Nei processi di produzione e assemblaggio del circuito stampato (PCB) è comune la valutazione del rischio di malfunzionamento dovuto a contaminazione in fase di realizzazione. Ma è bene anche non ottovalutare i rischi che possono arrivare dalle condizioni di lavoro in campo.
I contaminanti più noti e più spesso rilevati in queste fasi sono composti
inorganici di bromo, cloro, iodio, fluoro e zolfo che manifestano alta reattività con il rame di cui causano l’ossidazione e la corrosione (Ambat,
2006). Gli stessi fenomeni possono essere mediati anche da composti organici, meno noti, ma altrettanto reattivi: numerosi idrocarburi clorurati e solforati sono stati individuati in ogni classe di molecole biologiche ambientali, tra cui terpeni, steroidi, acidi grassi e amminoacidi
(Wagner et al. 2009). Tali sostanze sono in grado di rilasciare cloro e zolfo e generare un microambiente corrosivo per gli elementi metallici. Per prevenire la contaminazione si osservano alti standard qualitativi e scrupolosi controlli nella produzione e adeguate protezioni per la vita sul campo. Tuttavia i malfunzionamenti dovuti a contaminazioni, soprattutto dopo un uso prolungato dei dispositivi restano un attivo campo di ricerca (Ambat, 2006) (Sastri, 2015) (Wolfgong et al. 2020) (Xiao et al. 2018).
Le problematiche più comuni
Recentemente, con l’adattamento di alcune tecniche di chimica analitica
utilizzate principalmente in ambito organico, è stato possibile valutare
più approfonditamente l’influenza del materiale organico nel malfunzionamento delle schede. Si è osservato in particolare come la deposizione di polveri sulle schede in atmosfera, già nota fonte di cortocircuiti, se conduttiva (ad esempio di natura carboniosa), possa
anche generare un ambiente con umidità sufficiente per la crescita batterica (Imo et al. 2016). Molti microrganismi, infatti, sono in grado di trovare un ottimo habitat su schede utilizzate per apparecchiature
in cui si forma un microambiente a temperatura e umidità permissiva.
Attraverso le polveri e/o i composti organici volatilizzati nei dispositivi e
veicolati dal calore e dall’umidità, essi ricevono ottimo nutrimento.
I prodotti del loro metabolismo possono però alterare il microambiente
sui contatti metallici: dall’acidificazione alla creazione di un ambiente fortemente ossidante, ad esempio, causando anodizzazione (passivazione) del contatto e corrosione del metallo. Tra questi vi sono, infatti, composti
dello zolfo e acidi organici che portano alla formazione di solfuri e ossido di rame e al deterioramento delle finiture protettive come argento e stagno chimico (Imo et al. 2016) (Sastri, 2015).
Le analisi di PreventPCB
Analisi condotte in PreventPCB hanno consentito la valutazione della
contaminazione organica di componentistica e di schede, usate, per esempio, in forni industriali. Dalle analisi, sono emerse contaminazioni da acidi grassi e possibili tioesteri. Composti simili sono naturalmente
presenti, ad esempio, negli alimenti (Yanab et al. 2020) e mostrano reattività anche in presenza di scarsa umidità, fornendo solfato (direttamente o per attività di microrganismi) che in ambiente ossigenico e umido può causare l’ossidazione e la solforazione dei contatti di rame, nonostante la saldatura; questo ha poi prodotto il malfunzionamento della scheda. Per questo, in PreventPCB il flusso di lavoro su ogni scheda danneggiata prevede un’analisi in microscopia elettronica a scansione e spettroscopia EDX per determinare la natura del danno e degli eventuali elementi contaminati reattivi.
Se vengono rilevati Carbonio ed Ossigeno e dunque si suppone una
contaminazione organica, la scheda viene poi sottoposta ad analisi FT-IR
e GC/HPLC-MS per determinare la natura degli inquinanti organici, qualora
presenti. Inoltre, con l’avvio di Prevent Digital Lab, l’azienda si propone, a questo riguardo, una progressiva automazione e digitalizzazione che consenta di interpolare e sfruttare come libreria i dati analitici ottenuti, offrendo in tempi rapidi valutazioni sempre più efficaci per prendere decisioni in ogni fase di produzione, assemblaggio e utilizzo del circuito stampato.
Bibliografia
• Imo, Ejeagba, Chinedu, Ihejirika, Orji, J. & Nweke, C. e Adieze, Ifechukwu (2016) Mechanism of Microbial Corrosion: A Review. in “Journal of Chemical, Biological and Physical Sciences”. 6. • Rajan Ambat (2006), A review of Corrosion and environmental effects on electronics.
• Sastri V.S. (2015), Challenges in Corrosion: Costs, Causes, Consequences,
and Control, John Wiley & Sons
• Xiao K, Gao X, Yan L, Yi P, Zhang D, Dong C e Wu J, Li X (2018), “Atmospheric corrosion factors of printed circuit boards in a dry-heat desert environment: Salty dust and diurnal temperature difference” in Chemical Engineering Journal, Volume 336, p. 92-101
• Yanab Y, Chena S, Niea Y e Xua Y (2020), “Characterization of volatile sulfur compounds in soy sauce aroma type Baijiu and changes during fermentation by GC × GC-TOFMS, organoleptic impact evaluation, and multivariate data analysis”in Food Research International, Volume 131.
• Wagner C, El Omar Mi e König G M (2009), “Biohalogenation:
Nature’s Way to Synthesize Halogenated Metabolites”, in J. Nat.
Prod. 72, p.540–553. doi:10.1021/np800651m
• Wolfgong W J, Colangelo J e Wheeler J (2020), “The role of contamination
in the failure of electronics—case studies” in Handbook of Materials Failure Analysis With Case Studies from the Electronic and Textile Industries, p. 153-178.
