Водопроводная вода, кожное сало, крем для рук и жир от пиццы — инженер Indium Corporation измерил, как каждый из этих загрязнителей снижает поверхностное сопротивление изоляции электроники.
Можно ли мыть плату водопроводной водой? – НЕТ
Водопроводная вода — не средство очистки платы, а источник загрязнения. Это подтверждает эксперимент Эрика Бастоу из Indium Corporation, в котором водопроводную воду тестировали наравне с кожным салом, маслом конвейера печи оплавления, жиром от пиццы и кремом для рук. Все пять загрязнителей оценивались по влиянию на SIR (поверхностное сопротивление изоляции) — ключевой параметр электрической надёжности.
Водопроводная вода показала себя как самый непредсказуемый загрязнитель из всех протестированных. Но обо всём по порядку.
Условия эксперимента
Тестовая платформа — стандартные SIR-купоны IPC-B-24: линии 0,4 мм, зазоры 0,5 мм, напряжение 5 В постоянного тока. Паяльная паста — безгалогенная бессвинцовая no-clean SAC305.
Пять загрязнителей:
- Водопроводная вода — хлорированная муниципальная вода (ионохроматография: Cl⁻ 41 ppm, F⁻ 0,02 ppm, Br⁻ 0,2 ppm).
- Кожное сало и пот — собранные с кожи лба автора исследования.
- Масло конвейера печи оплавления — высокотемпературное масло цепного транспортёра.
- Жир от пиццы с пепперони и сыром.
- Крем для рук — состав: вода, стеариновая кислота, вазелин, цетиловый спирт, глицерин, PEG-100 стеарат, акрилат/стеарет-20, карбомер, триэтаноламин, парабены, ЭДТА.
Каждый загрязнитель наносили на купон и размазывали перчаткой по всей площади гребёнки. Тестировали в трёх сценариях: без оплавления, после одного цикла оплавления, и в комбинации с паяльной пастой после оплавления. Купоны с водой и кремом перед дальнейшей обработкой высушивали на воздухе.
Водопроводная вода: почему она опасна
Результаты SIR для водопроводной воды оказались нестабильными во всех трёх сценариях. Почти все паттерны на всех купонах дали значения ниже контроля, но устойчивый тренд выявить не удалось — каждая гребёнка вела себя по-своему. В отличие от остальных загрязнителей, поведение воды не поддаётся простому описанию вида «минус N порядков».
Причина — в механизме загрязнения. При высыхании вода скапливается в определённых зонах купона, и растворённые ионы (прежде всего хлориды — 41 ppm) концентрируются именно там. Образуются локальные участки с высокой ионной нагрузкой. После SIR-теста на купонах остались характерные пятна — следы минеральных отложений. Эти же зоны совпали с участками, где паста плохо смачивала медь.
Ни один из трёх сценариев — без оплавления, после оплавления, с пастой — не устранил проблему. Оплавление не выпаривает минеральные соли — оно лишь удаляет воду, а ионы остаются на поверхности.
Остальные загрязнители: от худшего к лучшему
Крем для рук — абсолютный антирекорд
Без оплавления — падение SIR на 4–5 порядков относительно контроля. Худший результат в эксперименте. Однако после прохождения профиля оплавления показатели полностью восстанавливаются. Комбинация с пастой — аналогично, эффект отсутствует.
При нагреве компоненты крема испаряются или разлагаются. Но если крем попадает на плату после пайки — на этапе контроля, ремонта, упаковки — это самый разрушительный из протестированных загрязнителей.
Жир от пиццы — стабильно плохо
Без оплавления — минус 2–3 порядка, причём на одном купоне через ~100 часов теста произошла дополнительная резкая деградация. После оплавления — стабильные значения порядка 1×10¹⁰ Ом/□, минус 2 порядка. С пастой — аналогично.
Бастоу предполагает, что жировая фракция частично работает как инкапсулянт — иммобилизует галогениды из сыра и блокирует их коррозионную активность. Без этого эффекта результаты были бы ещё хуже. Но даже с ним жир от еды снижает SIR во всех сценариях — оплавление не помогает.
Кожное сало и пот
Без оплавления — минус 2–3 порядка. После оплавления — минус 1 порядок. В комбинации с пастой — эффект неотличим от чистой пасты. Термический цикл частично нейтрализует загрязнитель, а флюс пасты при совместном оплавлении компенсирует его полностью.
Масло конвейера печи — скрытая угроза
Стабильное снижение на 1 порядок — и без оплавления, и после. В комбинации с пастой — падение до 2 порядков. Масло практически не мешает смачиванию меди, соединения визуально нормальные, но SIR деградирует. Дефект невидим без измерений.
Сводная таблица
Загрязнитель Без оплавления После оплавления С пастой + оплавление Водопроводная вода Ниже контроля, нестабильно Ниже контроля, нестабильно Ниже контроля, нестабильно Крем для рук −4…5 порядков Нет эффекта Нет эффекта Жир от пиццы −2…3 порядка −2 порядка −2 порядка Кожное сало −2…3 порядка −1 порядок Нет эффекта Масло конвейера −1 порядок −1 порядок −2 порядка
Два класса поведения
Загрязнители чётко делятся на две группы:
Термически нейтрализуемые — крем для рук и кожное сало. Цикл оплавления существенно снижает или полностью устраняет их негативное влияние. Опасны при попадании на плату после последнего термического цикла.
Термически устойчивые — водопроводная вода, жир от пиццы, масло конвейера. Оплавление не решает проблему. Эти загрязнители снижают SIR в любом сценарии. Водопроводная вода — единственный загрязнитель с непредсказуемым поведением, что делает её особенно опасной: невозможно заранее оценить масштаб ущерба.
Практические выводы
Эксперимент проводился при зазорах 0,5 мм и 5 В — далеко не самые жёсткие условия. В современных устройствах зазоры меньше, напряжения могут быть выше. Чувствительность к загрязнениям при этом растёт нелинейно.
Промывка плат. Только деионизированная вода. Водопроводная вода оставляет на поверхности хлориды, кальций и другие ионы, которые не удаляются ни сушкой, ни оплавлением.
Работа с платами. Перчатки на всех этапах — от распаковки до упаковки. Критичнее всего этапы после пайки: контроль качества, ремонт, тестирование, упаковка. Плата уже не пройдёт через печь, и загрязнитель останется навсегда.
Ремонтные мастерские. Локальный нагрев паяльной станцией не покрывает всю площадь платы и не нейтрализует загрязнитель за пределами зоны пайки. Если мастер перед работой наносил крем для рук — загрязнение попадёт на участки, которые не будут прогреты.
Обслуживание оборудования. Следы масла с конвейера печи невидимы при осмотре пайки, но снижают SIR. Регулярная проверка чистоты конвейера — обязательная процедура.
По материалам: Eric Bastow, “The Effects of Human-Induced Contamination on PCB Assembly Electrical Reliability“, Indium Corporation. Впервые представлено на APEX 2013, Сан-Диего.
Автор адаптации: Sigma Flux / sigmaflux.ru