Στη διαδικασία κατασκευής και συναρμολόγησης PCB, η τεχνολογία καθαρισμού είναι ένας βασικός κρίκος για τη διασφάλιση της απόδοσης και της αξιοπιστίας του προϊόντος. Είτε πρόκειται για τον καθαρισμό των υπολειμμάτων μετά την επεξεργασία και τη χάραξη του υποστρώματος είτε για την αφαίρεση της ροής συγκόλλησης μετά τη συγκόλληση, οι υπολειμματικές ουσίες που αφήνονται από τον ατελή καθαρισμό μπορεί να προκαλέσουν μια σειρά ποιοτικών προβλημάτων και ακόμη και να επηρεάσουν τη μακροπρόθεσμη σταθερή λειτουργία του τερματικού εξοπλισμού. Επομένως, η ανίχνευση υπολειμμάτων μετά τον καθαρισμό της πλακέτας PCB έχει γίνει βασικό μέσο ελέγχου της ποιότητας του προϊόντος και αποφυγής πιθανών κινδύνων.
1, Οι κίνδυνοι των υπολειμμάτων της πλακέτας pcb: ένας ποιοτικός κίνδυνος που δεν μπορεί να αγνοηθεί
Οι υπολειμματικές ουσίες μετά τον καθαρισμό μπορεί να είναι ίχνη, αλλά μπορεί να έχουν πολυδιάστατες επιδράσεις στην ηλεκτρική απόδοση, τη μηχανική αξιοπιστία και την περιβαλλοντική προσαρμοστικότητα των τυπωμένων κυκλωμάτων. Οι συγκεκριμένοι κίνδυνοι αντικατοπτρίζονται κυρίως στις ακόλουθες τρεις πτυχές:
Πρώτον, υπάρχει μια βλάβη ηλεκτρικής απόδοσης. Οι υπολειμματικές ιοντικές ουσίες, όπως ιόντα χλωρίου στα διαλύματα χάραξης και ιόντα οργανικού οξέος στη ροή συγκόλλησης, μπορούν να σχηματίσουν αγώγιμες οδούς σε υγρά περιβάλλοντα, οδηγώντας σε μείωση της αντίστασης μόνωσης στην επιφάνεια του PCB, αυξημένο ρεύμα διαρροής, αλληλεπιδράσεις σήματος και ακόμη και βραχυκυκλώματα και εξάντληση εξαρτημάτων κυκλώματος σε σοβαρές περιπτώσεις. Μη ιοντικά υπολείμματα (όπως γράσο και υπολείμματα ρητίνης) μπορεί να καλύπτουν την επιφάνεια των γραμμών μετάδοσης ή τα μαξιλαράκια, να αυξήσουν τις απώλειες μετάδοσης σήματος και να διαταράξουν την αντιστοίχιση σύνθετης αντίστασης, ειδικά σε πλακέτες τυπωμένων κυκλωμάτων υψηλής συχνότητας και υψηλών
Δεύτερον, υπάρχει μείωση της μηχανικής αξιοπιστίας. Οι υπολειμματικές ουσίες μπορεί να καταστρέψουν τη διεπαφή σύνδεσης μεταξύ PCB και εξαρτημάτων. Για παράδειγμα, η υπολειπόμενη ροή μπορεί να διαβρώσει τους αρμούς συγκόλλησης, οδηγώντας σε μείωση της αντοχής του συνδέσμου συγκόλλησης. Κάτω από περιβαλλοντικές καταπονήσεις, όπως κραδασμούς και κύκλοι θερμοκρασίας, οι σύνδεσμοι συγκόλλησης είναι επιρρεπείς σε ρωγμές, προκαλώντας αστοχία σύνδεσης κυκλώματος. Επιπλέον, οι υπολειμματικές ιξώδεις ουσίες μπορεί επίσης να προσροφήσουν σκόνη και ακαθαρσίες, οι οποίες μπορούν να συσσωρευτούν με την πάροδο του χρόνου και να επηρεάσουν την απόδοση απαγωγής θερμότητας των πλακετών τυπωμένων κυκλωμάτων, επιταχύνοντας τη γήρανση των εξαρτημάτων.
Τέλος, η περιβαλλοντική προσαρμοστικότητα έχει επιδεινωθεί. Σε σκληρά περιβάλλοντα όπως η υψηλή θερμοκρασία, η υψηλή υγρασία και ο ψεκασμός αλατιού, οι υπολειμματικές διαβρωτικές ουσίες μπορούν να επιταχύνουν την οξείδωση και τη διάβρωση των υποστρωμάτων pcb και των φύλλων χαλκού, μειώνοντας τη διάρκεια ζωής του προϊόντος. Για παράδειγμα, εάν υπάρχουν υπολειμματικά ιόντα χλωρίου σε πλακέτες τυπωμένων κυκλωμάτων σε θαλάσσια περιβάλλοντα, μπορεί να προκαλέσει σοβαρή ηλεκτροχημική διάβρωση και να οδηγήσει σε θραύση κυκλώματος, που μπορεί να προκαλέσει θανατηφόρες βλάβες για τις πλακέτες τυπωμένων κυκλωμάτων στην αεροδιαστημική, τα ηλεκτρονικά αυτοκινήτων και άλλα πεδία.
2, Οι κύριοι τύποι και πηγές υπολειμμάτων πλακέτας pcb
Η αποσαφήνιση του τύπου και της πηγής των υπολειμμάτων αποτελεί προϋπόθεση για την επιλογή κατάλληλων μεθόδων ανίχνευσης και τον ακριβή εντοπισμό προβλημάτων. Σύμφωνα με τις χημικές ιδιότητες και τη διαδικασία παραγωγής, τα υπολείμματα μετά τον καθαρισμό pcb μπορούν να χωριστούν στις ακόλουθες τρεις κατηγορίες:
(1) Ιονικό υπόλειμμα
Τα ιοντικά υπολείμματα προέρχονται κυρίως από τεχνικές χημικής επεξεργασίας και έχουν ισχυρή υδατοδιαλυτότητα και αγωγιμότητα, που είναι οι κύριες αιτίες ηλεκτρικών αστοχιών. Οι συνήθεις τύποι περιλαμβάνουν: υπολειμματικά χλωρίδια, φθοριούχα και θειικά άλατα (από διάλυμα χάραξης) μετά τη διαδικασία χάραξης. Ιόντα οργανικού οξέος (όπως οξύ κολοφωνίου και καρβοξυλικό) που παράγονται από την αποσύνθεση της ροής μετά τη διαδικασία συγκόλλησης. Υπολειμματικά μεταλλικά ιόντα (όπως ιόντα χαλκού, ιόντα κασσιτέρου) μετά τη διαδικασία ηλεκτρολυτικής επιμετάλλωσης. Αυτός ο τύπος υπολειμμάτων προσροφάται εύκολα στην επιφάνεια ή στα κενά του pcb. Εάν δεν αφαιρεθεί επιμελώς με συμβατικό καθαρισμό, τα ιόντα θα απελευθερωθούν κατά τις αλλαγές υγρασίας, γεγονός που μπορεί να βλάψει την απόδοση της μόνωσης.
(2) Μη ιοντικό υπόλειμμα
Τα μη ιοντικά υπολείμματα αποτελούνται κυρίως από οργανικές ουσίες και δεν έχουν αγωγιμότητα, αλλά μπορούν να επηρεάσουν τα χαρακτηριστικά της επιφάνειας και την απόδοση συγκόλλησης των πλακών τυπωμένων κυκλωμάτων. Περιλαμβάνει κυρίως: υπολειμματικά μέσα απελευθέρωσης και υπολείμματα ρητίνης κατά την επεξεργασία του υποστρώματος. Υπολειμματικοί διαλύτες που χρησιμοποιούνται σε διαδικασίες καθαρισμού (όπως διαλύτες αλκοόλης και κετόνης). Ρητίνη κολοφωνίου, συστατικά κεριού κ.λπ. σε ροή. Τα μη ιοντικά υπολείμματα είναι συνήθως πολύ παχύρρευστα και προσκολλώνται εύκολα στις επιφάνειες των μαξιλαριών συγκόλλησης και των γραμμών μετάδοσης. Μπορεί όχι μόνο να επηρεάσουν τις επόμενες διαδικασίες συναρμολόγησης (όπως η ανακριβής τοποθέτηση εξαρτημάτων κατά τη διάρκεια του SMT), αλλά επίσης να εμποδίσουν τη διάχυση θερμότητας και να επιταχύνουν την τοπική αύξηση της θερμοκρασίας.
(3) Κοκκώδες υπόλειμμα
Τα κοκκώδη υπολείμματα ανήκουν σε φυσικές ακαθαρσίες με ένα ευρύ φάσμα πηγών, συμπεριλαμβανομένης της σκόνης υποστρώματος και των υπολειμμάτων φύλλου χαλκού που δημιουργούνται κατά τις διαδικασίες κατασκευής PCB. Σκόνη και ίνες στο περιβάλλον. Τα σωματίδια ινών απορρίπτονται από τις βούρτσες και το βαμβάκι φίλτρου κατά τη διαδικασία καθαρισμού. Εάν τέτοια υπολείμματα προσκολληθούν μεταξύ των μαξιλαριών συγκόλλησης ή των ακίδων, μπορεί να προκαλέσουν εικονική συγκόλληση και κακή επαφή. Εάν εισέλθει στο εσωτερικό εξαρτημάτων ακριβείας, όπως τσιπ και πυκνωτές, μπορεί επίσης να προκαλέσει μηχανικές βλάβες, ειδικά για μικροσκοπικές πλακέτες τυπωμένων κυκλωμάτων- υψηλής πυκνότητας.
3, Τα κύρια σενάρια τεχνολογίας και εφαρμογής ανίχνευσης υπολειμμάτων pcb
Για διαφορετικούς τύπους υπολειμμάτων, η βιομηχανία έχει αναπτύξει διάφορες τεχνολογίες ανίχνευσης ώριμων, καθεμία με τα δικά της πλεονεκτήματα στην ακρίβεια ανίχνευσης, την αποτελεσματικότητα και τα εφαρμόσιμα σενάρια. Οι μέθοδοι αντιστοίχισης πρέπει να επιλέγονται σύμφωνα με τις πραγματικές ανάγκες.
(1) Ιονική χρωματογραφία: ακριβής ανίχνευση ιοντικών υπολειμμάτων
Η χρωματογραφία ιόντων είναι το «χρυσό πρότυπο» για την ανίχνευση ιοντικών υπολειμμάτων. Τα υπολειμματικά ιόντα διαχωρίζονται από μια στήλη διαχωρισμού και στη συνέχεια αναλύονται ποσοτικά για συγκέντρωση ιόντων χρησιμοποιώντας έναν ανιχνευτή (όπως έναν ανιχνευτή αγωγιμότητας). Μπορεί να ανιχνεύσει με ακρίβεια διάφορα ιόντα όπως ιόντα χλωρίου και ρίζες οργανικού οξέος, με όριο ανίχνευσης έως ppm ή ακόμα και ppb.
Το πλεονέκτημα αυτής της τεχνολογίας έγκειται στον συνδυασμό ποιοτικών και ποσοτικών μεθόδων. Μπορεί όχι μόνο να προσδιορίσει τον τύπο των υπολειμματικών ιόντων, αλλά και να υπολογίσει με ακρίβεια την υπολειπόμενη ποσότητα, καθιστώντας το κατάλληλο για ποιοτικό έλεγχο σε δύσκολα σενάρια όπως οι πλακέτες τυπωμένων κυκλωμάτων αεροδιαστημικής και ιατρικού εξοπλισμού. Κατά τη δοκιμή, είναι απαραίτητο να εκχυλιστούν πρώτα τα ιοντικά υπολείμματα στην επιφάνεια του pcb χρησιμοποιώντας ένα διάλυμα εκχύλισης (όπως απιονισμένο νερό) και στη συνέχεια να πραγματοποιηθεί χρωματογραφική ανάλυση στο διάλυμα εκχύλισης. Ωστόσο, αυτή η μέθοδος είναι σχετικά πολύπλοκη στη λειτουργία και έχει μακρύ κύκλο ανίχνευσης (περίπου 1-2 ώρες για μία μόνο δοκιμή), καθιστώντας την πιο κατάλληλη για δοκιμές δειγματοληψίας παρτίδων παρά για διαδικτυακές δοκιμές σε πραγματικό χρόνο.
(2) Φασματοσκοπία υπέρυθρου μετασχηματισμού Fourier: ποιοτική ανάλυση μη-ιονικών υπολειμμάτων
Η φασματοσκοπία υπέρυθρου μετασχηματισμού Fourier προσδιορίζει τη χημική δομή των υπολειμματικών ουσιών αναλύοντας τα φάσματα απορρόφησης υπερύθρων τους και, στη συνέχεια, προσδιορίζει τους τύπους μη-ιονικών υπολειμμάτων (όπως ρητίνη κολοφωνίου και υπολείμματα διαλυτών). Η αρχή είναι ότι οι λειτουργικές ομάδες διαφορετικών οργανικών ουσιών, όπως οι δακτύλιοι υδροξυλίου, καρβονυλίου και βενζολίου, απορροφούν συγκεκριμένα μήκη κύματος υπέρυθρου φωτός. Συγκρίνοντας με μια τυπική φασματική βιβλιοθήκη, τα υπολειμματικά στοιχεία μπορούν να εντοπιστούν γρήγορα.
Το πλεονέκτημα του FTIR έγκειται στη γρήγορη ταχύτητα ανίχνευσης (περίπου 5-10 λεπτά ανά ανίχνευση), στη μη ανάγκη καταστροφής του δείγματος και στην καταλληλότητα για ποιοτικό έλεγχο μη ιοντικών υπολειμμάτων. Για παράδειγμα, εάν βρεθεί μια χαρακτηριστική κορυφή απορρόφησης κολοφωνίου στην επιφάνεια του pcb κατά τη διάρκεια της δοκιμής, μπορεί να προσδιοριστεί ότι το υπόλειμμα ροής συγκόλλησης δεν έχει αφαιρεθεί εντελώς. Ωστόσο, αυτή η μέθοδος έχει χαμηλή ποσοτική ακρίβεια και δεν μπορεί να υπολογίσει με ακρίβεια τις υπολειμματικές ποσότητες. Συνήθως χρησιμοποιείται ως μέθοδος προκαταρκτικής ανίχνευσης και συνδυάζεται με άλλες τεχνικές (όπως η μέθοδος βάρους) για την επίτευξη ποσοτικής ανάλυσης.
(3) Οπτικό μικροσκόπιο και ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης: οπτική ανίχνευση υπολειμμάτων σωματιδίων
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 μ m), ενώ το τελευταίο μπορεί να παρατηρήσει σωματίδια μεγέθους μικρομέτρων ή και νανομέτρων. Μπορεί επίσης να αναλύσει τη στοιχειακή σύνθεση των σωματιδίων μέσω ενός ενεργειακού φασματόμετρου για να προσδιορίσει την πηγή των υπολειμμάτων (όπως τα υπολείμματα χαλκού και τα σωματίδια ινών).
Το οπτικό μικροσκόπιο είναι εύκολο στη χρήση και{0}}οικονομικό, κατάλληλο για διαδικτυακό γρήγορο έλεγχο γραμμών παραγωγής. Μπορεί να επιτύχει ανίχνευση σωματιδίων pcb παρτίδας μέσω αυτοματοποιημένου εξοπλισμού. Το SEM είναι κατάλληλο για σενάρια υψηλής ακρίβειας, όπως η ανίχνευση λεπτών σωματιδίων στην επιφάνεια μικρών πλακών τυπωμένου κυκλώματος ή η ανάλυση της σύνθεσης και της πηγής των σωματιδίων, παρέχοντας μια βάση για τη βελτιστοποίηση των διαδικασιών καθαρισμού. Ωστόσο, ο εξοπλισμός SEM έχει υψηλότερο κόστος και χαμηλότερη απόδοση ανίχνευσης, καθιστώντας τον πιο κατάλληλο για την αντιμετώπιση δύσκολων προβλημάτων και τη βελτιστοποίηση των διαδικασιών.
(4) Δοκιμή Επιφανειακής Αντίστασης Μόνωσης: Έμμεση Αξιολόγηση Υπολειμματικών Επιπτώσεων
Αν και η δοκιμή αντίστασης μόνωσης επιφανειών δεν ανιχνεύει άμεσα τον τύπο και το περιεχόμενο των υπολειμμάτων, μπορεί έμμεσα να αξιολογήσει την επίδραση των υπολειμμάτων στην ηλεκτρική απόδοση μετρώντας την αντίσταση μόνωσης μεταξύ δύο σημείων στην επιφάνεια pcb. Αυτή η μέθοδος προσομοιώνει το πραγματικό περιβάλλον χρήσης (όπως περιβάλλον υψηλής θερμοκρασίας και υψηλής υγρασίας), τοποθετεί το pcb σε συγκεκριμένες συνθήκες θερμοκρασίας και υγρασίας, εφαρμόζει μια συγκεκριμένη τάση και παρακολουθεί την τάση των αλλαγών της αντίστασης μόνωσης: εάν η αντίσταση συνεχίσει να μειώνεται, σημαίνει ότι οι υπολειμματικές ουσίες απελευθερώνουν ιόντα και υπάρχει κίνδυνος αστοχίας μόνωσης.
Το πλεονέκτημα της δοκιμής SIR είναι ότι είναι κοντά σε πρακτικά σενάρια εφαρμογής και μπορεί να αντικατοπτρίζει διαισθητικά την επίδραση των υπολειμμάτων στην αξιοπιστία του προϊόντος, καθιστώντας την κατάλληλη ως μέθοδο επαλήθευσης ποιότητας. Ωστόσο, αυτή η μέθοδος δεν μπορεί να προσδιορίσει τον συγκεκριμένο τύπο υπολειμμάτων και πρέπει να συνδυαστεί με άλλες τεχνικές ανίχνευσης για τον περαιτέρω εντοπισμό της βασικής αιτίας του προβλήματος.
Η ανίχνευση υπολειμμάτων μετά τον καθαρισμό της πλακέτας PCB είναι η "τελευταία γραμμή άμυνας" για τη διασφάλιση της αξιοπιστίας του προϊόντος και το τεχνικό επίπεδο επηρεάζει άμεσα την ποιότητα και την ασφάλεια εφαρμογής των πλακών τυπωμένου κυκλώματος. Με την ανάπτυξη του pcb προς την υψηλή πυκνότητα, τη σμίκρυνση και την υψηλή αξιοπιστία, η υπολειμματική ανίχνευση πρέπει να εξισορροπεί υψηλότερη ακρίβεια και απόδοση. Στο μέλλον, θα υπάρξουν δύο σημαντικές τάσεις: αφενός, η τεχνολογία ανίχνευσης θα αναβαθμιστεί σε αυτοματισμό και ευφυΐα (όπως ο ηλεκτρονικός εξοπλισμός ανίχνευσης χρωματογραφίας ιόντων, ο οποίος μπορεί να επιτύχει παρακολούθηση σε πραγματικό χρόνο και αυτόματο συναγερμό). Από την άλλη πλευρά, οι διαδικασίες ανίχνευσης και καθαρισμού θα ενσωματωθούν σε βάθος, με-ανατροφοδότηση δεδομένων ανίχνευσης σε πραγματικό χρόνο και δυναμική προσαρμογή των παραμέτρων καθαρισμού, επιτυγχάνοντας έναν έλεγχο κλειστού-βρόχου "επανανίχνευσης βελτιστοποίησης ανίχνευσης".