У процесі виробництва та складання друкованих плат технологія очищення є ключовою ланкою для забезпечення продуктивності та надійності продукту. Незалежно від того, чи йдеться про очищення залишків після обробки підкладки та травлення чи видалення паяльного флюсу після зварювання, залишкові речовини, що залишилися внаслідок неповного очищення, можуть спричинити низку проблем із якістю та навіть вплинути на -тривалу стабільну роботу термінального обладнання. Таким чином, виявлення залишків після очищення друкованої плати стало основним засобом контролю якості продукції та уникнення потенційних ризиків.
1. Небезпека залишків друкованої плати: небезпека якості, яку не можна ігнорувати
Залишки речовин після очищення можуть бути незначними, але вони можуть мати багатовимірний вплив на електричні характеристики, механічну надійність і екологічність друкованих плат. Конкретні небезпеки в основному відображаються в наступних трьох аспектах:
По-перше, це збій електричних характеристик. Залишкові іонні речовини, такі як іони хлориду в розчинах для травлення та іони органічних кислот у флюсі для паяння, можуть утворювати провідні шляхи у вологому середовищі, що призводить до зниження опору ізоляції на поверхні друкованої плати, збільшення струму витоку, перехресних перешкод сигналу та навіть коротких замикань і вигоряння компонентів схеми у важких випадках. Неіонні залишки (такі як залишки жиру та смоли) можуть покривати поверхню ліній передачі чи колодок, збільшувати втрати при передачі сигналу та порушувати узгодження імпедансу, особливо у високо-частотних і високо{3}}швидкісних друкованих платах, де такі залишки мають більш значний вплив на цілісність сигналу.
По-друге, відбувається зниження механічної надійності. Залишки речовин можуть пошкодити поверхню з’єднання між платою та компонентами. Наприклад, залишки флюсу можуть роз'їдати паяні з'єднання, що призводить до зниження міцності паяного з'єднання. Під впливом навколишнього середовища, наприклад вібрації та зміни температури, паяні з’єднання схильні до розтріскування, що спричиняє збій з’єднання схеми. Крім того, залишкові в’язкі речовини також можуть адсорбувати пил і забруднення, які можуть накопичуватися з часом і впливати на тепловіддачу друкованих плат, прискорюючи старіння компонентів.
Нарешті, погіршилася екологічна адаптивність. У суворих умовах, таких як висока температура, висока вологість і соляні бризки, залишкові корозійні речовини можуть прискорити окислення та корозію підкладок друкованих плат і мідної фольги, скорочуючи термін служби виробу. Наприклад, якщо в друкованих платах у морському середовищі є залишкові іони хлориду, це може спричинити сильну електрохімічну корозію та призвести до розриву ланцюга, що може спричинити фатальну несправність друкованих плат в аерокосмічній галузі, автомобільній електроніці та інших галузях.
2. Основні типи та джерела залишків друкованих плат
Уточнення типу та джерела залишків є необхідною умовою для вибору відповідних методів виявлення та точного виявлення проблем. Відповідно до хімічних властивостей і процесу виробництва залишки після очищення друкованої плати можна розділити на такі три категорії:
(1) Іонний залишок
Іонні залишки здебільшого утворюються в результаті хімічних технологій і мають високу розчинність у воді та провідність, що є основними причинами електричних збоїв. Загальні типи включають: залишкові хлориди, фториди та сульфати (із травильного розчину) після процесу травлення; Іони органічних кислот (такі як каніфольна кислота та карбоксилат), що утворюються в результаті розкладання флюсу після процесу зварювання; Залишкові іони металу (такі як іони міді, іони олова) після процесу гальванічного покриття. Цей тип залишків легко адсорбується на поверхні або проміжках друкованої плати. Якщо їх ретельно не видалити за допомогою звичайного очищення, під час зміни вологості будуть вивільнятися іони, що може пошкодити характеристики ізоляції.
(2) Неіонний залишок
Неіонні залишки в основному складаються з органічних речовин і не мають провідності, але вони можуть впливати на характеристики поверхні та ефективність з’єднання друкованих плат. В основному це включає: залишки відокремлювачів і залишки смоли під час обробки основи; Залишки розчинників, які використовуються в процесах очищення (такі як спирт і кетони); Каніфоль, смола, компоненти воску тощо у флюсі. Неіонні залишки зазвичай мають високу в’язкість і легко прилипають до поверхонь паяльних контактних площадок і ліній передачі. Вони можуть не тільки вплинути на подальші процеси складання (наприклад, неточне розташування компонентів під час SMT), але також перешкоджати розсіюванню тепла та прискорювати локальне підвищення температури.
(3) Гранульований залишок
Гранульовані залишки належать до фізичних домішок із широким спектром джерел, включаючи пил підкладки та залишки мідної фольги, що утворюються під час процесів виробництва друкованих плат; Пил і волокна в навколишньому середовищі; Частинки волокна випадають із щіток і фільтрувальної вати під час очищення. Якщо такі залишки прилипають між контактними площадками або штифтами, вони можуть спричинити фактичне паяння та поганий контакт; Якщо він потрапляє всередину прецизійних компонентів, таких як мікросхеми та конденсатори, це також може спричинити механічні збої, особливо для мініатюрних друкованих плат із високою-щільністю.
3. Основна технологія та сценарії застосування виявлення залишків друкованої плати
Для різних типів залишків промисловість розробила різноманітні зрілі технології виявлення, кожна з яких має свої переваги в точності виявлення, ефективності та застосовних сценаріях. Методи відповідності потрібно вибирати відповідно до реальних потреб.
(1) Іонна хроматографія: точне виявлення іонних залишків
Іонна хроматографія є «золотим стандартом» для виявлення іонних залишків. Залишкові іони відокремлюються розділювальною колонкою, а потім кількісно аналізуються на концентрацію іонів за допомогою детектора (наприклад, детектора провідності). Він може точно виявляти різні іони, такі як іони хлориду та радикали органічних кислот, з межею виявлення до ppm або навіть ppb.
Перевага цієї технології полягає в поєднанні якісних і кількісних методів. Він може не тільки визначити тип залишкових іонів, але й точно розрахувати залишкову кількість, що робить його придатним для контролю якості в суворих сценаріях, таких як друковані плати аерокосмічного та медичного обладнання. Під час тестування необхідно спочатку витягти іонні залишки на поверхні друкованої плати за допомогою екстракційного розчину (наприклад, деіонізованої води), а потім провести хроматографічний аналіз екстракційного розчину. Однак цей метод відносно складний у роботі та має тривалий цикл виявлення (приблизно 1-2 години для одного тесту), що робить його більш придатним для тестування із вибіркою пакетів, а не для онлайн-тестування в реальному часі.
(2) Інфрачервона спектроскопія з перетворенням Фур’є: якісний аналіз не-іонних залишків
Інфрачервона спектроскопія з перетворенням Фур’є визначає хімічну структуру залишкових речовин шляхом аналізу їхніх інфрачервоних спектрів поглинання, а потім визначає типи не{0}}іонних залишків (таких як каніфоль і залишки розчинників). Принцип полягає в тому, що функціональні групи різних органічних речовин, таких як гідроксильні, карбонільні та бензольні кільця, поглинають певні довжини хвилі інфрачервоного світла. Шляхом порівняння зі стандартною спектральною бібліотекою можна швидко ідентифікувати залишкові компоненти.
Перевага FTIR полягає в високій швидкості виявлення (приблизно 5-10 хвилин на виявлення), відсутності необхідності знищувати зразок і придатності для якісного скринінгу неіонних залишків. Наприклад, якщо під час тестування на поверхні друкованої плати буде виявлено пік характеристичного поглинання каніфолі, можна визначити, що залишки флюсу припою не були повністю видалені. Однак цей метод має низьку кількісну точність і не може точно розрахувати залишкові кількості. Зазвичай він використовується як попередній метод виявлення та поєднується з іншими методами (такими як ваговий метод) для досягнення кількісного аналізу.
(3) Оптичний мікроскоп і скануючий електронний мікроскоп: візуальне виявлення залишків частинок
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 мкм), в той час як останні можуть спостерігати мікрометрові або навіть нанометрові частинки. Він також може аналізувати елементний склад частинок за допомогою енергетичного спектрометра, щоб визначити джерело залишків (таких як уламки міді та частинки волокна).
Оптичний мікроскоп простий у користуванні та-рентабельний, підходить для швидкого онлайн-перевірки виробничих ліній. Він може досягти пакетного виявлення частинок друкованої плати за допомогою автоматизованого обладнання; SEM підходить для високо-сценаріїв точності, таких як виявлення дрібних частинок на поверхні мініатюрних друкованих плат або аналізу складу та джерела частинок, створюючи основу для оптимізації процесів очищення. Однак SEM-обладнання має вищу вартість і нижчу ефективність виявлення, що робить його більш придатним для усунення складних проблем і оптимізації процесів.
(4) Випробування опору ізоляції поверхні: непряма оцінка залишкових ефектів
Хоча перевірка опору ізоляції поверхні безпосередньо не визначає тип і вміст залишків, вона може опосередковано оцінити вплив залишків на електричні характеристики шляхом вимірювання опору ізоляції між двома точками на поверхні друкованої плати. Цей метод імітує фактичне середовище використання (наприклад, високу температуру та високу вологість), розміщує друковану плату в певних умовах температури та вологості, подає певну напругу та відстежує тенденцію зміни опору ізоляції: якщо опір продовжує зменшуватися, це вказує на те, що залишкові речовини вивільняють іони та існує ризик пошкодження ізоляції.
Перевага тестування SIR полягає в тому, що воно наближене до сценаріїв практичного застосування та може інтуїтивно відображати вплив залишків на надійність продукції, що робить його придатним як метод перевірки якості. Однак цей метод не може визначити конкретний тип залишків, і його потрібно поєднувати з іншими методами виявлення для подальшого визначення основної причини проблеми.
Виявлення залишків після очищення друкованої плати є «останньою лінією захисту» для забезпечення надійності продукту, а його технічний рівень безпосередньо впливає на якість і безпеку застосування друкованих плат. З розвитком друкованих плат у напрямку високої щільності, мініатюризації та високої надійності виявлення залишків потребує балансу між вищою точністю та ефективністю. У майбутньому спостерігатимуться дві основні тенденції: з одного боку, технологія виявлення буде модернізована до автоматизації та інтелекту (наприклад, онлайн-обладнання для виявлення іонної хроматографії, яке може забезпечити моніторинг у реальному-часі та автоматичну сигналізацію); З іншого боку, процеси виявлення та очищення будуть глибоко інтегровані зі зворотним-зворотним зв’язком даних виявлення в реальному часі та динамічним налаштуванням параметрів очищення, що забезпечує замкнутий{4}}контроль «оптимізації виявлення та повторного виявлення».