В процессе производства и сборки печатных плат технология очистки является ключевым звеном, обеспечивающим производительность и надежность продукта. Будь то очистка остатков после обработки и травления подложки или удаление паяльного флюса после сварки, остаточные вещества, оставшиеся в результате неполной очистки, могут вызвать ряд проблем с качеством и даже повлиять на долгосрочную-стабильную работу терминального оборудования. Таким образом, обнаружение остатков после очистки печатных плат стало основным средством контроля качества продукции и предотвращения потенциальных рисков.
1. Опасности остатков печатных плат: угроза качеству, которую нельзя игнорировать
Остаточные вещества после очистки могут оставаться следами, но они могут оказывать многомерное воздействие на электрические характеристики, механическую надежность и адаптацию печатных плат к окружающей среде. Конкретные опасности в основном отражаются в следующих трех аспектах:
Во-первых, имеет место сбой в работе электрооборудования. Остаточные ионные вещества, такие как ионы хлорида в травильных растворах и ионы органических кислот во флюсе для пайки, могут образовывать проводящие пути во влажной среде, что приводит к снижению сопротивления изоляции на поверхности печатной платы, увеличению тока утечки, перекрестным помехам в сигнале и даже к коротким замыканиям и перегоранию компонентов схемы в тяжелых случаях. Неионные остатки (например, жир и остатки смолы) могут покрывать поверхность линий передачи или площадок, увеличивать потери при передаче сигнала и нарушать согласование импедансов, особенно в высокочастотных и высокоскоростных- печатных платах, где такие остатки оказывают более существенное влияние на целостность сигнала.
Во-вторых, снижается механическая надежность. Остаточные вещества могут повредить поверхность соединения между печатной платой и компонентами. Например, остатки флюса могут вызвать коррозию паяных соединений, что приведет к снижению прочности паяных соединений. Под воздействием внешних факторов, таких как вибрация и циклические изменения температуры, паяные соединения склонны к растрескиванию, что приводит к выходу из строя соединения цепи. Кроме того, остаточные вязкие вещества могут также адсорбировать пыль и примеси, которые могут накапливаться с течением времени и влиять на эффективность рассеивания тепла печатных плат, ускоряя старение компонентов.
Наконец, экологическая адаптивность ухудшилась. В суровых условиях, таких как высокая температура, высокая влажность и солевой туман, остаточные коррозийные вещества могут ускорить окисление и коррозию подложек печатных плат и медной фольги, сокращая срок службы продукта. Например, если в печатных платах в морской среде присутствуют остаточные ионы хлорида, это может вызвать сильную электрохимическую коррозию и привести к разрыву цепи, что может привести к фатальным отказам печатных плат в аэрокосмической, автомобильной электронике и других областях.
2. Основные типы и источники остатков печатных плат.
Уточнение типа и источника остатков является необходимым условием для выбора подходящих методов обнаружения и точного определения проблем. В зависимости от химических свойств и производственного процесса остатки после очистки печатных плат можно разделить на следующие три категории:
(1) Ионный остаток
Ионные остатки в основном образуются в результате химической обработки и обладают сильной растворимостью в воде и проводимостью, что является основной причиной электрических сбоев. К распространенным типам относятся: остаточные хлориды, фториды и сульфаты (из травильного раствора) после процесса травления; Ионы органических кислот (таких как канифольная кислота и карбоксилат), образующиеся в результате разложения флюса после процесса сварки; Остаточные ионы металлов (таких как ионы меди, ионы олова) после процесса гальваники. Этот тип остатков легко адсорбируется на поверхности или в зазорах печатной платы. Если их не удалить путем обычной очистки, ионы будут выделяться при изменении влажности, что может привести к ухудшению характеристик изоляции.
(2) Неионный остаток
Неионные остатки состоят в основном из органических веществ и не обладают проводимостью, но могут влиять на характеристики поверхности и характеристики склеивания печатных плат. В основном включает в себя: остатки антиадгезивов и остатков смолы во время обработки подложки; Остаточные растворители, используемые в процессах очистки (например, спиртовые и кетоновые растворители); Канифольная смола, восковые компоненты и т.п. во флюсе. Неионные остатки обычно имеют высокую вязкость и легко прилипают к поверхностям паяльных площадок и линий передачи. Они могут не только повлиять на последующие процессы сборки (например, неточное позиционирование компонентов во время поверхностного монтажа), но также затруднить рассеивание тепла и ускорить локальное повышение температуры.
(3) Гранулированный остаток
Гранулированные остатки относятся к физическим примесям с широким спектром источников, включая пыль подложки и остатки медной фольги, образующиеся в процессе производства печатных плат; Пыль и волокна в окружающей среде; Частицы волокна выпадают из щеток и ваты фильтра в процессе очистки. Если такие остатки прилипнут между контактными площадками или контактами припоя, они могут вызвать виртуальную пайку и плохой контакт; Если он попадет внутрь прецизионных компонентов, таких как микросхемы и конденсаторы, он также может вызвать механические неисправности, особенно для миниатюрных печатных плат и печатных плат высокой-плотности.
3. Основные технологии и сценарии применения обнаружения остаточных печатных плат.
Для различных типов остатков промышленность разработала различные проверенные технологии обнаружения, каждая из которых имеет свои преимущества в точности обнаружения, эффективности и применимых сценариях. Методы сопоставления необходимо выбирать в соответствии с фактическими потребностями.
(1) Ионная хроматография: точное обнаружение ионных остатков.
Ионная хроматография является «золотым стандартом» обнаружения ионных остатков. Остаточные ионы отделяются на разделительной колонке, а затем количественно анализируются на концентрацию ионов с помощью детектора (например, детектора проводимости). Он может точно обнаруживать различные ионы, такие как ионы хлорида и радикалы органических кислот, с пределом обнаружения до частей на миллион или даже частей на миллиард.
Преимущество этой технологии заключается в сочетании качественных и количественных методов. Он может не только определять тип остаточных ионов, но и точно рассчитывать остаточное количество, что делает его пригодным для контроля качества в суровых условиях, таких как печатные платы аэрокосмического и медицинского оборудования. При тестировании необходимо сначала извлечь ионные остатки на поверхности печатной платы с помощью экстракционного раствора (например, деионизированной воды), а затем провести хроматографический анализ экстракционного раствора. Однако этот метод относительно сложен в использовании и имеет длительный цикл обнаружения (около 1-2 часов для одного теста), что делает его более подходящим для пакетного выборочного тестирования, а не для онлайн-тестирования в реальном времени.
(2) Инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье: качественный анализ не-ионных остатков
Инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье определяет химическую структуру остаточных веществ путем анализа их инфракрасных спектров поглощения, а затем идентифицирует типы не-ионных остатков (таких как канифольная смола и остатки растворителя). Принцип заключается в том, что функциональные группы различных органических веществ, такие как гидроксильные, карбонильные и бензольные кольца, поглощают определенные длины волн инфракрасного света. Остаточные компоненты можно быстро идентифицировать путем сравнения со стандартной спектральной библиотекой.
Преимущество FTIR заключается в высокой скорости обнаружения (около 5-10 минут на одно обнаружение), отсутствии необходимости разрушения образца и пригодности для качественного скрининга неионных остатков. Например, если во время тестирования на поверхности печатной платы обнаружен характерный канифольный пик поглощения, можно определить, что остатки паяльного флюса не были полностью удалены. Однако этот метод имеет низкую количественную точность и не позволяет точно рассчитать остаточные количества. Обычно он используется в качестве метода предварительного обнаружения и в сочетании с другими методами (например, весовым методом) для проведения количественного анализа.
(3) Оптический микроскоп и сканирующий электронный микроскоп: визуальное обнаружение остатков твердых частиц.
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), тогда как последний может наблюдать частицы микрометрового или даже нанометрового размера. Он также может анализировать элементный состав частиц с помощью энергетического спектрометра, чтобы определить источник остатков (например, медный мусор и частицы волокна).
Оптический микроскоп прост в эксплуатации,-экономичен и подходит для быстрого онлайн-обследования производственных линий. Он может обеспечить пакетное обнаружение частиц печатных плат с помощью автоматизированного оборудования; СЭМ подходит для сценариев с высокой-точностью, таких как обнаружение мелких частиц на поверхности миниатюрных печатных плат или анализ состава и источника частиц, обеспечивая основу для оптимизации процессов очистки. Однако оборудование SEM имеет более высокую стоимость и более низкую эффективность обнаружения, что делает его более подходящим для устранения сложных проблем и оптимизации процессов.
(4) Испытание сопротивления поверхностной изоляции: косвенная оценка остаточных эффектов
Хотя тестирование сопротивления поверхностной изоляции не позволяет напрямую определить тип и содержание остатков, оно позволяет косвенно оценить влияние остатков на электрические характеристики путем измерения сопротивления изоляции между двумя точками на поверхности печатной платы. Этот метод имитирует фактическую среду использования (например, среду с высокой температурой и высокой влажностью), помещает печатную плату в определенные условия температуры и влажности, подает определенное напряжение и отслеживает тенденцию изменения сопротивления изоляции: если сопротивление продолжает уменьшаться, это указывает на то, что остаточные вещества выделяют ионы и существует риск повреждения изоляции.
Преимущество тестирования SIR заключается в том, что оно близко к сценариям практического применения и может интуитивно отражать влияние остатков на надежность продукта, что делает его пригодным в качестве метода проверки качества. Однако этот метод не может определить конкретный тип остатков, и его необходимо сочетать с другими методами обнаружения для дальнейшего определения основной причины проблемы.
Обнаружение остатков после очистки печатной платы является «последней линией защиты» для обеспечения надежности продукта, а его технический уровень напрямую влияет на качество и безопасность применения печатных плат. С развитием печатных плат в сторону высокой плотности, миниатюризации и высокой надежности обнаружение остаточных веществ должно сочетать более высокую точность и эффективность. В будущем будут наблюдаться две основные тенденции: с одной стороны, технологии обнаружения будут модернизированы до уровня автоматизации и интеллекта (например, оборудование для обнаружения онлайн-ионной хроматографии, которое может обеспечить мониторинг в-режиме реального времени и автоматическую сигнализацию); С другой стороны, процессы обнаружения и очистки будут глубоко интегрированы, с обратной-обратной связью данных обнаружения в реальном времени и динамической регулировкой параметров очистки, обеспечивая замкнутый-цикл управления "оптимизацией обнаружения и повторным обнаружением".