V procesu výroby a montáže desek plošných spojů je technologie čištění klíčovým článkem zajišťujícím výkon a spolehlivost produktu. Ať už se jedná o čištění zbytků po zpracování substrátu a leptání, nebo o odstranění pájecího tavidla po svařování, zbytkové látky zanechané nedokončeným čištěním mohou způsobit řadu problémů s kvalitou a dokonce ovlivnit dlouhodobý-stabilní provoz koncových zařízení. Detekce zbytků po čištění desek plošných spojů se proto stala základním prostředkem kontroly kvality produktu a předcházení potenciálním rizikům.
1, Nebezpečí zbytků desek plošných spojů: riziko kvality, které nelze ignorovat
Zbytkové látky po čištění mohou být stopové, ale mohou mít vícerozměrné účinky na elektrický výkon, mechanickou spolehlivost a přizpůsobivost desek plošných spojů vůči životnímu prostředí. Specifická nebezpečí se odrážejí především v následujících třech aspektech:
Za prvé, dojde k výpadku elektrického výkonu. Zbytkové iontové látky, jako jsou chloridové ionty v leptacích roztocích a ionty organických kyselin v pájecím tavidle, mohou ve vlhkém prostředí tvořit vodivé cesty, což vede ke snížení izolačního odporu na povrchu desky plošných spojů, zvýšenému svodovému proudu, přeslechům signálu a v těžkých případech dokonce ke zkratům a vyhoření součástek obvodu. Neiontové zbytky (jako mastnota a zbytky pryskyřice) mohou pokrýt povrch přenosových vedení nebo podložek, zvýšit ztráty přenosu signálu a narušit přizpůsobení impedance, zejména na deskách s plošnými spoji s vysokou-frekvencí a vysokou{3}}rychlostí, kde takové zbytky mají významnější dopad na integritu signálu.
Za druhé dochází ke snížení mechanické spolehlivosti. Zbytkové látky mohou poškodit spojovací rozhraní mezi PCB a součástmi. Zbytkové tavidlo může například korodovat pájené spoje, což vede ke snížení pevnosti pájeného spoje. Při zátěži prostředí, jako jsou vibrace a teplotní cykly, jsou pájené spoje náchylné k praskání, což způsobuje selhání připojení obvodu. Kromě toho mohou zbytkové viskózní látky také absorbovat prach a nečistoty, které se mohou v průběhu času hromadit a ovlivňovat výkon desek s plošnými spoji při odvádění tepla, čímž se urychluje stárnutí součástí.
Konečně se zhoršila přizpůsobivost prostředí. V drsných prostředích, jako je vysoká teplota, vysoká vlhkost a solná mlha, mohou zbytkové korozivní látky urychlit oxidaci a korozi substrátů PCB a měděných fólií a zkrátit tak životnost produktu. Pokud jsou například na deskách s plošnými spoji v mořském prostředí zbytkové chloridové ionty, může to způsobit těžkou elektrochemickou korozi a vést k poškození obvodu, což může způsobit fatální selhání desek s plošnými spoji v letectví, automobilové elektronice a dalších oborech.
2, Hlavní typy a zdroje zbytků desek plošných spojů
Vyjasnění typu a zdroje reziduí je nezbytným předpokladem pro výběr vhodných metod detekce a přesné lokalizace problémů. Podle chemických vlastností a výrobního procesu lze zbytek po čištění PCB rozdělit do následujících tří kategorií:
(1) Iontový zbytek
Iontové zbytky pocházejí většinou z chemických zpracovatelských technik a mají vysokou rozpustnost ve vodě a vodivost, což jsou hlavní příčiny elektrických poruch. Mezi běžné typy patří: zbytkové chloridy, fluoridy a sírany (z leptacího roztoku) po procesu leptání; Ionty organických kyselin (jako je kalafunová kyselina a karboxylát) generované rozkladem tavidla po procesu svařování; Zbytkové ionty kovů (jako jsou ionty mědi, ionty cínu) po procesu galvanizace. Tento typ zbytků se snadno adsorbuje na povrchu nebo mezerách desky s plošnými spoji. Pokud není důkladně odstraněno konvenčním čištěním, budou se při změnách vlhkosti uvolňovat ionty, které mohou poškodit izolační výkon.
(2) Neiontový zbytek
Neiontové zbytky se skládají převážně z organických látek a nemají vodivost, ale mohou ovlivnit vlastnosti povrchu a lepicí výkon desek s plošnými spoji. Zahrnuje především: zbytková separační činidla a zbytky pryskyřice během zpracování substrátu; Zbytková rozpouštědla používaná při čisticích procesech (jako jsou alkoholová a ketonová rozpouštědla); Kalafunová pryskyřice, voskové složky atd. v tavidle. Neiontové zbytky jsou obvykle vysoce viskózní a snadno přilnou k povrchům pájecích plošek a přenosových vedení. Mohou nejen ovlivnit následné montážní procesy (jako je nepřesné umístění součástí během SMT), ale také bránit odvodu tepla a urychlit místní nárůst teploty.
(3) Granulovaný zbytek
Granulované zbytky patří k fyzikálním nečistotám s širokým spektrem zdrojů, včetně prachu substrátu a zbytků měděné fólie generovaných během výrobních procesů PCB; Prach a vlákna v životním prostředí; Vláknité částice se uvolňují z kartáčů a filtrační bavlny během procesu čištění. Pokud takové zbytky ulpívají mezi pájecími ploškami nebo kolíky, mohou způsobit virtuální pájení a špatný kontakt; Pokud se dostane do vnitřku přesných součástek, jako jsou čipy a kondenzátory, může také způsobit mechanické poruchy, zejména u miniaturizovaných desek plošných spojů s vysokou -hustotou.
3, Hlavní technologie a aplikační scénáře detekce reziduí PCB
Pro různé typy reziduí vyvinul průmysl různé vyspělé detekční technologie, z nichž každá má své vlastní výhody v přesnosti detekce, účinnosti a použitelných scénářích. Metody párování je třeba vybrat podle skutečných potřeb.
(1) Iontová chromatografie: přesná detekce iontových zbytků
Iontová chromatografie je „zlatým standardem“ pro detekci iontových zbytků. Zbytkové ionty jsou separovány separační kolonou a poté kvantitativně analyzovány na koncentraci iontů pomocí detektoru (jako je vodivostní detektor). Dokáže přesně detekovat různé ionty, jako jsou chloridové ionty a radikály organických kyselin, s detekčním limitem až ppm nebo dokonce ppb.
Výhodou této technologie je kombinace kvalitativních a kvantitativních metod. Dokáže nejen určit typ zbytkových iontů, ale také přesně vypočítat zbytkové množství, díky čemuž je vhodný pro kontrolu kvality v náročných scénářích, jako jsou desky plošných spojů pro letecký a lékařský přístroj. Při testování je nutné nejprve extrahovat iontové zbytky na povrchu pcb pomocí extrakčního roztoku (jako je deionizovaná voda) a poté provést chromatografickou analýzu extrakčního roztoku. Tato metoda je však poměrně složitá na provoz a má dlouhý detekční cyklus (asi 1-2 hodiny na jeden test), takže je vhodnější pro testování v dávkách namísto testování online v reálném čase.
(2) Infračervená spektroskopie s Fourierovou transformací: kvalitativní analýza ne-iontových zbytků
Infračervená spektroskopie s Fourierovou transformací určuje chemickou strukturu zbytkových látek analýzou jejich infračervených absorpčních spekter a poté identifikuje typy neiontových zbytků (např. pryskyřice a zbytky rozpouštědel). Princip spočívá v tom, že funkční skupiny různých organických látek, jako jsou hydroxylové, karbonylové a benzenové kruhy, absorbují specifické vlnové délky infračerveného světla. Porovnáním se standardní spektrální knihovnou lze rychle identifikovat zbytkové složky.
Výhoda FTIR spočívá v jeho vysoké rychlosti detekce (cca 5-10 minut na detekci), bez nutnosti ničení vzorku a vhodnosti pro kvalitativní screening neiontových reziduí. Například, pokud je během testování na povrchu PCB nalezen absorpční pík charakteristický pro kalafunu, lze určit, že zbytky tavidla nebyly zcela odstraněny. Tato metoda má však nízkou kvantitativní přesnost a nemůže přesně vypočítat zbytková množství. Obvykle se používá jako předběžná detekční metoda a v kombinaci s jinými technikami (jako je hmotnostní metoda) k dosažení kvantitativní analýzy.
(3) Optický mikroskop a rastrovací elektronový mikroskop: vizuální detekce částicových reziduí
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), zatímco druhý může pozorovat částice o velikosti mikrometrů nebo dokonce nanometrů. Může také analyzovat elementární složení částic pomocí energetického spektrometru a určit zdroj reziduí (jako jsou měděné úlomky a částice vláken).
Optický mikroskop se snadno ovládá a{0}}efektivní z hlediska nákladů a je vhodný pro rychlé online prověřování výrobních linek. Může dosáhnout dávkové detekce částic PCB prostřednictvím automatizovaného zařízení; SEM je vhodný pro vysoce přesné-scénáře, jako je detekce jemných částic na povrchu miniaturizovaných desek s plošnými spoji nebo analýza složení a zdroje částic, což poskytuje základ pro optimalizaci procesů čištění. Zařízení SEM má však vyšší náklady a nižší účinnost detekce, takže je vhodnější pro odstraňování složitých problémů a optimalizaci procesů.
(4) Test izolačního odporu povrchu: Nepřímé hodnocení zbytkových účinků
Přestože testování povrchového izolačního odporu přímo nezjistí typ a obsah zbytků, může nepřímo vyhodnotit dopad zbytků na elektrický výkon měřením izolačního odporu mezi dvěma body na povrchu desky plošných spojů. Tato metoda simuluje skutečné prostředí použití (jako je prostředí s vysokou teplotou a vysokou vlhkostí), umístí desku plošných spojů do specifických teplotních a vlhkostních podmínek, aplikuje určité napětí a sleduje trend změn izolačního odporu: pokud se odpor stále snižuje, indikuje to, že zbytkové látky uvolňují ionty a existuje riziko selhání izolace.
Výhodou testování SIR je, že se blíží praktickým aplikačním scénářům a dokáže intuitivně odrážet dopad reziduí na spolehlivost produktu, takže je vhodné jako metoda ověřování kvality. Tato metoda však nemůže určit konkrétní typ rezidua a je třeba ji kombinovat s jinými detekčními technikami, aby se dále lokalizovala hlavní příčina problému.
Detekce zbytků po čištění desky plošných spojů je „poslední obrannou linií“ pro zajištění spolehlivosti produktu a její technická úroveň přímo ovlivňuje kvalitu a bezpečnost použití desek plošných spojů. S vývojem desek plošných spojů směrem k vysoké hustotě, miniaturizaci a vysoké spolehlivosti musí detekce zbytků vyvážit vyšší přesnost a účinnost. V budoucnu budou existovat dva hlavní trendy: na jedné straně bude detekční technologie povýšena na automatizaci a inteligenci (jako je online detekční zařízení na iontové chromatografii, které dokáže-sledovat v reálném čase a automatický alarm); Na druhou stranu budou procesy detekce a čištění hluboce integrovány se zpětnou-zpětnou vazbou detekčních dat v reálném čase a dynamickým nastavením parametrů čištění, čímž se dosáhne kontroly v uzavřeném-cyklu „znovu detekce optimalizace detekce“.