Determinação de contaminantes orgânicos e metálicos suscetíveis de causar defeitos no produto final, utilizando técnicas de análise química e de caraterização de materiais

Abstract

A miniaturização na indústria eletrónica levou à necessidade do estudo das contaminações iónicas e orgânicas nas placas de circuito impresso devido a falhas que ocorrem com alguma frequência em produtos fabricados na indústria eletrónica quando já estão na posse de clientes. As contaminações presentes podem originar um eletrólito, promovendo a migração eletroquímica e consequente formação de dendrites, podendo ocorrer curtos-circuitos, ou devido a contaminantes de natureza orgânica, que causam isolamento dos pins. Neste trabalho procurou-se estudar a natureza da contaminação, assim como a quantidade, presente em conetores, em diferentes etapas do processo de produção. Este estudo foi possível através de técnicas como a Cromatografia Iónica, Cromatografia Líquida de Alta Eficiência acoplada a Espetrometria de Massa e a técnica de Massa/Massa com ionização electrospray. Os conetores de interesse foram seccionados das placas de circuito impresso. Estes foram extraídos a partir de uma solução de álcool isopropílico e água desionizada (75/25% (% v/v)) a uma temperatura de 80 ºC, durante 1 h. Foi também extraída uma determinada quantidade de pasta de solda com uma solução de álcool isopropílico e água desionizada (1/9% (% v/v)) a uma temperatura de 80 ºC, durante 1 h Na Cromatografia Iónica, os conetores referidos anteriormente foram analisados. Para a análise de aniões e catiões utilizou-se, respetivamente, uma solução de hidróxido de sódio e de ácido metano-sulfónico. Pôde observar-se que de um modo geral a concentração de iões inorgânicos é superior antes do processo de reflow, o que indica que este processo serve para isolar algumas substâncias retidas no fabrico de PCBs. Na cromatografia líquida de alta eficiência acoplada à espetrometria de massa, utilizou-se como eluente uma mistura de água desionizada e acetonitrilo com 0,1 % de ácido acético. Foi possível sugerir estruturas para alguns compostos presentes, com auxílio da técnica de Massa/Massa com ionização electrospray. Observou-se a presença de inúmeros compostos que estão presentes em fluxo de várias marcas de pasta de solda, encontrados na literatura. Por fim, recorreu-se à análise de componente principal, podendo agrupar-se alguns tipos de conetor consoante o tipo de iões inorgânicos e compostos presentes. Assim, foi possível observar-se alguns grupos fulcrais nesta análise. Estes resultados sugeriram que o processo de reflow pode ter importância na presença dos compostos encontrados nos conetores.

Miniaturization in the electronic industry has led to the need to study ionic and organic contaminations in printed circuit boards due to faults that often occur in products manufactured by electronic industries when it is already in the possession of customers. Contamination can lead to an electrolyte, promoting electrochemical migration and the consequent formation of dendrites, which may occur short circuits, or due to contaminants of an organic nature, that cause insulation of the pins. The aim of this work was to study the nature of the contamination, as well as the quantity, present in the connectors, in different stages of the production process. This study was possible through techniques such as Ion Chromatography, High Efficiency Liquid Chromatography coupled to Mass Spectrometry and Mass/Mass Spectrometry with electrospray ionization. Connectors of interest were sectioned from the printed circuit boards. These were extracted from a solution of isopropyl alcohol and deionized water (75/25% (% v/v)) at a temperature of 80 ° C for 1 h. A certain amount of solder paste was also extracted with a solution of isopropyl alcohol and deionized water (1/9% (% v/v)) at a temperature of 80 ° C for 1 h. The aforementioned connectors were analyzed, by Ion Chromatography. For the anion and the cation analysis were used respectively a sodium hydroxide and methanesulfonic acid solution. It can be observed that the concentration of inorganic ions is generally higher prior to the reflow process, which indicates that this process serves to isolated some substances retained in the manufacture of PCBs. In high performance liquid chromatography coupled to mass spectrometry, deionized water and acetonitrile mixture with 0,1% acetic acid solution. It was used as the eluent, and it was possible to propose some structures for some existent compounds through Mass/Mass technique with electrospray ionization. It was possible to observe the presence of numerous compounds that are present in the flux of several brands of solder paste. Finally, the principal component analysis was used to show the relation between samples and variables. Consequently some types of connector could be clustered according to the type and quatity of inorganic ions and compounds present. Thus, it was possible to observe some focus groups in this analysis. These results suggested that the reflow process may have some effect of on the presence of the chemical compounds found in the connectors.