W procesie produkcji i montażu płytek drukowanych technologia czyszczenia jest kluczowym ogniwem zapewniającym wydajność i niezawodność produktu. Niezależnie od tego, czy chodzi o czyszczenie pozostałości po obróbce i wytrawianiu podłoża, czy też usuwanie topnika lutowniczego po spawaniu, pozostałości substancji pozostawione po niepełnym czyszczeniu mogą powodować szereg problemów z jakością, a nawet wpływać-na długoterminową stabilną pracę urządzeń końcowych. Dlatego wykrywanie pozostałości po czyszczeniu płytek PCB stało się podstawowym sposobem kontrolowania jakości produktu i unikania potencjalnych zagrożeń.
1, Zagrożenia związane z pozostałościami płytek PCB: zagrożenie jakościowe, którego nie można zignorować
Substancje resztkowe po czyszczeniu mogą być śladowe, ale mogą mieć wielowymiarowy wpływ na wydajność elektryczną, niezawodność mechaniczną i zdolność przystosowania płytek drukowanych do środowiska. Specyficzne zagrożenia odzwierciedlają się głównie w trzech następujących aspektach:
Po pierwsze, występuje awaria działania elektrycznego. Resztkowe substancje jonowe, takie jak jony chlorkowe w roztworach trawiących i jony kwasów organicznych w topniku lutowniczym, mogą tworzyć ścieżki przewodzące w wilgotnym środowisku, prowadząc do zmniejszenia rezystancji izolacji na powierzchni płytki drukowanej, zwiększonego prądu upływu, przesłuchu sygnału, a nawet zwarć i spalenia elementów obwodu w ciężkich przypadkach. Pozostałości niejonowe (takie jak resztki tłuszczu i żywicy) mogą pokrywać powierzchnię linii przesyłowych lub podkładek, zwiększać straty w transmisji sygnału i zakłócać dopasowanie impedancji, zwłaszcza w przypadku płytek drukowanych o wysokiej-częstotliwości i-szybkości, gdzie takie pozostałości mają bardziej znaczący wpływ na integralność sygnału.
Po drugie, następuje spadek niezawodności mechanicznej. Pozostałości substancji mogą uszkodzić interfejs łączący płytkę drukowaną z komponentami. Na przykład resztkowy topnik może powodować korozję połączeń lutowniczych, prowadząc do zmniejszenia wytrzymałości złącza lutowniczego. Pod wpływem czynników środowiskowych, takich jak wibracje i zmiany temperatury, złącza lutowane są podatne na pękanie, powodując awarię połączenia obwodu. Ponadto resztkowe lepkie substancje mogą również adsorbować kurz i zanieczyszczenia, które z czasem mogą się gromadzić i wpływać na wydajność rozpraszania ciepła przez płytki drukowane, przyspieszając starzenie się komponentów.
Wreszcie, zdolność przystosowania się do środowiska uległa pogorszeniu. W trudnych warunkach, takich jak wysoka temperatura, wysoka wilgotność i mgła solna, pozostałości substancji korozyjnych mogą przyspieszyć utlenianie i korozję podłoży PCB i folii miedzianych, skracając żywotność produktu. Na przykład, jeśli na płytkach drukowanych w środowisku morskim znajdują się resztkowe jony chlorkowe, może to spowodować poważną korozję elektrochemiczną i doprowadzić do przerwania obwodu, co może spowodować śmiertelne awarie płytek drukowanych w przemyśle lotniczym, elektronice samochodowej i innych dziedzinach.
2, Główne rodzaje i źródła pozostałości płytek PCB
Wyjaśnienie rodzaju i źródła pozostałości jest warunkiem wstępnym wyboru odpowiednich metod wykrywania i dokładnego zlokalizowania problemów. Zgodnie z właściwościami chemicznymi i procesem produkcyjnym pozostałości po czyszczeniu płytek PCB można podzielić na trzy kategorie:
(1) Pozostałość jonowa
Pozostałości jonowe powstają głównie w wyniku technik przetwarzania chemicznego i charakteryzują się dużą rozpuszczalnością w wodzie oraz przewodnością, które są głównymi przyczynami awarii elektrycznych. Typowe typy obejmują: pozostałości chlorków, fluorków i siarczanów (z roztworu trawiącego) po procesie trawienia; Jony kwasów organicznych (takie jak kwas kalafoniowy i karboksylan) powstające w wyniku rozkładu topnika po procesie spawania; Pozostałości jonów metali (takich jak jony miedzi, jony cyny) po procesie galwanizacji. Tego typu pozostałości łatwo adsorbują się na powierzchni lub w szczelinach płytki drukowanej. Jeśli nie zostaną dokładnie usunięte podczas konwencjonalnego czyszczenia, podczas zmian wilgotności zostaną uwolnione jony, które mogą pogorszyć właściwości izolacyjne.
(2) Pozostałość niejonowa
Pozostałości niejonowe składają się głównie z substancji organicznych i nie mają przewodnictwa, ale mogą wpływać na charakterystykę powierzchni i skuteczność wiązania płytek drukowanych. Obejmuje to głównie: pozostałości środków antyadhezyjnych i pozostałości żywicy podczas obróbki podłoża; Pozostałości rozpuszczalników stosowanych w procesach czyszczenia (takie jak rozpuszczalniki alkoholowe i ketonowe); Żywica kalafoniowa, składniki woskowe itp. w topniku. Pozostałości niejonowe są zwykle bardzo lepkie i łatwo przylegają do powierzchni pól lutowniczych i linii przesyłowych. Mogą one nie tylko wpływać na późniejsze procesy montażowe (np. niedokładne ustawienie komponentów podczas SMT), ale także utrudniać odprowadzanie ciepła i przyspieszać lokalny wzrost temperatury.
(3) Pozostałość granulowana
Pozostałości granulowane należą do zanieczyszczeń fizycznych o szerokim spektrum źródeł, włączając w to pył substratowy i resztki folii miedzianej powstające podczas procesów produkcji płytek drukowanych; Kurz i włókna w środowisku; Cząsteczki włókien oddzielają się od szczotek i waty filtracyjnej podczas procesu czyszczenia. Jeśli takie pozostałości przylgną pomiędzy polami lutowniczymi lub pinami, mogą spowodować wirtualne lutowanie i słaby kontakt; Jeśli dostanie się do wnętrza precyzyjnych komponentów, takich jak chipy i kondensatory, może również spowodować awarie mechaniczne, szczególnie w przypadku zminiaturyzowanych płytek drukowanych-o dużej gęstości.
3, Główny nurt technologii i scenariusze zastosowań wykrywania pozostałości PCB
W przypadku różnych typów pozostałości przemysł opracował różne dojrzałe technologie wykrywania, z których każda ma swoje zalety w zakresie dokładności wykrywania, wydajności i możliwych scenariuszy. Metody dopasowywania należy dobierać w zależności od rzeczywistych potrzeb.
(1) Chromatografia jonowa: precyzyjne wykrywanie pozostałości jonowych
Chromatografia jonowa to „złoty standard” w wykrywaniu pozostałości jonowych. Resztkowe jony oddziela się w kolumnie separacyjnej, a następnie analizuje się ilościowo pod kątem stężenia jonów za pomocą detektora (takiego jak detektor przewodności). Może dokładnie wykrywać różne jony, takie jak jony chlorkowe i rodniki kwasów organicznych, z granicą wykrywalności do ppm, a nawet ppb.
Zaletą tej technologii jest połączenie metod jakościowych i ilościowych. Może nie tylko określić rodzaj jonów resztkowych, ale także dokładnie obliczyć pozostałą ilość, dzięki czemu nadaje się do kontroli jakości w trudnych scenariuszach, takich jak płytki drukowane w sprzęcie lotniczym i medycznym. Podczas testowania należy najpierw wyekstrahować pozostałości jonowe z powierzchni płytki drukowanej za pomocą roztworu ekstrakcyjnego (takiego jak woda dejonizowana), a następnie przeprowadzić analizę chromatograficzną roztworu ekstrakcyjnego. Jednakże metoda ta jest stosunkowo skomplikowana w obsłudze i ma długi cykl wykrywania (około 1-2 godzin na pojedynczy test), co czyni ją bardziej odpowiednią do badania próbek wsadowych niż do testowania online w czasie rzeczywistym.
(2) Spektroskopia w podczerwieni z transformacją Fouriera: analiza jakościowa-reszt niejonowych
Spektroskopia w podczerwieni z transformacją Fouriera określa strukturę chemiczną pozostałości substancji poprzez analizę ich widm absorpcyjnych w podczerwieni, a następnie identyfikuje rodzaje- reszt niejonowych (takich jak pozostałości żywicy kalafonii i rozpuszczalnika). Zasada jest taka, że grupy funkcyjne różnych substancji organicznych, takie jak pierścienie hydroksylowe, karbonylowe i benzenowe, absorbują określone długości fal światła podczerwonego. Porównując ze standardową biblioteką widmową, można szybko zidentyfikować składniki resztkowe.
Zaleta FTIR polega na dużej szybkości wykrywania (około 5-10 minut na wykrycie), braku konieczności niszczenia próbki i przydatności do jakościowego badania przesiewowego pozostałości niejonowych. Na przykład, jeśli podczas badania na powierzchni płytki drukowanej zostanie wykryty charakterystyczny pik absorpcji kalafonii, można stwierdzić, że pozostałości topnika lutowniczego nie zostały całkowicie usunięte. Jednakże metoda ta charakteryzuje się niską dokładnością ilościową i nie umożliwia dokładnego obliczenia ilości pozostałych. Zwykle stosuje się ją jako wstępną metodę wykrywania i łączy się ją z innymi technikami (takimi jak metoda wagowa) w celu uzyskania analizy ilościowej.
(3) Mikroskop optyczny i skaningowy mikroskop elektronowy: wizualna detekcja pozostałości cząstek stałych
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 μm), podczas gdy ten ostatni może obserwować cząstki o wielkości mikrometrów, a nawet nanometrów. Może także analizować skład pierwiastkowy cząstek za pomocą spektrometru energii, aby określić źródło pozostałości (takich jak cząstki miedzi i włókna).
Mikroskop optyczny jest łatwy w obsłudze i-tani, odpowiedni do szybkiego sprawdzania linii produkcyjnych w trybie online. Może osiągnąć wsadowe wykrywanie cząstek PCB za pomocą zautomatyzowanego sprzętu; SEM nadaje się do scenariuszy-o wysokiej precyzji, takich jak wykrywanie drobnych cząstek na powierzchni zminiaturyzowanych płytek drukowanych lub analiza składu i źródła cząstek, zapewniając podstawę do optymalizacji procesów czyszczenia. Jednakże sprzęt SEM ma wyższe koszty i niższą skuteczność wykrywania, co czyni go bardziej odpowiednim do rozwiązywania trudnych problemów i optymalizacji procesów.
(4) Test rezystancji izolacji powierzchniowej: pośrednia ocena skutków resztkowych
Chociaż badanie rezystancji izolacji powierzchniowej nie wykrywa bezpośrednio rodzaju i zawartości pozostałości, może pośrednio ocenić wpływ pozostałości na parametry elektryczne poprzez pomiar rezystancji izolacji między dwoma punktami na powierzchni płytki drukowanej. Ta metoda symuluje rzeczywiste środowisko użytkowania (takie jak środowisko o wysokiej temperaturze i dużej wilgotności), umieszcza płytkę drukowaną w określonych warunkach temperatury i wilgotności, przykłada określone napięcie i monitoruje trend zmian rezystancji izolacji: jeśli rezystancja nadal maleje, oznacza to, że resztkowe substancje uwalniają jony i istnieje ryzyko uszkodzenia izolacji.
Zaletą testów SIR jest to, że są one zbliżone do praktycznych scenariuszy zastosowań i mogą intuicyjnie odzwierciedlać wpływ pozostałości na niezawodność produktu, dzięki czemu nadają się jako metoda weryfikacji jakości. Jednakże metoda ta nie umożliwia określenia konkretnego rodzaju pozostałości i należy ją połączyć z innymi technikami wykrywania, aby dokładniej zlokalizować pierwotną przyczynę problemu.
Wykrywanie pozostałości po czyszczeniu płytek PCB jest „ostatnią linią obrony” zapewniającą niezawodność produktu, a jej poziom techniczny bezpośrednio wpływa na jakość i bezpieczeństwo stosowania płytek drukowanych. Wraz z rozwojem płytek PCB w kierunku dużej gęstości, miniaturyzacji i wysokiej niezawodności, wykrywanie pozostałości musi równoważyć większą dokładność i wydajność. W przyszłości będą dwa główne trendy: z jednej strony technologia wykrywania zostanie zmodernizowana w kierunku automatyzacji i inteligencji (np. sprzęt do wykrywania chromatografii jonowej online, który umożliwia monitorowanie-w czasie rzeczywistym i automatyczny alarm); Z drugiej strony procesy wykrywania i czyszczenia będą głęboko zintegrowane,-ze sprzężeniem zwrotnym danych dotyczących wykrywania w czasie rzeczywistym i dynamiczną regulacją parametrów czyszczenia, co pozwoli uzyskać-zamkniętą pętlę kontroli „optymalizacji wykrywania i ponownego wykrywania”.