离子污染的影响 污染测试的一个重要更新 从ROSE转换到PICT

作者:Gen3 Systems公司:Chris Hunt,Graham Naisbitt

在上世纪70年代开发的测量溶剂水混合物电导率的技术对于今天的印制电路组件(PCAs)已经过时了。溶解在溶液中的离子种类改变了测量的电导率。因此,这种测量是移动离子种类的指示器。虽然最初的概念是使用该技术作为一个工艺过程的工具,但是它被采取和应用于清洁度测量。多年来,军用(如MIL-STD-2000)和商用(如IPC-J-STD-001)制造标准都要求制造的电路板组件(PCAs)提取测量的表面要满足离子清洁度要求<1.56 μg(NaCl)/cm2。这种技术被称为溶剂萃取液电阻率(ROSE)测试,测试方法如IPC-TM-650 方法2.3.25所述。

这个标准1.56 μg/cm2应用于平面的和均匀的表面,如裸板具有一定的价值。然而,应用于具有广泛的复杂性、多种形状的元件、一系列的关键特征尺寸、不同数量的焊点、由一系列的焊剂类型和不同的材料制造的组件,是过于简单了。焊剂残留物的测量是目前面临的一个令人关注的挑战,自1.56 μg/cm2这个值提出以来,焊剂成分一直在变化,最显着的变化就是引进了免清洗系统。因此就一个值如何能体现PCAs上所有可能的多样性和复杂性。另外,由于ROSE技术是一个平均法,它也不能反映PCA不同区域对ROSE测试值的不同贡献作用。因此,基于组件上ROSE测试的任何值,表征组装后的PCA的适合性是有疑问的。它不会识别和表征PCA上的薄弱点。

无疑,ROSE技术测量可溶性离子残留物。然而存在的非离子残留物也会导致可靠性问题。吸湿性非离子残留物会引起吸水膜增厚,造成表面绝缘电阻下降等问题,并增加阳极腐蚀。这些非离子残留物是清洁度问题,但是显然ROSE系统将不检测溶解的非离子残留物,因此在这个背景下,清洁度测量是完全不适当的。

因为就一个值不可能成为各种各样的PCAS的基准,因此像过去那样讨论 “清洁度”水平是无意义的。ROSE技术中缺乏更深理解的方法,如何解释结果,导致了过于简单化的“一刀切”的清洁度标准。因此,对于这个测试告诉你什么和不告诉你什么人们往往了解甚少。

正如上面提到的,该测试技术最初是在20世纪70年代开发的,它从来没有打算用作清洁度测试,也不作为产品的可接受性测试。它只是被用来作为过程控制的测试。使用离子污染值作为产品验收的度量措施是美国国防部希望实行通过/失败标准的结果。然而,自那时以来,现代组件已变得更加复杂,单一的“一刀切”的清洁度标准已不可行了。

正如我们上面所讨论的,不知道该方法的缺点,应用1.56值是一种谬见。应考虑PCA产品的复杂性。应该进行独立的相关研究,研究表明,ROSE值是硬件或产品可接受和不可接受之间的一个可接受的鉴别器。因此,高于1.56的值可以被证明是可以接受的,产品将能实现目标寿命性能。

ROSE测试其核心就是一个基于萃取的测试,基于残留物溶解力、溶解的离子含量、溶剂的循环速率、温度和暴露时间。因此,不是所有的残留物都在同一程度上被ROSE测试仪萃取和检测。测试时间也是有限的,不可能所有的东西都有足够的时间被萃取。因此,在ROSE测试仪之间有隐式变化,一个单一值的通过/失败标准将导致有关通过/失败水平不同的结果。因此,可能出现不可预见的可靠性问题。

ROSE测试仪的效率也是问题。如果个别仪器萃取离子残留物的能力弱,那么它更有可能让产品通过。如系统循环率、电导池效率等问题都是重要的参数。效率问题是不采用通用的清洁度水平的另一个原因,而是追求独立的相关测试和为ROSE测试仪设置特定的值。现在IPC和IEC委员会都在努力工作,意图废弃1.56 μg/cm2 NaCl值。取而代之的新标准正在撰写,采用先前ROSE测量方法的类似方法,但是现在新的测试方法从过程控制的角度来接近研究或调查的对象,该测试将被称为“工艺过程离子污染测试”(PICT)。

PICT方法是一个非常明确的方法,有助于控制裸板和后续的组装工艺过程。Gen3 Systems公司与Robert Bosch公司进行了一项研究,在全球不同的生产基地使用CM +系统并应用验证程序。实践证明,Gen3 Systems CM+测量范围满足Robert Bosch公司可重现性的六西格玛标准。实现了在全球不同的生产基地高确定性地优化制造技术和材料以及制造控制。因此该方法克服或避免了上面所讨论的ROSE方法中的困难。Gen3 Systems真正起到了监控制造过程的作用。

Robert Bosch公司和Gen3 Systems公司联合在2017年2月7–14日在圣地亚哥举行的IPC APEX展会上就这一最新成果进行了演讲。

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