V procesu izdelave in sestavljanja tiskanih vezij je tehnologija čiščenja ključna povezava za zagotavljanje učinkovitosti in zanesljivosti izdelka. Ne glede na to, ali gre za čiščenje ostankov po obdelavi podlage in jedkanju ali za odstranitev spajkalnega talila po varjenju, lahko ostanki snovi, ki ostanejo zaradi nepopolnega čiščenja, povzročijo vrsto težav s kakovostjo in celo vplivajo na dolgoročno-stabilno delovanje terminalske opreme. Zato je zaznavanje ostankov po čiščenju tiskanih plošč postalo glavno sredstvo za nadzor kakovosti izdelkov in izogibanje morebitnim tveganjem.
1, Nevarnosti ostankov tiskanih plošč: nevarnost kakovosti, ki je ni mogoče prezreti
Ostanki snovi po čiščenju so lahko v sledovih, vendar imajo lahko večdimenzionalne učinke na električno zmogljivost, mehansko zanesljivost in okoljsko prilagodljivost tiskanih vezij. Posebne nevarnosti se odražajo predvsem v naslednjih treh vidikih:
Prvič, gre za okvaro električnega delovanja. Preostale ionske snovi, kot so kloridni ioni v raztopinah za jedkanje in ioni organske kisline v fluksu za spajkanje, lahko tvorijo prevodne poti v vlažnih okoljih, kar vodi do zmanjšanja izolacijskega upora na površini tiskanega vezja, povečanega toka uhajanja, preslušavanja signala in celo kratkih stikov in izgorelosti komponent vezja v hujših primerih. Neionski ostanki (kot so ostanki maščobe in smole) lahko prekrijejo površino prenosnih vodov ali ploščic, povečajo izgube pri prenosu signala in motijo ujemanje impedance, zlasti pri visoko-frekvenčnih in-hitrostnih tiskanih vezjih, kjer imajo takšni ostanki pomembnejši vpliv na celovitost signala.
Drugič, zmanjšana je mehanska zanesljivost. Ostanki snovi lahko poškodujejo vezni vmesnik med PCB in komponentami. Preostali tok lahko na primer razjeda spajkalne spoje, kar povzroči zmanjšanje trdnosti spajkalnega spoja. V okoljskih obremenitvah, kot so vibracije in nihanje temperature, so spajkalni spoji nagnjeni k pokanju, kar povzroči okvaro povezave vezja. Poleg tega lahko ostanki viskoznih snovi absorbirajo tudi prah in nečistoče, ki se lahko sčasoma naberejo in vplivajo na zmogljivost odvajanja toplote plošč tiskanega vezja ter pospešijo staranje komponent.
Končno se je okoljska prilagodljivost poslabšala. V težkih okoljih, kot so visoka temperatura, visoka vlažnost in slani pršil, lahko ostanki korozivnih snovi pospešijo oksidacijo in korozijo substratov PCB in bakrenih folij, kar skrajša življenjsko dobo izdelka. Na primer, če so v tiskanih vezjih v morskih okoljih preostali kloridni ioni, lahko to povzroči močno elektrokemično korozijo in prekinitev tokokroga, kar lahko povzroči usodne okvare tiskanih vezij v letalstvu, avtomobilski elektroniki in na drugih področjih.
2, Glavne vrste in viri ostankov tiskanih plošč
Pojasnitev vrste in izvora ostankov je predpogoj za izbiro ustreznih metod odkrivanja in natančno lociranje težav. Glede na kemične lastnosti in proizvodni proces lahko ostanke po čiščenju PCB razdelimo v naslednje tri kategorije:
(1) Ionski ostanek
Ionski ostanki večinoma izhajajo iz tehnik kemične obdelave in imajo močno topnost v vodi in prevodnost, ki sta glavna vzroka električnih okvar. Pogosti tipi vključujejo: ostanke kloridov, fluoridov in sulfatov (iz raztopine za jedkanje) po postopku jedkanja; Ioni organske kisline (kot sta kolofonijska kislina in karboksilat), ki nastanejo z razgradnjo talila po postopku varjenja; Preostali kovinski ioni (kot so bakrovi ioni, kositrovi ioni) po postopku galvanizacije. Ta vrsta ostankov se zlahka adsorbira na površino ali reže tiskanega vezja. Če ga ne odstranite temeljito s konvencionalnim čiščenjem, se bodo med spremembami vlažnosti sproščali ioni, ki lahko poškodujejo izolacijo.
(2) Neionski ostanek
Neionski ostanki so v glavnem sestavljeni iz organskih snovi in nimajo prevodnosti, vendar lahko vplivajo na lastnosti površine in zmogljivost lepljenja tiskanih vezij. V glavnem vključuje: ostanke ločilnih sredstev in ostanke smole med obdelavo substrata; Preostala topila, ki se uporabljajo v postopkih čiščenja (kot so alkoholna in ketonska topila); Kolofonijska smola, komponente voska itd. v fluksu. Neionski ostanki so običajno zelo viskozni in se zlahka oprimejo površin spajkalnih blazinic in prenosnih vodov. Ne morejo le vplivati na poznejše postopke sestavljanja (kot je netočno pozicioniranje komponent med SMT), ampak tudi ovirajo odvajanje toplote in pospešijo lokalno dvigovanje temperature.
(3) Zrnati ostanek
Zrnati ostanki spadajo med fizikalne nečistoče s širokim razponom virov, vključno s substratnim prahom in ostanki bakrene folije, ki nastanejo med proizvodnimi procesi PCB; Prah in vlakna v okolju; Med postopkom čiščenja se s krtač in filtrirne vate odlijejo delci vlaken. Če se takšni ostanki primejo med spajkalne blazinice ali zatiče, lahko povzročijo navidezno spajkanje in slab stik; Če pride v notranjost natančnih komponent, kot so čipi in kondenzatorji, lahko povzroči tudi mehanske okvare, zlasti pri miniaturiziranih tiskanih vezjih z visoko-gostoto.
3, glavna tehnologija in scenariji uporabe za odkrivanje ostankov PCB
Za različne vrste ostankov je industrija razvila različne zrele tehnologije odkrivanja, od katerih ima vsaka svoje prednosti v natančnosti odkrivanja, učinkovitosti in uporabnih scenarijih. Metode ujemanja je treba izbrati glede na dejanske potrebe.
(1) Ionska kromatografija: natančna detekcija ionskih ostankov
Ionska kromatografija je "zlati standard" za odkrivanje ionskih ostankov. Preostali ioni se ločijo z ločevalno kolono in nato kvantitativno analizirajo koncentracijo ionov z uporabo detektorja (kot je detektor prevodnosti). Natančno lahko zazna različne ione, kot so kloridni ioni in radikali organske kisline, z mejo zaznave do ppm ali celo ppb.
Prednost te tehnologije je v kombinaciji kvalitativnih in kvantitativnih metod. Ne more samo določiti vrste preostalih ionov, temveč tudi natančno izračunati količino preostalih ionov, zaradi česar je primeren za nadzor kakovosti v težkih scenarijih, kot so tiskana vezja v letalski in vesoljski opremi. Pri testiranju je treba najprej ekstrahirati ionske ostanke na površini tiskanega vezja z ekstrakcijsko raztopino (kot je deionizirana voda) in nato izvesti kromatografsko analizo ekstrakcijske raztopine. Vendar pa je ta metoda razmeroma zapletena za uporabo in ima dolg cikel odkrivanja (približno 1-2 uri za posamezen test), zaradi česar je bolj primerna za testiranje s serijskim vzorčenjem kot za spletno testiranje v realnem času.
(2) Infrardeča spektroskopija s Fourierjevo transformacijo: kvalitativna analiza ne-ionskih ostankov
Infrardeča spektroskopija s Fourierjevo transformacijo določa kemijsko strukturo ostankov snovi z analizo njihovih infrardečih absorpcijskih spektrov in nato identificira vrste ne-ionskih ostankov (kot so smola kolofonije in ostanki topil). Načelo je, da funkcionalne skupine različnih organskih snovi, kot so hidroksilni, karbonilni in benzenski obroči, absorbirajo specifične valovne dolžine infrardeče svetlobe. S primerjavo s standardno spektralno knjižnico je mogoče hitro identificirati preostale komponente.
Prednost FTIR je v njegovi hitri detekcijski hitrosti (približno 5-10 minut na detekcijo), ni potrebe po uničenju vzorca in primernosti za kvalitativno presejanje neionskih ostankov. Na primer, če med preskušanjem na površini tiskanega vezja najdemo vrh absorpcije kolofonije, je mogoče ugotoviti, da ostanek talila spajke ni bil popolnoma odstranjen. Vendar ima ta metoda nizko kvantitativno natančnost in ne more natančno izračunati preostalih količin. Običajno se uporablja kot metoda predhodnega odkrivanja in v kombinaciji z drugimi tehnikami (kot je metoda teže) za doseganje kvantitativne analize.
(3) Optični mikroskop in vrstični elektronski mikroskop: vizualno odkrivanje ostankov delcev
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), slednji pa lahko opazuje mikrometrske ali celo nanometrske delce. Prav tako lahko analizira elementarno sestavo delcev z energijskim spektrometrom, da določi vir ostankov (kot so bakreni ostanki in delci vlaken).
Optični mikroskop je preprost za upravljanje in stroškovno-učinkovit ter primeren za hitro spletno pregledovanje proizvodnih linij. Z avtomatizirano opremo lahko doseže serijsko zaznavanje delcev PCB; SEM je primeren za visoko{2}}natančne scenarije, kot je zaznavanje drobnih delcev na površini miniaturiziranih tiskanih vezij ali analiza sestave in izvora delcev, kar zagotavlja osnovo za optimizacijo postopkov čiščenja. Vendar ima oprema SEM višje stroške in nižjo učinkovitost zaznavanja, zaradi česar je primernejša za odpravljanje težkih težav in optimizacijo procesov.
(4) Preskus površinske izolacijske odpornosti: posredna ocena preostalih učinkov
Čeprav testiranje površinske izolacijske upornosti ne zazna neposredno vrste in vsebnosti ostankov, lahko posredno oceni vpliv ostankov na električno zmogljivost z merjenjem izolacijske upornosti med dvema točkama na površini tiskanega vezja. Ta metoda simulira dejansko okolje uporabe (kot je okolje visoke temperature in visoke vlažnosti), postavi tiskano vezje pod določene pogoje temperature in vlažnosti, uporabi določeno napetost in spremlja trend sprememb izolacijskega upora: če se upor še naprej zmanjšuje, to pomeni, da ostanki snovi sproščajo ione in obstaja nevarnost okvare izolacije.
Prednost testiranja SIR je, da je blizu scenarijem praktične uporabe in lahko intuitivno odraža vpliv ostankov na zanesljivost izdelka, zaradi česar je primeren kot metoda preverjanja kakovosti. Vendar pa ta metoda ne more določiti posebne vrste ostankov in jo je treba kombinirati z drugimi tehnikami odkrivanja, da bi še dodatno odkrili glavni vzrok težave.
Zaznavanje ostankov po čiščenju tiskanih vezij je "zadnja obrambna linija" za zagotavljanje zanesljivosti izdelka, njegova tehnična raven pa neposredno vpliva na kakovost in varnost uporabe tiskanih vezij. Z razvojem tiskanih vezij v smeri visoke gostote, miniaturizacije in visoke zanesljivosti mora zaznavanje ostankov uravnotežiti večjo natančnost in učinkovitost. V prihodnosti bosta dva glavna trenda: na eni strani bo tehnologija zaznavanja nadgrajena v avtomatizacijo in inteligenco (kot je spletna oprema za zaznavanje ionske kromatografije, ki lahko doseže-nadzor v realnem času in samodejni alarm); Po drugi strani pa bodo procesi odkrivanja in čiščenja globoko integrirani s-realnočasovnimi povratnimi informacijami o podatkih odkrivanja in dinamičnim prilagajanjem parametrov čiščenja, s čimer se bo dosegel nadzor-zaprte zanke »optimizacije odkrivanja in ponovnega odkrivanja«.