Kompleksowy przegląd badań w mgle solnej dla PCB i PCBA

Badanie w mgle solnej to kluczowa procedura testowa służąca do weryfikacji odporności środowiskowej PCB i PCBA . Niniejszy artykuł przedstawia kompleksowe i szczegółowe wyjaśnienie.

I. Cel i znaczenie testu

Badanie w mgle solnej służy przede wszystkim do oceny odporności na korozję PCB i PCBA oraz procesów obróbki powierzchni w słonym, wilgotnym środowisku atmosferycznym. Jego głównym celem jest nie tylko symulacja rzeczywistego środowiska morskiego, ale także zapewnienie przyspieszonego i kontrolowanego środowiska korozyjnego dla:

1. Ocena skuteczności ochrony: badanie skuteczności ochrony warstw maski lutowniczej i metod obróbki powierzchni (takich jak HASL, złoto zanurzeniowe/ENIG, OSP itp.) na podłożu miedzianym.

2. Wykrycie potencjalnych defektów: Ujawnienie defektów, takich jak mikropory, zarysowania i zanieczyszczenia na warstwie maski lutowniczej, które mogą powstać w procesie produkcyjnym.

3. Porównanie zalet i wad procesu: dostarczenie danych porównawczych na temat odporności na korozję różnych obróbek powierzchni oraz materiałów lub tuszy pochodzących od różnych dostawców.

4. Prognozowanie długoterminowej niezawodności: Podawanie informacji dotyczących niezawodności produktów elektronicznych, które będą użytkowane w trudnych warunkach, takich jak obszary przybrzeżne i zakłady chemiczne.

II. Normy testowe

Najczęściej stosowane standardy z następujących głównych systemów:

● IEC (Międzynarodowa Komisja Elektrotechniczna): IEC 60068-2-11 i IEC 60068-2-52. Norma IEC 60068-2-52 jest częściej stosowana, ponieważ obejmuje różne poziomy surowości (od Ka do Kd).

● ISO (Międzynarodowa Organizacja Normalizacyjna): ISO 9227, jedna z najpopularniejszych norm dotyczących testowania w mgle solnej na świecie.

● ASTM (Amerykańskie Stowarzyszenie Badań i Materiałów): ASTM B117, tradycyjna i uznana metoda badawcza.

● Chińskie normy krajowe (GB): GB/T 2423.17 i GB/T 2423.18, zasadniczo równoważne normom IEC.

W przemyśle elektronicznym najczęściej stosuje się normy IEC 60068-2-52 i ISO 9227.

III. Metody i procedury testowe

1. Przygotowanie roztworu:  

Zazwyczaj stosuje się roztwór NaCl (chlorku sodu) o stężeniu 5% ± 1% i pH w zakresie obojętnym (6,5–7,2). Czasami w celu dalszego przyspieszenia korozji stosuje się „test przyspieszonej mgły solnej z kwasem octowym”.

2. Warunki testu:

● Temperatura w komorze solnej: Zasadniczo stała i wynosi 35°C ± 2°C.

● Wilgotność względna: około 100%.

● Szybkość osadzania: Ilość soli fizjologicznej osadzającej się na kolektorze powinna być kontrolowana i wynosić 1,0 ~ 2,0 ml/80 cm²·h.

3. Przygotowanie do testu:

● Próbką testową powinna być płytka PCB z ukończoną obróbką powierzchni, najlepiej z reprezentatywną grafiką (taką jak linie i pola lutownicze).

● Próbka musi być czysta, bez odcisków palców i tłuszczu.

● Kąt nachylenia ma kluczowe znaczenie; z reguły powierzchnia próbki powinna być nachylona pod kątem 15°–30° do pionu, aby mieć pewność, że solna mgiełka swobodnie osiada na powierzchni, nie gromadzi się i nie kapie.

4. Czasy cykli testowania:

● W zależności od wymagań i standardu produktów, typowe cykle wynoszą 24h, 48h, 96h, 168h (7 dni) lub nawet dłużej.

● Test w obojętnej mgle solnej (NSS): Najbardziej podstawowy test.

● Przyspieszony test w mgle solnej z kwasem octowym (AASS): do roztworu dodaje się kwas octowy, co obniża pH do ~3,2, co powoduje szybszą korozję; stosuje się w przypadku bardziej rygorystycznych ocen.

● Test w mgle solnej z kwasem octowym przyspieszonym miedzią (CASS): Na podstawie AASS dodawany jest chlorek miedzi, co skutkuje najwyższą korozyjnością i najwyższą szybkością przyspieszenia.

5. Odzyskiwanie: 

Po przeprowadzeniu testu próbkę należy delikatnie oczyścić w wodzie o temperaturze pokojowej, aby usunąć sole powierzchniowe, a następnie pozostawić w standardowych warunkach atmosferycznych (np. 23°C, 50% RH) na 1–2 godziny przed oceną.

IV. Ocena wyników i kryteria niepowodzenia 

Po przeprowadzeniu testów nie chodzi tylko o sprawdzenie, czy nie ma rdzy, ale o szczegółową inspekcję:

1. Kontrola wizualna:

● Podłoże: Sprawdź, czy nie występują pęcherze, rozwarstwienia i przebarwienia.

● Maska lutownicza: Sprawdź, czy nie występują pęcherze, łuszczenie, pęknięcia i przebarwienia.

● Przewodniki i podkładki:

1) Korozja miedzi: Na powierzchni miedzi pojawia się zielona, ​​niebieska lub czarna rdza.

2) Korozja powierzchniowa: Na przykład, czernienie powierzchni cynowanej, „czerwona rdza” (korozja warstwy niklu) pod warstwą złota zanurzeniowego oraz uszkodzenie powłoki OSP odsłaniające tlenek miedzi.

3) Migracja elektrochemiczna: Pod wpływem napięcia polaryzacji mogą tworzyć się dendryty, co prowadzi do zwarć.

2. Badanie parametrów elektrycznych: 

Sprawdź, czy rezystancja izolacji spada lub czy występują zwarcia/upływy.

3. Badanie wydajności mechanicznej

Sprawdź, czy po przeprowadzeniu testów lutowność padów uległa pogorszeniu.

4. Wspólne kryteria: 

Na przykład po 96-godzinnym teście w neutralnej mgle solnej maska ​​lutownicza nie powinna wykazywać pęcherzy ani łuszczenia się, a szerokość korozji miedzi na krawędziach przewodnika nie powinna przekraczać określonego zakresu (np. 100 µm).

V. Wymagania dotyczące projektowania i produkcji płytek PCB

Aby zwiększyć wskaźnik zaliczeń testów w mgle solnej, na etapie projektowania i produkcji należy wziąć pod uwagę następujące kwestie:

1. Wybór obróbki powierzchni:

● Immersion Gold (ENIG): Generalnie działa dobrze, ale należy uważać, aby nie dopuścić do powstania „czarnych padów”.

● Cyna immersyjna, srebro immersyjne: Zapewniają dobrą odporność na korozję, należy jednak pamiętać o przechowywaniu i utlenianiu.

● HASL: Grubsza warstwa, ale nierówna powierzchnia może powodować korozję.

● OSP: Cienka warstwa ochronna, ogólnie słabsza odporność na działanie mgły solnej.

2. Maska lutownicza: 

Wybierz tusze o wysokiej przyczepności, gęstości i dobrej odporności chemicznej. Pokrycie jest kluczowe; upewnij się, że wszystkie powierzchnie miedziane są dobrze pokryte, zwłaszcza krawędzie przewodów.

3. Specyfikacje projektu:

● Unikaj umieszczania precyzyjnych ścieżek wzdłuż krawędzi płytki.

● Rozważ nałożenie powłoki ochronnej, takiej jak powłoka konforemna. To jeden z najskuteczniejszych sposobów na znaczną poprawę odporności na mgłę solną.

● Prawidłowe rozmieszczenie zapobiega powstawaniu mostków korozyjnych.

VI. Ważne uwagi

● Ograniczenia przyspieszenia i korelacji: Badanie w mgle solnej to przyspieszony test korozyjny, a jego wyniki nie mają bezpośredniego, liniowego związku z żywotnością płytki drukowanej w rzeczywistych warunkach zewnętrznych. Jest ono wykorzystywane głównie do porównań jakościowych i wykrywania defektów.

● Kontrola spójności: Należy ściśle kontrolować kalibrację komory solnej, stężenie roztworu, wartość pH i kąt umieszczenia; w przeciwnym razie powtarzalność wyników będzie słaba.

● Kompleksowa ocena: Test w mgle solnej zazwyczaj nie jest stosowany jako samodzielne kryterium niezawodności. Należy go połączyć z innymi testami środowiskowymi, takimi jak test odporności na wilgoć i ciepło oraz test cyklicznych zmian temperatury, aby kompleksowo ocenić niezawodność produktu.

Streszczenie

Badanie w mgle solnej płytek PCB i PCBA to fundamentalny i krytyczny test niezawodności, który mierzy i weryfikuje odporność na korozję środowiskową. Weryfikacja ta obejmuje przede wszystkim jakość produkcji PCB, a w szczególności integralność procesów obróbki powierzchni i maski lutowniczej. Odpowiedni dobór norm testowych, ścisła kontrola procesu testowania oraz połączenie go z poprawną analizą awarii pozwala na skuteczną poprawę długoterminowej niezawodności płytek PCB w trudnych warunkach.

Benlida zajmuje się produkcją płytek PCB i montażem PCBA od 14 lat i posiada w pełni wyposażone laboratorium jakości. Jeśli Twoje płytki PCB i PCBA lub produkty elektroniczne wymagają badania w mgle solnej, skontaktuj się z Benlidą!