés. Le flux est appliqué sur la carte pendant la fabrication pour aider la soudure à couler et à former des connexions entre les différentes couches de la carte. Une fois la carte fabriquée, tout résidu de flux restant peut devenir une contamination ionique.
Produits chimiques de gravure
La contamination ionique peut résulter de l'utilisation de produits chimiques de gravure contenant des ions métalliques. Ces ions peuvent s'incruster à la surface du circuit imprimé, créant ainsi un chemin conducteur entre deux points. En effet, le produit de gravure réagit avec le cuivre du circuit imprimé, provoquant son ionisation. Ces ions peuvent alors engendrer des fluctuations électriques et des courts-circuits.
Résidus de forage et de placage
Une cause possible de contamination ionique des circuits imprimés est la présence de résidus de perçage et de métallisation. Cela peut se produire lorsque des trous sont percés dans le circuit imprimé , mais qu'ils ne sont pas suffisamment nettoyés avant la métallisation . Il en résulte un dépôt de particules métalliques à l'intérieur du trou, susceptible d'entraîner de la corrosion si ces particules ne sont pas éliminées lors du nettoyage.
Nettoyage inapproprié de la surface du circuit imprimé
Un nettoyage insuffisant des surfaces des circuits imprimés est l'une des causes les plus fréquentes. Avant le soudage, les surfaces en cuivre doivent être soigneusement nettoyées afin d'éliminer toute impureté susceptible d'entraîner une réaction indésirable entre les composants lors du processus de soudage.
Si vous avez utilisé des techniques de nettoyage de surface de PCB inappropriées, votre carte peut avoir été en contact avec des impuretés provenant de vos agents de nettoyage ou même d'autres contaminants sur votre établi, ce qui pourrait provoquer une réaction lors de l'assemblage qui entraînerait de la corrosion ou même une défaillance.
Processus pour éliminer la contamination ionique dans votre PCB
L'élimination de la contamination ionique des cartes de circuits imprimés est une étape nécessaire pour garantir la qualité de votre produit final. Voici quelques façons de procéder.
Dégraissant en phase vapeur
Ceux-ci sont utilisés pour éliminer les huiles et les graisses des PCB. Le processus implique l'utilisation de produits chimiques caustiques qui sont vaporisés à des températures élevées. La vapeur qui en résulte est ensuite passée sur les PCB, ce qui entraîne l'élimination de la graisse.
Dégraissant en phase vapeur
Nettoyage aqueux
Ce procédé utilise de l'eau et des produits chimiques pour éliminer les contaminants de votre circuit imprimé. C'est une bonne option si vous souhaitez éviter l'utilisation de produits chimiques agressifs ou de solvants. Il peut être utilisé pour les procédés de gravure sèche et humide , mais son efficacité est moindre que celle d'autres procédés pour éliminer certains types de contaminants.
Nettoyage aqueux
Nettoyage semi-aqueux
Ce processus est utilisé pour éliminer la contamination ionique à la surface d'un PCB. Il est souvent utilisé en conjonction avec d'autres processus, tels que le nettoyage à sec ou humide, pour s'assurer que tous les contaminants possibles sont éliminés. Ce processus consiste à immerger le PCB dans une solution qui élimine les contaminants chimiques et physiques des traces et des pastilles de cuivre.
Nettoyage semi-aqueux
Aspiration
Un processus qui utilise une chambre à vide pour éliminer les contaminants d'une surface de PCB. Le processus se fait en plaçant le PCB à l'intérieur de la chambre à vide, qui est ensuite scellée et évacuée. Après cela, la chambre est remplie d'un gaz inerte tel que l'azote ou l'argon, qui empêchera toute oxydation supplémentaire de la surface du PCB et fournira une protection contre les particules externes dans l'air.
Aspiration
Avantages des tests de contamination ionique
Sans test de contamination ionique, vous pourriez vous retrouver avec un produit qui ne fonctionne pas, ou pire encore, un risque d'incendie.
Voici quelques-uns des principaux avantages des tests de contamination ionique dans votre circuit imprimé :
Éviter la panne du produit en identifiant la cause possible
Les tests de contamination ionique peuvent aider à garantir que votre carte sera exempte de matériaux nocifs susceptibles de provoquer des courts-circuits, des pannes électriques et d'autres problèmes pouvant entraîner une panne du produit.
Les tests de contamination peuvent également vous aider à identifier la source du problème avant qu'il ne devienne un problème plus important.
Éviter la dégradation ou le dysfonctionnement du produit
Les tests de contamination ionique sont une partie essentielle du processus de fabrication des PCB. Il aide les fabricants à éviter la dégradation ou le dysfonctionnement du produit en identifiant les décharges électrostatiques (ESD), qui peuvent entraîner des problèmes de performances du PCB.
Les tests de contamination ionique peuvent vous aider à détecter les décharges électrostatiques avant qu'elles ne causent des problèmes. Les tests de contamination ionique vérifient les ions qui se sont accumulés dans vos PCB pendant les processus de fabrication ou d'expédition. Ces ions peuvent provoquer de la corrosion sur vos circuits imprimés et entraîner une corrosion sous les couches de peinture. Cela entraînera éventuellement une décoloration et d'autres problèmes avec votre appareil.
Détection de la source de contamination ionique dans le processus
L'avantage le plus important des tests de contamination ionique est la capacité de détecter la source de contamination dans votre processus PCB. La contamination ionique peut être un problème coûteux, mais il existe des moyens de l'arrêter avant qu'elle ne devienne un problème majeur.
Une façon de savoir si vous avez une contamination ionique dans votre processus PCB consiste à utiliser des tests de contamination ionique. Ce type de test vous permettra de déterminer d'où vient la contamination ionique.
Procédures de conformité à la propreté
La propreté est le facteur le plus important pour s'assurer que vos PCB sont exempts de contaminants. Il est important de tester vos PCB pour vous assurer qu'ils répondent à toutes les exigences de propreté. Cela garantit que vous respectez toutes les normes et réglementations de l'industrie.
Norme IPC pour la contamination ionique
L' IPC définit une norme relative à la contamination ionique des cartes de circuits imprimés (PCB). Cette norme permet de garantir que vos PCB sont exemptes d'ions, susceptibles de provoquer des courts-circuits et d'autres problèmes.
La norme spécifie également comment tester vos PCB pour vous assurer qu'ils peuvent être utilisés en toute sécurité. Le test consiste à placer un compteur de contamination ionique sur la surface de la carte et à mesurer sa conductivité dans le temps. Le niveau de conductivité minimum requis est basé sur la taille de la carte et sa conception :
– Pour les cartes non assemblées : Longueur x Largeur x 2 = Surface de la carte non peuplée
– Pour les planches assemblées : Longueur x Largeur x 2 + jusqu'à 50 % = Surface de la planche assemblée
Conclusion
Dans l'ensemble, la contamination ionique est quelque chose qui peut être évité assez facilement. La meilleure façon de l'éviter est de développer de nouveaux produits chimiques et matériaux issus de sources durables. Cette connaissance de la contamination ionique peut aider les concepteurs dans le processus de fabrication.
