Анализ ионного загрязнения ПХБ

Анализ ионного загрязнения печатных плат помогает производителям оборудования определить, могут ли извлекаемые ионные остатки, оставшиеся на голой печатной плате или собранной плате, способствовать возникновению тока утечки, коррозии, электрохимической миграции или снижению сопротивления изоляции поверхности под воздействием влаги и электрического напряжения. Для отдела закупок или контроля качества важный вопрос заключается не просто в том, «Прошла ли печатная плата проверку на чистоту?», а в том, какой метод тестирования подходит, где может быть источник загрязнения и какие производственные доказательства необходимы перед утверждением поставщика.

Компания Highleap Electronics производит печатные платы без компонентов и сборные печатные платы в Китае, включая изготовление, закупку компонентов, SMT/THT-сборку, контроль качества и функциональное тестирование в соответствии с требованиями проекта. Для клиентов, которым требуется тестирование печатных плат на ионную чистоту или официальный отчет о загрязнении, метод тестирования, план отбора проб, критерии приемки и необходимость анализа в специализированной лаборатории должны быть согласованы в ходе инженерной проверки. Заявленные производственные возможности по выпуску печатных плат/сборных печатных плат не следует путать с утверждением, что все тесты ROSE, ионная хроматография или SIR выполняются собственными силами.

Анализ ионного загрязнения печатных плат: когда это необходимо производителям оборудования.

Анализ ионного загрязнения печатных плат измеряет или идентифицирует ионизируемые остатки, которые могут оставаться после изготовления, пайки, очистки, доработки или обработки. Он особенно актуален, когда сборка имеет небольшое расстояние между проводниками, чувствительную высокоимпедансную схему, высокое электрическое напряжение, воздействие конденсата или предъявляет высокие требования к надежности изделия. Анализ может проводиться на чистых печатных платах, собранных платах, репрезентативных образцах или специально предназначенных для тестирования носителях в зависимости от цели.

Печатная плата может выглядеть чистой и проходить проверку на целостность цепи, но при этом содержать остатки, невидимые при обычном осмотре. При достаточном количестве влаги и наличии электрического поля подвижные ионные частицы могут способствовать увеличению утечки тока, электрохимической коррозии или образованию проводящих дендритов. И наоборот, обнаружение ионных остатков не означает автоматически, что изделие выйдет из строя: тип остатков, их местоположение, растворимость, влажность, расстояние между проводниками, рабочее напряжение и конструкция защиты — все это имеет значение.

Например, компактный промышленный контроллер может размещать аналоговый вход с высоким импедансом рядом с плотно расположенным QFN-разъемом, или изолированная коммуникационная плата может работать во влажных шкафах оборудования. Небольшое количество вредных отложений, скопившихся под компонентом с малым расстоянием от стойки, может иметь большее значение для механизма его отказа, чем большее количество, распределенное по безопасной области. Именно поэтому одно значение чистоты, усредненное по плате, не является универсальным показателем надежности.

Услуги Highleap по изготовлению печатных плат , а также по производству печатных плат с поверхностным монтажом и выводами охватывают оба основных этапа, на которых необходимо учитывать риски, связанные с чистотой. Таким образом, OEM-производитель может совместно обсудить состояние платы, материалы для пайки, подход к очистке и окончательную приемку, определяя обязанности для конкретной сборки.

В каких случаях покупателю следует запрашивать анализ на ионное загрязнение?

• Представление нового продукта: Перед повторными заказами необходимо проверить процесс пайки и очистки, особенно для компонентов с малым шагом выводов или низким расстоянием от контакта с платой.
• Передача поставщика или процесса: Сравните новый завод по производству печатных плат, паяльную пасту, флюс, чистящие средства или место сборки с утвержденным базовым уровнем.
• Расследование причин отказа: Необходимо оценить возможное влияние остатков при утечках, связанных с влажностью, периодических неисправностях, коррозии или проблемах, связанных с электрохимической миграцией.
• Предварительное разделение покрытия: Перед нанесением защитного покрытия необходимо оценить качество подготовки поверхности, поскольку это может затруднить последующую очистку или переделку.
• Контроль качества, адаптированный под конкретного клиента: При необходимости в спецификации закупки следует предоставить четко определенный протокол чистоты или результаты независимой лабораторной экспертизы.

Цель определяет соответствующую услугу. Стандартный план обеспечения качества печатных плат может потребовать мониторинга тенденций, тогда как проверка возвращенных в полевых условиях изделий может потребовать целенаправленной идентификации ионов, визуального осмотра, локализации неисправностей и подтверждения надежности в условиях окружающей среды. Это разные области тестирования, и их не следует рассматривать как взаимозаменяемые.

ROSE против ионной хроматографии против SIR: выбор правильного теста

Метод ROSE позволяет определить общий уровень извлекаемых ионизируемых загрязнений; ионная хроматография идентифицирует и количественно определяет отдельные ионные соединения; тестирование сопротивления поверхностной изоляции (SIR) оценивает электрические характеристики в заданных условиях. Они отвечают на разные вопросы. Технически обоснованный анализ ионного загрязнения печатных плат может использовать один метод или их комбинацию, в зависимости от того, требуется ли производителю мониторинг процесса, идентификация источника загрязнения или подтверждение электрических характеристик.

Что именно измеряет тест PCB ROSE?

Метод определения удельного сопротивления экстракта растворителя (ROSE) предполагает экстракцию растворимых ионизируемых веществ в заданную систему растворителей и измерение проводимости или удельного сопротивления экстракта. Результат часто выражается в микрограммах эквивалента хлорида натрия на квадратный сантиметр (мкг NaCl экв./см²) . Это единица электрического эквивалента, а не доказательство наличия хлорида натрия в образце. Результаты зависят от условий экстракции, настройки прибора, расчета площади образца и того, какие остатки доступны для растворителя.

Метод IPC-TM-650 2.3.25 явно рассматривает ROSE как инструмент контроля процесса, а не как показатель надежности . Он также предупреждает, что различные приборы и методы экстракции могут давать результаты, которые не являются напрямую взаимозаменяемыми. К задокументированным ограничениям относятся недоступные, нерастворимые или не полностью экстрагированные загрязнения. См. официальный метод испытаний IPC ROSE.

В каких случаях ионная хроматография приносит пользу?

Ионная хроматография позволяет идентифицировать отдельные соединения, такие как хлорид, бромид, натрий, калий, аммоний и некоторые слабые органические кислоты, в зависимости от аналитического метода и панели обнаружения. Это помогает инженерам исследовать, могут ли остатки быть связаны с паяльным флюсом, недостаточным промыванием, химическим веществом, используемым в процессе обработки, или с особенностями обращения с материалом. Это особенно полезно, когда покупателю необходим отчет по конкретным ионам, а не общее значение проводимости. Процедура экстракции и единицы измерения должны быть зафиксированы, поскольку различные условия извлечения влияют на результат.

В каких случаях целесообразно проводить тестирование методом SIR или электрохимической миграции?

Для изделий, основной риск которых связан с утечкой электрического тока из-за влажности и смещения, исследование SIR или определенное исследование электрохимической миграции могут предоставить более непосредственно значимые доказательства, чем простое измерение остаточного содержания. Такие оценки используют репрезентативные материалы, схемы проводников или испытательные образцы изделий в заданных условиях нагрузки. Обычный функциональный тест при включении питания не может их заменить, и результат SIR для одной комбинации материалов/процесса не следует обобщать на все будущие конструкции.

Где ионные загрязнения проникают в процесс изготовления и сборки печатных плат

Наилучший план контроля загрязнения определяет, где могут появиться остатки загрязнений и когда их еще можно удалить. Изготовление печатных плат без покрытия и производство плат с платами имеют разные химические компоненты и геометрию. Проверка только готовой платы может не дать производителю достаточных доказательств для выявления проблемы.

Для пайки без предварительной очистки по-прежнему требуется квалификация процесса.

«Пайка без очистки» описывает предполагаемый процесс пайки с использованием совместимых материалов и условий; это не означает, что все оставшиеся остатки безвредны в любых условиях эксплуатации. Активация флюса, термическая история оплавления, объем паяльной пасты, ручная доработка, расстояние от компонентов до них и последующее воздействие влажности — все это может влиять на поведение остатков. Промывка без проверенного метода также может усугубить ситуацию, распространяя остатки или задерживая чистящую жидкость под компонентами.

Практический анализ DFM печатных плат и сборок должен выявить очень малое расстояние между компонентами, плотную высокоимпедансную схему, труднодоступные зоны промывки и зоны, не подлежащие нанесению покрытия, еще до начала опытного производства. Инженеры-технологи могут затем решить, какой подход является наиболее подходящим: без очистки, с использованием квалифицированного этапа очистки, с целевой локальной очисткой или с дополнительным тестированием. Ответ должен соответствовать требованиям к материалам и изделию, а не универсальному правилу.

Почему методы оптического оптического контроля, рентгеновского контроля и контроля покрытий не являются методами проверки на загрязнение.

Автоматизированный оптический контроль (АОК) и рентгеновский контроль помогают проверить качество пайки и сборки; сами по себе они не могут установить ионную чистоту. Плата может иметь отличные видимые паяные соединения и при этом содержать растворимые остатки. Аналогично, конформное покрытие является этапом защиты окружающей среды, а не заменой надлежащей подготовки поверхности. Если загрязнение присутствует до нанесения покрытия, покрытие автоматически его не нейтрализует.

Окончательное функциональное тестирование печатных плат важно для проверки согласованных электрических характеристик, однако кратковременное тестирование при комнатной температуре может не выявить механизм отказа, вызванный влагой. Для плат датчиков с высоким импедансом, промышленных контроллеров и электроники, предназначенной для работы во влажной среде, подход к квалификации должен связывать методы очистки с данными об электрических и экологических характеристиках, имеющими отношение к применению.

Требования к чистоте, установленные IPC, и план приемки продукции.

Не существует единого универсального значения ROSE, которое бы подтверждало надежность всех печатных плат или сборок печатных плат. Историческое значение 1.56 мкг NaCl экв./см² до сих пор встречается в старых чертежах и контрольных списках закупок, но использование только этого порога в качестве доказательства надежности процесса или конечного продукта технически не оправдано. Современная приемка чистоты лучше основывается на квалифицированном производственном процессе, соответствующем контракте и редакции стандарта, а также объективных доказательствах, соответствующих риску, связанному с проектом.

В соответствии с требованиями IPC, метод IPC-TM-650 2.3.25D применяется для ROSE, а метод 2.3.28B — для ионной хроматографии ; соответствующие методы IPC-TM-650 2.6.3 касаются изоляции поверхности или влаго- и изоляционной стойкости. При применении требований IPC J-STD-001 покупатель и сборщик должны указать применимую редакцию, исключения для заказчика, подход к отбору проб и приемлемые доказательства. Номер лабораторного метода испытаний определяет способ проведения анализа; он не устанавливает автоматически значение «пройдено/не пройдено» для каждого продукта.

Рабочая последовательность контроля чистоты для новых лекарственных препаратов и повторных заказов.

1. Классифицируйте риск. Необходимо задокументировать расстояние между проводниками, электрическое напряжение, воздействие влажности/конденсации, соответствующие стандарты на продукцию, а также любые случаи утечек или коррозии в прошлом.
2. Определите процесс, подлежащий квалификации. Определить параметры поставки компонентов для печатных плат, флюса и паяльной пасты, профиль оплавления, операции по монтажу компонентов в отверстия, химический состав для очистки, доработку, обращение с компонентами и планируемое защитное покрытие.
3. Выберите подтверждающие документы для тестирования. Используйте ROSE для надлежащего мониторинга процесса, ионную хроматографию, когда важна идентичность остатков, и SIR/другие экологические данные, когда необходимо установить надежность электропитания во влажной среде и при наличии смещения.
4. Составьте репрезентативный план выборки. Согласуйте количество образцов, этап сборки, зону экстракции, место проведения или испытательный стенд, частоту и необходимые независимые испытания; не следует предполагать, что каждая собранная плата подвергается разрушающему анализу или анализу с использованием растворителей.
5. Анализ неудач и внесение изменений в процесс. Проведите расследование неконтролируемых тенденций, изменений в составе флюса, чистящего средства, поставщика печатных плат, метода доработки или геометрии компонентов и задокументируйте корректирующие действия перед выпуском.

Для программ повторного промышленного производства печатных плат полезный отчет о чистоте должен содержать информацию о номере и версии печатной платы/сборки, образце/партии, методе и версии испытаний, лаборатории или приборе, условиях экстракции, расчетной площади образца, результатах измерений и единицах измерения, установленных пределах, отклонениях и дальнейших действиях. При использовании ИК-спектроскопии необходимо указать ионные соединения и пределы обнаружения/сообщения. При использовании ИК-спектроскопии необходимо указать соответствующие условия воздействия окружающей среды и условия электрических испытаний.

Эти записи помогают менеджеру по качеству сравнивать будущую продукцию с тем же самым эталонным уровнем качества . Они также предотвращают распространенную ошибку при закупках: сравнение двух числовых результатов ROSE, полученных с использованием разных систем экстракции, как если бы они были взаимозаменяемыми.

Проверка ионной чистоты печатных плат и запрос предложений на производство с компанией Highleap.

Компания Highleap может обсудить требования к ионному загрязнению и очистке в рамках запроса на изготовление печатных плат или производство печатных плат «под ключ». Наш стандартный спектр услуг включает изготовление печатных плат, поиск компонентов, сборку SMT/THT, контроль качества и функциональные испытания, определенные проектом. Если для вашего проекта требуется конкретный отчет ROSE, профиль ионной хроматографии, исследование SIR или аккредитованная сторонняя лаборатория, необходимо подтвердить их наличие, методику тестирования, стоимость и условия приемки до размещения заказа.

Для клиентов, объединяющих поставку печатных плат и сборку электроники, комплексная сборка печатных плат с поставкой компонентов предоставляет практичный способ согласовать версию платы, процесс пайки, тестирование сборки и требования к чистоте, специфичные для проекта, в рамках одного производственного пакета. Это не отменяет необходимости в утвержденном заказчиком плане тестирования или экологической квалификации.

Что нужно отправить для получения расчёта стоимости анализа ионного загрязнения печатной платы?

• Файлы дизайна: Файлы Gerber/ODB++ или аналогичные, чертеж изготовления, структура печатной платы и отделка; спецификация материалов, данные о центроидах и сборочные чертежи, если изделие комплектуется компонентами.
• Цель анализа: Плановый контроль чистоты, квалификация новых процессов, подозрение на отказ оборудования в полевых условиях, приемка печатной платы без покрытия, контроль качества перед нанесением покрытия или отчет по требованию заказчика.
• Запрошенный метод: ROSE, ионная хроматография, SIR или методика испытаний заказчика, включая стандартную редакцию и формат отчета об испытаниях, если они известны.
• Риск продукта: рабочее напряжение, чувствительные цепи, минимальные зазоры между проводниками, рабочая температура/влажность, воздействие конденсата и любые известные места неисправностей.
• Технические характеристики производства: Тип флюса/пасты, процесс очистки (очистка или без очистки), история доработок, требования к покрытию, количество образцов и прогноз производства.
• Коммерческие требования: Размеры образцов и партий, необходимый этап квалификации, место назначения отгрузки, сроки доставки и обязательность независимого лабораторного заключения.

Часто задаваемые вопросы от производителей оригинального оборудования (OEM)

Может ли компания Highleap проводить тестирование на ионное загрязнение печатных плат? Компания Highleap предоставляет услуги по производству печатных плат/сборок печатных плат и контролю качества, а также может рассмотреть требования к ионной чистоте, специфичные для конкретного проекта, в ходе запроса предложений. Необходимо явно подтвердить наличие тестирования ROSE, IC или SIR, включая любые необходимые услуги внешней лаборатории. Мы не предлагаем эти услуги автоматически в каждом стандартном заказе печатных плат.

Достаточно ли тестирования ROSE для подтверждения чистоты и надежности печатной платы? Нет. ROSE — это метод мониторинга процесса, основанный на экстракции из больших объемов материала. Он не идентифицирует ионные соединения, не обнаруживает все захваченные остатки и сам по себе не доказывает надежность при влажности и электрическом напряжении. В зависимости от области применения могут быть оправданы дополнительные химические или электрические исследования.

В чем разница между ионным тестированием голой печатной платы и тестированием чистоты собранной печатной платы? Голая плата осматривается до нанесения паяльных материалов и изменения геометрии компонентов. Собранная печатная плата может содержать дополнительные остатки флюса и следы обработки, включая материал, попавший под компоненты. Это разные образцы с потенциально разными условиями доступа к материалам и базовыми показателями чистоты.

Означает ли низкое значение ROSE, что ионная хроматография не нужна? Не обязательно. Если требуется идентифицировать конкретный ион, исследовать проблему в полевых условиях или сравнить источники остатков, ионная хроматография может предоставить полезную информацию даже при низком общем значении. Метод анализа должен соответствовать инженерной задаче.

Следует ли проверять ионную чистоту печатных плат перед нанесением конформного покрытия? Если нанесение покрытия предусмотрено, то установление допустимых условий по содержанию остатков перед нанесением покрытия, как правило, имеет важное значение, поскольку покрытие может затруднить последующий доступ и доработку. Точная точка допустимости и подтверждающие документы должны быть определены в утвержденном производственном процессе.

Примечание для инженеров: ROSE, IC и SIR — это разные методы, и их результаты не взаимозаменяемы. Для конкретного проекта необходимо уточнить доступность испытаний, аккредитацию лабораторий, стоимость, отбор проб, область квалификации, пределы допустимых значений и сроки выполнения. Универсального показателя ионного загрязнения, гарантирующего надежность в полевых условиях, не существует.