V procese výroby a montáže dosiek plošných spojov je technológia čistenia kľúčovým článkom na zabezpečenie výkonu a spoľahlivosti produktu. Či už ide o čistenie zvyškov po spracovaní substrátu a leptaní, alebo o odstraňovanie spájkovacieho taviva po zváraní, zvyškové látky zanechané nedokončeným čistením môžu spôsobiť sériu problémov s kvalitou a dokonca ovplyvniť dlhodobú-stabilnú prevádzku koncových zariadení. Preto sa detekcia zvyškov po čistení dosky plošných spojov stala základným prostriedkom kontroly kvality produktu a predchádzania potenciálnym rizikám.
1, Nebezpečenstvo zvyškov dosiek plošných spojov: riziko kvality, ktoré nemožno ignorovať
Zvyškové látky po čistení môžu byť stopové, ale môžu mať viacrozmerné účinky na elektrický výkon, mechanickú spoľahlivosť a prispôsobivosť dosiek plošných spojov životnému prostrediu. Špecifické nebezpečenstvá sa odrážajú najmä v týchto troch aspektoch:
Po prvé, ide o poruchu elektrického výkonu. Zvyškové iónové látky, ako sú chloridové ióny v leptacích roztokoch a ióny organických kyselín v spájkovacom toku, môžu tvoriť vodivé cesty vo vlhkom prostredí, čo vedie k zníženiu izolačného odporu na povrchu dosky plošných spojov, zvýšeniu zvodového prúdu, presluchom signálu a dokonca aj skratom a vyhoreniu komponentov obvodu v závažných prípadoch. Neiónové zvyšky (ako sú zvyšky mastnoty a živice) môžu pokrývať povrch prenosových vedení alebo podložiek, zvyšovať straty pri prenose signálu a narúšať impedančné prispôsobenie, najmä na doskách plošných spojov s vysokou -frekvenciou a vysokou{3}}rýchlosťou, kde takéto zvyšky majú výraznejší vplyv na integritu signálu.
Po druhé, dochádza k zníženiu mechanickej spoľahlivosti. Zvyškové látky môžu poškodiť spojovacie rozhranie medzi doskou plošných spojov a komponentmi. Zvyškové tavidlo môže napríklad korodovať spájkované spoje, čo vedie k zníženiu pevnosti spájkovaného spoja. Pod vplyvom prostredia, ako sú vibrácie a teplotné cykly, sú spájkované spoje náchylné na praskanie, čo spôsobuje poruchu spojenia obvodu. Okrem toho môžu zvyškové viskózne látky tiež adsorbovať prach a nečistoty, ktoré sa môžu časom hromadiť a ovplyvňovať výkon pri odvádzaní tepla dosiek plošných spojov, čím sa urýchľuje starnutie komponentov.
Nakoniec sa zhoršila prispôsobivosť životného prostredia. V drsnom prostredí, ako je vysoká teplota, vysoká vlhkosť a soľný sprej, môžu zvyškové korozívne látky urýchliť oxidáciu a koróziu substrátov PCB a medených fólií, čím sa skráti životnosť produktu. Napríklad, ak sú na doskách s plošnými spojmi v morskom prostredí zvyškové chloridové ióny, môže to spôsobiť silnú elektrochemickú koróziu a viesť k prerušeniu obvodu, čo môže spôsobiť fatálne poruchy dosiek plošných spojov v leteckom priemysle, automobilovej elektronike a iných oblastiach.
2, Hlavné typy a zdroje zvyškov dosiek plošných spojov
Objasnenie typu a zdroja rezíduí je nevyhnutným predpokladom výberu vhodných metód detekcie a presnej lokalizácie problémov. Podľa chemických vlastností a výrobného procesu možno zvyšok po čistení PCB rozdeliť do nasledujúcich troch kategórií:
(1) Iónový zvyšok
Iónové zvyšky sú väčšinou odvodené z techník chemického spracovania a majú vysokú rozpustnosť vo vode a vodivosť, čo sú hlavné príčiny elektrických porúch. Bežné typy zahŕňajú: zvyškové chloridy, fluoridy a sírany (z leptacieho roztoku) po procese leptania; Ióny organických kyselín (ako je kyselina kolofónia a karboxylát) vznikajúce rozkladom taviva po procese zvárania; Zvyškové ióny kovov (ako sú ióny medi, ióny cínu) po procese galvanizácie. Tento typ zvyšku sa ľahko adsorbuje na povrchu alebo medzerách PCB. Ak nie je dôkladne odstránené bežným čistením, pri zmenách vlhkosti sa uvoľnia ióny, ktoré môžu poškodiť izolačný výkon.
(2) Neiónový zvyšok
Neiónové zvyšky sa skladajú hlavne z organických látok a nemajú vodivosť, ale môžu ovplyvniť vlastnosti povrchu a lepiace vlastnosti dosiek s plošnými spojmi. Zahŕňa najmä: zvyškové uvoľňovacie činidlá a zvyšky živice počas spracovania substrátu; Zvyškové rozpúšťadlá používané pri čistiacich procesoch (ako sú alkohol a ketónové rozpúšťadlá); Kolofónna živica, voskové zložky atď. v tavive. Neiónové zvyšky sú zvyčajne vysoko viskózne a ľahko priľnú k povrchom spájkovacích plôšok a prenosových vedení. Môžu ovplyvňovať nielen následné montážne procesy (ako je nepresné umiestnenie komponentov počas SMT), ale aj brániť rozptylu tepla a urýchľovať lokálny nárast teploty.
(3) Granulovaný zvyšok
Granulované zvyšky patria k fyzikálnym nečistotám so širokým spektrom zdrojov, vrátane prachu substrátu a úlomkov medenej fólie generovaných počas procesov výroby PCB; Prach a vlákna v životnom prostredí; Vláknité častice sa zbavujú kefiek a filtračnej bavlny počas procesu čistenia. Ak takéto zvyšky priľnú medzi spájkovacie plôšky alebo kolíky, môžu spôsobiť virtuálne spájkovanie a slabý kontakt; Ak sa dostane do vnútra presných komponentov, ako sú čipy a kondenzátory, môže tiež spôsobiť mechanické poruchy, najmä v prípade miniaturizovaných dosiek plošných spojov s vysokou{1}}hustotou.
3, Hlavné technológie a aplikačné scenáre detekcie zvyškov PCB
Pre rôzne typy zvyškov priemysel vyvinul rôzne vyspelé technológie detekcie, z ktorých každá má svoje výhody v presnosti detekcie, účinnosti a použiteľných scenároch. Metódy zhody je potrebné zvoliť podľa skutočných potrieb.
(1) Iónová chromatografia: presná detekcia iónových zvyškov
Iónová chromatografia je „zlatým štandardom“ na detekciu iónových zvyškov. Zvyškové ióny sa oddelia separačnou kolónou a potom sa kvantitatívne analyzujú na koncentráciu iónov pomocou detektora (ako je detektor vodivosti). Dokáže presne detegovať rôzne ióny, ako sú chloridové ióny a radikály organických kyselín, s detekčným limitom až ppm alebo dokonca ppb.
Výhodou tejto technológie je kombinácia kvalitatívnych a kvantitatívnych metód. Dokáže nielen určiť typ zvyškových iónov, ale aj presne vypočítať zvyškové množstvo, vďaka čomu je vhodný na kontrolu kvality v náročných scenároch, ako sú dosky plošných spojov pre letecký a kozmický priemysel a zdravotnícke zariadenia. Pri testovaní je potrebné najskôr extrahovať iónové zvyšky na povrchu PCB pomocou extrakčného roztoku (ako je deionizovaná voda) a potom vykonať chromatografickú analýzu extrakčného roztoku. Prevádzka tejto metódy je však pomerne zložitá a má dlhý detekčný cyklus (približne 1-2 hodiny na jeden test), vďaka čomu je vhodnejšia na testovanie v dávkach namiesto testovania online v reálnom čase.
(2) Infračervená spektroskopia s Fourierovou transformáciou: kvalitatívna analýza ne-iónových zvyškov
Infračervená spektroskopia s Fourierovou transformáciou určuje chemickú štruktúru zvyškových látok analýzou ich infračervených absorpčných spektier a potom identifikuje typy neiónových zvyškov (ako sú živice a zvyšky rozpúšťadiel). Princíp spočíva v tom, že funkčné skupiny rôznych organických látok, ako sú hydroxylové, karbonylové a benzénové kruhy, absorbujú špecifické vlnové dĺžky infračerveného svetla. Porovnaním so štandardnou spektrálnou knižnicou je možné rýchlo identifikovať zvyškové zložky.
Výhoda FTIR spočíva v rýchlej rýchlosti detekcie (asi 5-10 minút na detekciu), bez nutnosti ničenia vzorky a vhodnosti pre kvalitatívny skríning neiónových zvyškov. Napríklad, ak sa počas testovania na povrchu PCB nájde absorpčný pík charakteristický pre kolofóniu, možno určiť, že zvyšok spájkovacieho taviva nebol úplne odstránený. Táto metóda má však nízku kvantitatívnu presnosť a nedokáže presne vypočítať zvyškové množstvá. Zvyčajne sa používa ako metóda predbežnej detekcie a kombinuje sa s inými technikami (ako je metóda hmotnosti) na dosiahnutie kvantitatívnej analýzy.
(3) Optický mikroskop a rastrovací elektrónový mikroskop: vizuálna detekcia zvyškov častíc
Optical microscope and scanning electron microscope are the main tools for observing particulate residues. The former is suitable for rapid detection of larger particles (particle size>10 μ m), zatiaľ čo tieto môžu pozorovať častice s veľkosťou mikrometrov alebo dokonca nanometrov. Môže tiež analyzovať elementárne zloženie častíc prostredníctvom energetického spektrometra na určenie zdroja zvyškov (ako sú medené úlomky a častice vlákien).
Optický mikroskop je ľahko ovládateľný a nákladovo-efektívny, vhodný na rýchle online skríning výrobných liniek. Môže dosiahnuť dávkovú detekciu častíc PCB prostredníctvom automatizovaného zariadenia; SEM je vhodný pre scenáre s vysokou{2}}presnosťou, ako je detekcia jemných častíc na povrchu miniaturizovaných dosiek s plošnými spojmi alebo analýza zloženia a zdroja častíc, čím poskytuje základ pre optimalizáciu čistiacich procesov. Zariadenie SEM má však vyššie náklady a nižšiu účinnosť detekcie, vďaka čomu je vhodnejšie na riešenie zložitých problémov a optimalizáciu procesov.
(4) Test odolnosti povrchovej izolácie: Nepriame hodnotenie reziduálnych účinkov
Hoci testovanie izolačného odporu povrchu priamo nezisťuje typ a obsah zvyškov, môže nepriamo vyhodnotiť vplyv zvyškov na elektrický výkon meraním izolačného odporu medzi dvoma bodmi na povrchu dosky plošných spojov. Táto metóda simuluje skutočné prostredie používania (napríklad prostredie s vysokou teplotou a vysokou vlhkosťou), umiestni dosku plošných spojov do špecifických podmienok teploty a vlhkosti, aplikuje určité napätie a sleduje trend zmien izolačného odporu: ak odpor naďalej klesá, indikuje to, že zvyškové látky uvoľňujú ióny a existuje riziko zlyhania izolácie.
Výhodou testovania SIR je, že je blízke praktickým aplikačným scenárom a dokáže intuitívne odrážať vplyv rezíduí na spoľahlivosť produktu, vďaka čomu je vhodné ako metóda overovania kvality. Táto metóda však nemôže určiť špecifický typ rezíduí a je potrebné ju kombinovať s inými detekčnými technikami, aby sa ďalej lokalizovala hlavná príčina problému.
Detekcia zvyškov po čistení dosky plošných spojov je „poslednou líniou obrany“ na zabezpečenie spoľahlivosti produktu a jej technická úroveň priamo ovplyvňuje kvalitu a bezpečnosť použitia dosiek plošných spojov. S vývojom PCB smerom k vysokej hustote, miniaturizácii a vysokej spoľahlivosti musí detekcia zvyškov vyvážiť vyššiu presnosť a účinnosť. V budúcnosti budú existovať dva hlavné trendy: na jednej strane sa detekčná technológia povýši na automatizáciu a inteligenciu (napríklad online detekčné zariadenie na iónovej chromatografii, ktoré môže dosiahnuť-monitorovanie v reálnom čase a automatický alarm); Na druhej strane, detekčné a čistiace procesy budú hlboko integrované, so spätnou-spätnou väzbou detekčných údajov v reálnom čase a dynamickou úpravou parametrov čistenia, čím sa dosiahne uzavretá-slučka riadenia „opätovnej detekcie optimalizácie detekcie“.