PCB 고장 예방: 이온 오염 테스트 가이드
PCB 이온 오염
PCBA 고장의 약 15%가 오염으로 인해 발생합니다. 이온 오염은 결함이 있는 PCB로 이어지는 여러 문제를 일으킬 수 있습니다. 조립을 완료하기 전에 베어 보드의 이온 오염을 테스트하면 오염 물질로 인한 결함 위험을 줄일 수 있습니다. 이 가이드는 이온 오염, 그것이 일으키는 문제, 제조업체가 이온 오염 테스트를 수행하는 방법을 설명합니다.
PCB에서 이온 오염이란?
이온 오염은 신뢰성과 기능성을 방해하는 이온성 잔류물이 완성된 PCB에 남아있을 때 발생합니다. 이온성 잔류물은 용액에 있을 때 도전성이 되는 원자나 분자를 포함합니다. 수분에 노출되면 이온성 잔류물이 음전하 또는 양전하를 띤 요소로 해리되어 용액의 전체 전도도를 변경시킵니다.
PCB는 비이온성 오염도 가질 수 있는데, 이는 비이온성 잔류물을 포함합니다. 비이온성 잔류물은 도전성 특성이 없으므로 보통 생산 및 조립 후 PCB에 남아있어도 됩니다. 따라서 대부분의 제조업체는 기판의 청결도를 검사할 때 이온 오염에 초점을 맞춥니다. 생산 중 PCB 부품에 영향을 미치는 이온성 잔류물에는 다음이 포함됩니다.
- 염분
- 무기 및 유기산
- 에탄올아민
- 땀
- 플럭스 활성제
- 도금 화학약품
이온 오염에는 두 가지 일반적인 소스가 있습니다.
- 베어 보드 청결도 부족: 많은 이온 오염물질은 기판 자체에서 나옵니다. 기판 제조 공정과 환경 노출로 미립자 잔류물, 오일, 염분, 먼지 같은 잔류물이 남을 수 있습니다. 베어 보드에 부품을 추가하기 전에 제조업체는 이전 생산 단계에서 남은 오염물질이 없는지 확인해야 합니다.
- 공격적인 화학약품 사용: 구리 에칭액, 수용성 솔더링 화학약품 및 기타 종류의 공격적인 화학약품은 제대로 세척하지 않으면 기판의 전도도를 변경하는 잔류물을 남길 수 있습니다.
이온성 잔류물이 일으키는 문제는?
제조업체가 과도한 이온성 잔류물을 제거하지 못하면 다음 문제가 발생할 수 있습니다.
- 부식: 대부분의 PCB는 금속 소재로 인해 결국 부식됩니다. 그러나 이온 오염은 PCB의 예상 수명에 비해 훨씬 더 짧은 시간에 부식이 발생하게 할 수 있습니다. 부식은 산소가 금속과 결합하여 녹을 만드는 과정을 말합니다. 수분이 이온성 잔류물과 접촉하면 단락 위험이 증가합니다. 부식된 금속이 벗겨져 PCB 작동에 필요한 화학적 특성을 잃습니다.
- 덴드라이트 성장: 덴드라이트 성장 중에는 DC 전압 바이어스의 영향을 받는 전해질 용액을 통해 도전성 금속 슬리버(덴드라이트)가 PCB에 성장합니다. 솔더 마스크의 기공이 플럭스나 다른 이온성 잔류물을 유지할 때 덴드라이트가 빠르게 나타날 수 있습니다. 덴드라이트가 서로 접촉하면 단락 및 간헐적 작동 같은 결함이 발생할 수 있습니다.
- 전기화학적 이동: 전기화학적 이동도 덴드라이트를 포함하지만, 구체적으로 유전체 물질을 가로질러 성장할 때를 말합니다. 덴드라이트가 도전성 이온에서 형성되므로 PCB의 의도된 설계와 다르게 전류를 유도할 수 있습니다. 덴드라이트 성장은 전기화학적 이동을 유발하여 완전 또는 간헐적 고장을 만듭니다. 덴드라이트 성장과 전기화학적 이동은 밀접하게 관련되어 있으며 동시에 발생하는 경향이 있습니다.
이온 오염 테스트에 사용되는 청결도 측정
이온성 잔류물이 PCB 수명을 단축하지 않도록 많은 제조업체는 제조 공정의 일부로 기판을 세척합니다. 이온 오염 테스트를 통해 제조업체는 생산 중에 충분한 세척 기술을 사용하고 있는지 판단할 수 있습니다. 이온 오염을 감지하는 데 사용되는 청결도 테스트 방법에는 다음이 포함됩니다.
- 배치형 수용성 세척 시스템의 저항률 테스트: PCB 세척에 사용되는 시스템에는 종종 내장된 저항률 측정 도구가 있습니다. 이 결과는 IPC 표준을 충족하는 데 사용할 수 없지만 세척 시스템의 효과에 대한 통찰을 제공할 수 있습니다.
- 용매 추출 저항률(ROSE) 테스트: ROSE 테스트는 오염으로 이어질 수 있는 벌크 이온을 감지합니다. 제로 이온 또는 유사한 유형의 이온 테스트 장치가 PCB에서 발견된 이온을 용매 용액으로 끌어당깁니다. 테스트는 제곱인치당 벌크 이온으로 결과를 측정합니다.
- 수정된 ROSE 테스트: 수정된 ROSE 테스트는 표준 ROSE 테스트에 열 추출 방법을 추가합니다. 여전히 벌크 이온을 끌어당기는 용매가 관여합니다. 그러나 표준 조건에서 이온을 끌어당기는 대신 PCB와 용매 용액을 높은 온도에 노출시킵니다. 그런 다음 용액이 이온그래프 스타일 장비로 테스트를 거칩니다.
- 이온 크로마토그래피 테스트: 이온 크로마토그래피 테스트는 수정된 ROSE 테스트와 유사한 열 추출 방법을 포함합니다. 추출 후 용액이 이온 크로마토그래프 테스트 장치에서 테스트를 거칩니다. 이 테스트 결과는 샘플의 특정 이온 종과 종별 제곱인치당 수준에 대한 정보를 제공합니다.
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