Pourquoi le vernis épargne se décolore-t-il en blanc après refusion ?

Le vernis épargne blanc d'un circuit imprimé ENIG peut paraître normal avant expédition, mais prendre une teinte rose ou rougeâtre après refusion CMS. Une cause possible est la présence de résidus du procédé d'immersion à l'or sur le vernis épargne, qui interagissent avec son pigment blanc lors du chauffage ultérieur.

Chez SQPCB, nous avons traité un cas ayant engendré des pertes cumulées de près de 40 000 USD . L’enquête a mis en évidence l’importance du nettoyage post-ENIG et de la vérification de l’aspect thermique.

Cet article explique ce qui s'est passé, le contexte technique et les contrôles de processus qui peuvent contribuer à prévenir des problèmes similaires.

Décoloration blanche du vernis épargne après refusion

Cartes nues normales, assemblages de circuits imprimés décolorés

Les conseils d'administration concernés ont passé avec succès nos contrôles de sortie de routine :

• L'aspect blanc du masque de soudure était normal.
• L'inspection visuelle n'a révélé aucune décoloration évidente.
• Tests électriques réussis.

Après le refusion CMS chez le client, le vernis épargne blanc a présenté une coloration rougeâtre plus ou moins prononcée. Les composants étant déjà assemblés, la résolution du problème s'est avérée beaucoup plus coûteuse.

Un léger changement de couleur était apparu lors de l'assemblage du prototype. Étant donné son caractère mineur, il n'a pas suscité suffisamment d'attention. Lors de la production en série, la quasi-totalité du lot a présenté ce problème à des degrés divers.

La leçon était claire : toute petite anomalie constatée sur un prototype doit faire l'objet d'une enquête avant d'augmenter la production.

Pourquoi ENIG était-il un indice important ?

Parmi les échantillons que nous avons comparés, les cartes concernées partageaient deux caractéristiques :

Masque de soudure blanc et finition de surface ENIG.

Les autres finitions de surface comparées n'ont pas présenté le même problème. Cela a orienté nos recherches vers le traitement à l'or par immersion et le rinçage subséquent.

Cela ne signifie pas que le vernis épargne blanc et l'ENIG sont fondamentalement incompatibles. Des matériaux correctement sélectionnés et un processus de fabrication maîtrisé permettent d'obtenir des cartes satisfaisantes. Le problème réside dans la combinaison de la formulation du vernis épargne, de la chimie du placage, des contaminants résiduels et des conditions d'assemblage.

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Comment les résidus ENIG peuvent-ils affecter le vernis épargne blanc ?

Le vernis épargne blanc contient généralement du dioxyde de titane comme pigment blanc.

Une étude publiée par Technic établit un lien entre la coloration rouge ou rose observée après le refusion CMS et les interactions entre les constituants chimiques de l'or d'immersion et le dioxyde de titane présent dans le vernis épargne. www.technic.com

Taiyo et Umicore ont également constaté un lien entre la propreté du rinçage après l'application d'or et la décoloration. Les échantillons exposés à des conditions de rinçage plus propres sont restés blancs, tandis que ceux traités dans des conditions de rinçage plus contaminées sont devenus violets lors des tests thermiques ultérieurs. archive.constantcontact.com

Ces résultats montrent pourquoi l'enquête doit s'étendre au-delà du four de refusion. La chaleur peut révéler un problème survenu plus tôt lors de la fabrication des circuits imprimés.

Cependant, la couleur seule ne permet pas d'identifier précisément le contaminant ou la réaction. Le processus réel nécessite une investigation et une comparaison contrôlée.

Ce que SQPCB a découvert au cours de l'enquête

Pour ce projet, le bain d'or par immersion fonctionnait à environ 65 ± 5 °C . Il s'agissait des conditions de fonctionnement de ce procédé particulier, et non d'une exigence de température universelle pour le procédé ENIG.

Bien que les cuves de rinçage suivantes n'aient pas été chauffées, la chaleur résiduelle du processus précédent a maintenu l'eau relativement chaude.

Le premier rinçage après l'immersion de l'or était un rinçage statique de récupération, car la solution entraînée contenait de l'or. Au fil du temps, des contaminants se sont accumulés dans le réservoir.

Notre enquête a porté sur :

• Résidus de procédé accumulés.
• Contamination organique et prolifération microbienne possible.
• L'efficacité du rinçage ultérieur.
• Résidus restant sur la surface du masque de soudure.

Notre explication provisoire était que la contamination contribuait à une élimination incomplète des résidus, permettant ainsi à la décoloration de se développer pendant le chauffage.

Les essais correctifs ont confirmé l'efficacité du nettoyage comme facteur clé. Ils n'ont cependant pas permis d'établir de manière indépendante tous les détails du mécanisme microbien ou chimique.

Nettoyage à l'eau chaude : une mesure corrective spécifique au cas par cas

Dans ce cas, les échantillons de panneaux nus affectés ont été nettoyés à nouveau à l'aide d'eau chaude à 90–100 °C et soumis à une vérification thermique ultérieure.

Les échantillons nettoyés à nouveau n'ont pas présenté la même décoloration lors des tests de suivi. Ceci a permis d'orienter les mesures correctives et a confirmé l'importance des résidus de surface.

Cette plage de températures ne doit pas être considérée comme une spécification de nettoyage universelle. Le traitement approprié dépend du vernis épargne, du stratifié, de la construction de la carte, du niveau de contamination et des exigences de séchage.

Les cartes de circuits imprimés assemblées nécessitent une évaluation distincte, car les composants et les matériaux d'assemblage peuvent ne pas supporter le même traitement.

La réussite de la remise en état doit être vérifiée après chauffage, et non pas seulement jugée sur son apparence immédiatement après le nettoyage.

Pourquoi la perte totale a atteint près de 40 000 USD

L'impact financier s'est étendu bien au-delà du coût des cartes nues.

Notre réponse a inclus la production de remplacement, le retour des cartes concernées depuis les États-Unis, la remise en état, des remises négociées sur les produits assemblés concernés et des accords de compensation via les commandes ultérieures.

Les coûts combinés comprenaient :

• Transport maritime international.
• Analyse des défaillances et retouches.
• Planches mises au rebut.
• Pertes de cartes électroniques clients.
• Production de circuits imprimés de remplacement.

Plus un problème de fabrication est détecté tardivement, plus la valeur accumulée qu'il peut affecter est importante.

Comment réduire le risque de décoloration blanche du vernis épargne

1. Contrôle du rinçage post-ENIG

Un rinçage de récupération permet de récupérer les résidus chimiques précieux ; il ne remplace pas un nettoyage efficace en aval.

Définir, en consultation avec le fournisseur du procédé, les contrôles appropriés pour la qualité de l'eau, l'entretien des réservoirs, le renouvellement de la solution et les performances de rinçage.

2. Vérifier la compatibilité des matériaux et des procédés

Évaluer le masque de soudure blanc sélectionné avec la chimie ENIG réelle et les conditions de traitement.

Il convient de considérer la blancheur initiale au même titre que la stabilité de la couleur après la finition de surface et l'exposition thermique.

3. Inclure des contrôles d'aspect thermique

Les tests électriques de routine ne permettent pas de détecter un changement de couleur qui n'apparaît qu'après chauffage.

Utilisez des échantillons représentatifs et un profil thermique approprié pour vérifier l'aspect avant et après exposition. Le cas échéant, indiquez le flux du client et le nombre de cycles de refusion prévus.

Cette considération s'applique aussi bien aux cartes simples qu'aux circuits imprimés multicouches.

4. Examiner la décoloration du prototype

Une légère teinte rosée lors de l'assemblage du prototype mérite d'être prise en compte avant la production en série.

Consignez les conditions, conservez des échantillons de comparaison et vérifiez les mesures correctives avant de libérer de nouveaux lots.

5. Préserver la vérification malgré des délais de livraison serrés

Pour la fabrication rapide de circuits imprimés , les contrôles pertinents des matériaux et des processus doivent rester partie intégrante de la planification de la production.

Détecter une anomalie au plus tôt permet d'éviter des pertes d'assemblage plus importantes et des perturbations de livraison.

Que vérifier lorsque le vernis épargne blanc devient rouge ?

Lors de l'investigation d'une décoloration après refusion SMT, examinez ensemble les informations suivantes :

Les résidus post-ENIG constituent une piste de recherche importante, mais il ne faut pas supposer qu'ils expliquent tous les cas.

Chez SQPCB, cette expérience a renforcé une exigence pratique : l'aspect des cartes ENIG à masque de soudure blanc doit être évalué après le traitement thermique approprié, ainsi qu'avant l'expédition.

Écrit par 

— Tony Niu | Fabricant de circuits imprimés | 25 ans d'expérience dans le secteur

Partager des connaissances pratiques en matière de fabrication de circuits imprimés, nouer des contacts avec des pairs du secteur et établir des partenariats durables avec des clients du monde entier.

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