În procesul de fabricație și asamblare a pcb-ului, tehnologia de curățare este o verigă cheie pentru a asigura performanța și fiabilitatea produsului. Fie că este vorba de curățarea reziduurilor după procesarea și gravarea substratului, fie de îndepărtarea fluxului de lipit după sudare, substanțele reziduale lăsate de curățarea incompletă pot cauza o serie de probleme de calitate și chiar pot afecta funcționarea stabilă pe termen lung a echipamentelor terminale. Prin urmare, detectarea reziduurilor după curățarea plăcilor PCB a devenit un mijloc de bază pentru controlul calității produsului și evitarea riscurilor potențiale.
1, Pericolele reziduurilor de placă PCB: un pericol de calitate care nu poate fi ignorat
Substanțele reziduale după curățare pot fi urme, dar pot avea efecte multidimensionale asupra performanței electrice, fiabilității mecanice și adaptabilității la mediu a plăcilor cu circuite imprimate. Pericolele specifice se reflectă în principal în următoarele trei aspecte:
În primul rând, există o defecțiune a performanței electrice. Substanțele ionice reziduale, cum ar fi ionii de clorură din soluțiile de gravare și ionii de acid organic în fluxul de lipit, pot forma căi conductoare în medii umede, ceea ce duce la o scădere a rezistenței de izolație pe suprafața PCB, la creșterea curentului de scurgere, la diafonia semnalului și chiar la scurtcircuite și la arderea componentelor circuitului în cazuri severe. Reziduurile neionice (cum ar fi grăsimea și resturile de rășină) pot acoperi suprafața liniilor sau plăcilor de transmisie, pot crește pierderile de transmisie a semnalului și pot perturba potrivirea impedanței, în special în plăcile de circuite imprimate de-frecvență înaltă și-înaltă{3}}, unde astfel de reziduuri au un impact mai semnificativ asupra integrității semnalului.
În al doilea rând, există o scădere a fiabilității mecanice. Substanțele reziduale pot deteriora interfața de legătură dintre pcb și componente. De exemplu, fluxul rezidual poate coroda îmbinările de lipit, ceea ce duce la o scădere a rezistenței îmbinărilor de lipit. Sub stresul mediului, cum ar fi vibrațiile și ciclurile de temperatură, îmbinările de lipit sunt predispuse la crăpare, provocând defecțiunea conexiunii circuitului. În plus, substanțele vâscoase reziduale pot, de asemenea, adsorbi praful și impuritățile, care se pot acumula în timp și pot afecta performanța de disipare a căldurii a plăcilor cu circuite imprimate, accelerând îmbătrânirea componentelor.
În cele din urmă, adaptabilitatea mediului sa deteriorat. În medii dure, cum ar fi temperaturi ridicate, umiditate ridicată și pulverizare de sare, substanțele corozive reziduale pot accelera oxidarea și coroziunea substraturilor PCB și a foliilor de cupru, scurtând durata de viață a produsului. De exemplu, dacă există ioni de clorură reziduali în plăcile de circuite imprimate din mediile marine, aceasta poate provoca coroziune electrochimică severă și poate duce la ruperea circuitului, care poate provoca defecțiuni fatale pentru plăcile de circuite imprimate din industria aerospațială, electronică auto și alte domenii.
2, Principalele tipuri și surse de reziduuri de placă PCB
Clarificarea tipului și sursei reziduurilor este o condiție prealabilă pentru selectarea metodelor de detectare adecvate și localizarea cu precizie a problemelor. În funcție de proprietățile chimice și procesul de producție, reziduurile după curățarea PCB pot fi împărțite în următoarele trei categorii:
(1) Reziduu ionic
Reziduurile ionice sunt în mare parte derivate din tehnicile de procesare chimică și au o solubilitate și conductivitate puternice în apă, care sunt principalele cauze ale defecțiunilor electrice. Tipurile obișnuite includ: cloruri reziduale, fluoruri și sulfați (din soluție de gravare) după procesul de gravare; Ioni de acid organic (cum ar fi acidul colofoniu și carboxilatul) generați de descompunerea fluxului după procesul de sudare; Ioni metalici reziduali (cum ar fi ionii de cupru, ionii de staniu) după procesul de galvanizare. Acest tip de reziduu este ușor adsorbit pe suprafața sau golurile PCB. Dacă nu sunt îndepărtați complet prin curățarea convențională, ionii vor fi eliberați în timpul schimbărilor de umiditate, ceea ce poate afecta performanța izolației.
(2) Reziduu neionic
Reziduurile neionice sunt compuse în principal din substanțe organice și nu au conductivitate, dar pot afecta caracteristicile suprafeței și performanța de lipire a plăcilor cu circuite imprimate. În principal, includ: agenți de eliberare reziduali și resturi de rășină în timpul procesării substratului; Solvenți reziduali utilizați în procesele de curățare (cum ar fi solvenții cu alcool și cetone); Rășină de colofoniu, componente de ceară etc. în flux. Reziduurile neionice sunt de obicei foarte vâscoase și aderă cu ușurință la suprafețele plăcilor de lipit și a liniilor de transmisie. Acestea pot afecta nu numai procesele de asamblare ulterioare (cum ar fi poziționarea incorectă a componentelor în timpul SMT), dar, de asemenea, împiedică disiparea căldurii și accelerează creșterea locală a temperaturii.
(3) Reziduu granular
Reziduurile granulare aparțin impurităților fizice cu o gamă largă de surse, inclusiv praful de substrat și resturile de folie de cupru generate în timpul proceselor de fabricație a pcb-ului; Praf și fibre din mediu; Particulele de fibre care se scurg din perii și din bumbacul filtrant în timpul procesului de curățare. Dacă astfel de reziduuri aderă între plăcuțele de lipit sau pinii, ele pot cauza lipire virtuală și contact slab; Dacă pătrunde în interiorul componentelor de precizie, cum ar fi cipurile și condensatorii, poate provoca defecțiuni mecanice, în special pentru plăcile de circuite imprimate miniaturizate și de-înaltă densitate.
3, Tehnologia principală și scenariile de aplicare ale detectării reziduale PCB
Pentru diferite tipuri de reziduuri, industria a dezvoltat diverse tehnologii de detectare mature, fiecare cu propriile sale avantaje în ceea ce privește acuratețea detectării, eficiența și scenariile aplicabile. Metodele de potrivire trebuie selectate în funcție de nevoile reale.
(1) Cromatografia ionică: detectarea precisă a reziduurilor ionice
Cromatografia ionică este „standardul de aur” pentru detectarea reziduurilor ionice. Ionii reziduali sunt separați printr-o coloană de separare și apoi analizați cantitativ pentru concentrația ionilor folosind un detector (cum ar fi un detector de conductivitate). Poate detecta cu precizie diverși ioni, cum ar fi ionii de clorură și radicalii acizilor organici, cu o limită de detecție de până la ppm sau chiar ppb.
Avantajul acestei tehnologii constă în combinația ei de metode calitative și cantitative. Poate nu numai să determine tipul de ioni reziduali, ci și să calculeze cu exactitate cantitatea reziduală, făcându-l potrivit pentru controlul calității în scenarii dure, cum ar fi plăcile de circuite imprimate pentru echipamente aerospațiale și medicale. La testare, este necesar să se extragă mai întâi reziduurile ionice de pe suprafața pcb folosind o soluție de extracție (cum ar fi apa deionizată) și apoi să se efectueze analiza cromatografică a soluției de extracție. Cu toate acestea, această metodă este relativ complexă de utilizat și are un ciclu lung de detectare (aproximativ 1-2 ore pentru un singur test), ceea ce o face mai potrivită pentru testarea eșantionării loturilor, mai degrabă decât testarea online în timp real.
(2) Spectroscopie în infraroșu cu transformată Fourier: analiza calitativă a reziduurilor ne-ionice
Spectroscopia în infraroșu cu transformată Fourier determină structura chimică a substanțelor reziduale analizând spectrele de absorbție în infraroșu ale acestora și apoi identifică tipurile de reziduuri ne-ionice (cum ar fi rășina de colofoniu și reziduurile de solvenți). Principiul este că grupările funcționale ale diferitelor substanțe organice, cum ar fi inelele hidroxil, carbonil și benzen, absorb lungimi de undă specifice ale luminii infraroșii. Prin compararea cu o bibliotecă spectrală standard, componentele reziduale pot fi identificate rapid.
Avantajul FTIR constă în viteza sa de detectare rapidă (aproximativ 5-10 minute per detecție), în lipsa de a distruge proba și în adecvarea pentru screening-ul calitativ al reziduurilor neionice. De exemplu, dacă un vârf de absorbție caracteristic colofoniu este găsit pe suprafața PCB în timpul testării, se poate determina că reziduul de flux de lipire nu a fost complet îndepărtat. Cu toate acestea, această metodă are o acuratețe cantitativă scăzută și nu poate calcula cu exactitate cantitățile reziduale. Este de obicei folosit ca metodă de detectare preliminară și combinat cu alte tehnici (cum ar fi metoda greutății) pentru a realiza o analiză cantitativă.
(3) Microscop optic și microscop electronic cu scanare: detectarea vizuală a reziduurilor de particule
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), în timp ce acesta din urmă poate observa particule de dimensiuni micrometrice sau chiar nanometrice. De asemenea, poate analiza compoziția elementară a particulelor printr-un spectrometru de energie pentru a determina sursa reziduurilor (cum ar fi resturile de cupru și particulele de fibre).
Microscopul optic este ușor de utilizat și rentabil-, potrivit pentru verificarea rapidă online a liniilor de producție. Se poate realiza detectarea loturilor de particule de pcb prin echipamente automate; SEM este potrivit pentru scenarii de-înaltă precizie, cum ar fi detectarea particulelor fine pe suprafața plăcilor de circuite imprimate miniaturizate sau analiza compoziției și sursei particulelor, oferind o bază pentru optimizarea proceselor de curățare. Cu toate acestea, echipamentele SEM au costuri mai mari și o eficiență de detectare mai mică, ceea ce îl face mai potrivit pentru depanarea problemelor dificile și optimizarea proceselor.
(4) Test de rezistență la izolarea suprafeței: Evaluarea indirectă a efectelor reziduale
Deși testarea rezistenței de izolație a suprafeței nu detectează în mod direct tipul și conținutul reziduurilor, poate evalua indirect impactul reziduurilor asupra performanței electrice prin măsurarea rezistenței de izolație între două puncte de pe suprafața PCB. Această metodă simulează mediul real de utilizare (cum ar fi mediul de temperatură ridicată și umiditate ridicată), plasează pcb în condiții specifice de temperatură și umiditate, aplică o anumită tensiune și monitorizează tendința de modificare a rezistenței de izolație: dacă rezistența continuă să scadă, indică faptul că substanțele reziduale eliberează ioni și există riscul defecțiunii izolației.
Avantajul testării SIR este că este aproape de scenariile practice de aplicare și poate reflecta în mod intuitiv impactul reziduurilor asupra fiabilității produsului, făcându-l potrivit ca metodă de verificare a calității. Cu toate acestea, această metodă nu poate determina tipul specific de reziduu și trebuie combinată cu alte tehnici de detectare pentru a localiza în continuare cauza principală a problemei.
Detectarea reziduurilor după curățarea plăcilor PCB este „ultima linie de apărare” pentru a asigura fiabilitatea produsului, iar nivelul său tehnic afectează în mod direct calitatea și siguranța aplicării plăcilor cu circuite imprimate. Odată cu dezvoltarea PCB către densitate mare, miniaturizare și fiabilitate ridicată, detectarea reziduurilor trebuie să echilibreze acuratețe și eficiență mai ridicate. În viitor, vor exista două tendințe majore: pe de o parte, tehnologia de detectare va fi actualizată la automatizare și inteligență (cum ar fi echipamentul de detectare online prin cromatografie ionică, care poate realiza monitorizare-în timp real și alarmă automată); Pe de altă parte, procesele de detectare și curățare vor fi profund integrate, cu feedback-în timp real al datelor de detecție și ajustarea dinamică a parametrilor de curățare, realizând un control în buclă-închisă a „optimizării detecției re detecție”.