CHIMICA ED ANALISI DELLE SUPERFICI
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CHIMICA ED ANALISI DELLE SUPERFICI
Le attività del laboratorio chimico
Le attività del laboratorio chimico sono volte all’analisi qualitativa e quantitativa di sostanze chimiche per verificarne la conformità a normative vigenti o a capitolati dei materiali in esame.
Come per esempio la spettroscopia IR a trasformata di Fourier (FT-IR) fornisce informazioni strutturali sul materiale oggetto di analisi, tramite l’interazione di una radiazione nel campo dell’infrarosso col materiale stesso; tale prova è adatta alla determinazione qualitativa e semiquantitativa di composti organici.
PRINCIPALI PROVE EFFETTUATE
Le prove metallografiche.
FT-IR (Fourier Transform Infra-Red Spectroscopy)
La spettroscopia IR a trasformata di Fourier (FT-IR) fornisce informazioni strutturali sul materiale oggetto di analisi, tramite l’interazione di una radiazione nel campo dell’infrarosso col materiale stesso; tale prova è adatta alla determinazione qualitativa e semiquantitativa di composti organici. L’analisi FT-IR consente di riconoscere i gruppi funzionali interni alle molecole e la caratterizzazione viene effettuata per confronto con gli spettri delle banche dati o andando ad attribuire ogni picco ottenuto alla vibrazione di uno specifico gruppo funzionale. Un limite dello strumento è rappresentato dal fatto che, nel caso di analisi di sostanze organiche naturali, permette solo la distinzione delle classi di composti, ma non quella delle singole sostanze (es. riconosce se una sostanza appartiene alla categoria degli oli, ma non permettere di identificare nello specifico quale sia).
Test method: ASTM E1252 (Standard Practice for General Techniques for Obtaining Infrared Spectra for Qualitative Analysis)
Contaminazione Ionica Totale (TIC – Total Ionic Contamination)
La prova di Ionic Cleanliness viene usata per misurare la conduttività / resistività di una soluzione ottenuta dal trattamento di un campione. La misura effettuata può essere correlata alle quantità di materiali ionici presenti sullo stesso; infatti, la resistività della soluzione diminuisce all’aumentare del livello di contaminazione ionica. In genere, i contaminanti ionici sono residui di flussanti o materiali nocivi che derivano dal processo produttivo e possono degradare l’affidabilità dei componenti elettronici e degli assemblati, in quanto contribuiscono alla dispersione di corrente tra i circuiti, favorendo la crescita dendritica ed aumentando il rischio di corrosione.
Test method: IPC TM 650 2.3.25.1 (Ionic Cleanliness Testing of Bare PCBs) – Questo test è utilizzato per determinare il contenuto ionico totale estraibile dai circuiti stampati (PCBs), ai fini del controllo di processo.
Test method: IPC TM 650 2.3.25D (Detection and Measurement of Ionizable Surface Contaminants by Resistivity of Solvent Extract (ROSE)) – Anche questo test è utilizzato come strumento di controllo di processo e può essere usato sia sui circuiti stampati che sugli assemblati.
Cromatografia Ionica (Ion Chromatography – IC)
La Cromatografia Ionica (IC) è una tecnica analitica che separa ioni e molecole polari in base alla loro carica; ogni specie interagisce in modo leggermente diverso con la fase stazionaria (una colonna riempita con resina) ed ha, quindi, un tempo di ritenzione diversa; questa caratteristica permette di quantificarle singolarmente, una volta che sono state separate. La procedura di prova è progettata per misurare il livello di contaminazione ionica estraibile dalla superficie di circuiti stampati ed assemblati, flussanti di saldatura, componenti elettrici…
Test method: IPC TM 650 2.3.28 (Ionic Analysis of Circuit Boards, Ion Chromatography Method), IPC TM 650 2.3.28.1 (Halide Content of Soldering Fluxes and Pastes), IPC TM 650 2.3.28.2 (Bare Printed Board Cleanliness by Ion Chromatography)
Analisi di Lega Metallica con ICP-OES (Inductively Coupled Plasma – Optical Emission Spectrometry)
La Spettroscopia ad Emissione Ottica (OES) è una tecnica analitica che permette di identificare tracce di metalli ed utilizza il Plasma ad Accoppiamento Induttivo (ICP) per dissociare il campione in atomi e ioni che, opportunamente eccitati, emettono una radiazione elettromagnetica a lunghezze d’onda caratteristiche per ogni particolare elemento.
Tale prova consente di determinare la composizione elementare qualitativa e quantitativa del campione oggetto di analisi.
Il nostro laboratorio chimico è anche in grado di determinare la concentrazione di carbonio e zolfo in leghe metalliche attraverso un analizzatore di Carbonio e Zolfo (LECO). Il campo di applicazione di questa analisi comprende metalli, ovvero acciaio, ferro, rame, leghe, etc.
Determinazione dell’Angolo di Contatto
L’angolo di contatto è una grandezza termodinamica che rappresenta una misura della bagnabilità. Questa prova misura l’angolo che una goccia di liquido forma sulla superficie di un solido rispetto a questa superficie; la grandezza dell’angolo di contatto tra liquido e solido dipende dall’interazione tra le sostanze e la superficie di contatto. Minore è l’interazione, maggiore diventa l’angolo di contatto e più difficile risulta bagnare il solido che, quindi, avrà minore adesione a corpi estranei. Dalla determinazione dell’angolo di contatto è possibile definire alcune caratteristiche della superficie come, per esempio, l’energia superficiale.
Test method: ASTM D7490 Standard Test Method for Measurement of the Surface Tension of Solid Coatings, Substrates and Pigments using Contact Angle Measurements
Test method: ASTM D7334 Standard Practice for Surface Wettability of Coatings, Substrates and Pigments by Advancing Contact Angle Measurement
Temperatura di Transizione Vetrosa (Tg – Glass Transition Temperature)
La Temperatura di Transizione Vetrosa, generalmente indicata con il simbolo Tg, rappresenta l’intervallo di temperatura all’interno del quale un materiale amorfo passa da uno stato duro, rigido o “vetroso” ad uno stato più flessibile o “gommoso”; tale fenomeno fa riferimento al cosiddetto “rilassamento strutturale”.
E’ possibile definire la Temperatura di Transizione Vetrosa utilizzando differenti strumenti:
– TM 2.4.24C Glass Transition Temperature and Z-Axis Thermal Expansion by TMA
– TM 2.4.25C Glass Transition Temperature and Cure Factor by DSC
– TM 2.4.24.2 Glass Transition Temperature of Organic Films – DMA Method
Coefficiente di Espansione Termica (CTE – Coefficient of Thermal Expansion) con TMA
Il Coefficiente di Espansione Termica descrive come la dimensione di un oggetto si modifica in relazione ad un cambiamento di temperatura; in generale, infatti, le sostanze si espandono quando la loro temperatura cambia e la conseguente espansione o contrazione si verifica in tutte le direzioni (materiali isotropi).
Test method: IPC TM650 2.4.24 (Glass Transition Temperature and Z-Axis Thermal Expansion by TMA)
Time to Delamination (con TMA)
Il Tempo di Delaminazione è una misura utilizzata per valutare la prestazione del materiale base; in particolare, fornisce un’indicazione sul tempo che la resina ed il rame impiegano per separarsi o delaminarsi. Questo test utilizza lo strumento TMA per portare un campione (laminato o circuito stampato) ad una determinata temperatura e, quindi, misura il tempo necessario per il verificarsi della delaminazione.
Test method: IPC TM 650 2.4.24.1 (Time to Delamination (TMA Method))
Analisi Termo Gravimetrica (con TGA)
L’Analisi Termo Gravimetrica misura la variazione della massa di un campione sottoposto ad un riscaldamento con crescita controllata della temperatura; il risultato dell’analisi è costituito da un termogramma, che riporta in ascissa temperatura / tempo e sulle ordinate la variazione assoluta o percentuale di massa del campione (Curva di Decomposizione Termica). Tale tecnica analitica risulta particolarmente utile per valutare i processi di decomposizione ed ossidazione.
Test method: IPC TM 650 2.4.24.6 (Decomposition Temperature (Td) of Laminate Material Using TGA)
Punto di Fusione (Melting Point) con DSC
Il DSC (Differential Scanning Calorimetry) è un metodo che, in funzione della temperatura, misura la differenza tra i flussi termici in una sostanza campione ed in un riferimento, entrambi sottoposti ad una variazione controllata di temperatura; tale tecnica fornisce indicazioni dirette sulla quantità di energia assorbita o rilasciata dal campione quando viene riscaldato o raffreddato.
Il normale Punto di Fusione di un materiale viene identificato con la temperatura alla quale cambia dallo stato solido a quello liquido; durante tale processo tutta l’energia aggiunta ad una sostanza viene consumata come calore di fusione e la temperatura rimane costante. La determinazione del Punto di Fusione permette di ottenere una prima impressione circa la purezza di una sostanza, perchè eventuali impurità modificano l’intervallo di fusione.
Analisi delle Paste Saldanti
Le Paste Saldanti sono delle sospensioni stabili ed omogenee di particelle di polvere di saldatura immerse in un flussante liquido; cambiando dimensione, distribuzione e forma delle particelle di saldatura, è possibile tenere sotto controllo reologia e prestazioni delle paste stesse.
1. Solder Ball Test – Questa prova viene effettuata per determinare le proprietà di reflow della pasta saldante durante il processo di rifusione.
Rif. Standard IPC TM 650 2.4.43 (Solder Paste – Solder Ball Test)
2. Slump Test – Questa prova determina lo slump verticale ed orizzontale delle paste saldanti.
Rif. Standard IPC TM 650 2.4.35 (Solder Paste – Slump Test)
3. Wetting Test – Il Test di Bagnabilità determina la capacità di una pasta saldante di bagnare una superficie di rame ossidata e permette di esaminare qualitativamente la quantità di “spatter” (spruzzi) della pasta saldante durante il processo di rifusione.
Rif. Standard IPC TM 650 2.4.45 (Solder Paste – Wetting Test)
Determinazione Assorbimento Acqua (Water Absorption)
La prova di assorbimento dell’acqua viene eseguita per determinare la quantità di liquido assorbito in specifiche condizioni ambientali. Tale analisi è influenzata da fattori quali tipo di materiale, additivi utilizzati, temperatura e durata del test; i risultati mostrano quali sarebbero le prestazioni dei materiali nell’acqua o in ambienti umidi.
Test method: IPC TM 650 2.6.2.1 (Water Absorption, Metal Clad Plastic Laminates) – Determinazione della quantità di acqua assorbita dai laminati plastici immersi in acqua distillata per 24 ore.
Test di Infiammabilità (Flammability Test)
L’infiammabilità è la capacità di un materiale di bruciare o esplodere, causando incendi o combustione; il grado di difficoltà necessario a provocare la combustione di una sostanza è quantificato mediante il test di infiammabilità.
Rif. Standard: UL94 (The Standard for Flammability of Plastic Materials for Parts in Devices and Appliances) – Applicabile alle materie plastiche, determina la capacità dei materiali di propagare o estinguere una fiamma, una volta accesa.
Copper mirror test
Questo test permette di rilevare le sostanze attive all’interno dei flussanti. Nello specifico, la pasta saldante o il flussante stesso vengono posizionati su un substrato rivestito con un sottile strato di rame; la presenza di sostanze attive (o meno) causerà la rimozione dello strato di rame depositato sul substrato, consentendo di trarre conclusioni sul comportamento corrosivo del flussante.
Test method: IPC TM 650 2.3.32 (Flux Induced Corrosion (Copper Mirror Method)), IPC J-STD-004 (Requirements for Soldering Fluxes)
Test di Corrosione (Corrosion Test)
L’esecuzione dei test di corrosione è fondamentale per capire come si comportano i materiali in condizioni rigorose o di utilizzo continuativo e possono contribuire a garantire che raggiungano il termine del loro ciclo di vita; tale prova facilita la previsione, la pianificazione e la mitigazione degli effetti negativi che la corrosione stessa può avere sui materiali negli ambienti in cui si prevede saranno utlizzati.
Test di Porosità (Porosity Test)
GEST Labs è in grado di testare campioni e materiali, per valutarne le caratteristiche di porosità e caratterizzare gli spazi vuoti al loro interno.
Test method: IPC TM 650 2.3.24 (Porosity of Gold Plating), Standard IPC 4552 (Specification for Electroless Nickel/Immersion Gold (ENIG) Plating for Printed Circuit Boards)
