PCB gamybos ir surinkimo procese valymo technologija yra pagrindinė grandis, užtikrinanti gaminio veikimą ir patikimumą. Nesvarbu, ar tai būtų likučių valymas po pagrindo apdorojimo ir ėsdinimo, ar litavimo srauto pašalinimas po suvirinimo, dėl nepilno valymo likusios medžiagos gali sukelti daugybę kokybės problemų ir netgi turėti įtakos ilgalaikiam stabiliam galinės įrangos veikimui. Todėl likučių aptikimas po PCB plokštės valymo tapo pagrindine produkto kokybės kontrolės ir galimos rizikos išvengimo priemone.
1, PCB plokščių likučių pavojai: pavojus kokybei, kurio negalima ignoruoti
Po valymo likusių medžiagų gali būti pėdsakų, tačiau jos gali turėti daugiamatį poveikį spausdintinių grandinių plokščių elektriniam veikimui, mechaniniam patikimumui ir prisitaikymui prie aplinkos. Konkretūs pavojai daugiausia atsispindi šiais trimis aspektais:
Pirma, yra elektros veikimo sutrikimas. Likusios joninės medžiagos, tokios kaip chlorido jonai ėsdinimo tirpaluose ir organinių rūgščių jonai litavimo sraute, drėgnoje aplinkoje gali sudaryti laidžius takus, dėl kurių sumažėja plokštės paviršiaus izoliacijos varža, padidėja nuotėkio srovė, signalo skerspjūvis ir netgi trumpasis jungimas bei grandinės komponentų perdegimas sunkiais atvejais. Nejoninės likučiai (pvz., riebalų ir dervos likučiai) gali padengti perdavimo linijų arba trinkelių paviršių, padidinti signalo perdavimo nuostolius ir sutrikdyti varžos atitiktį, ypač aukšto{2}}dažnio ir didelės spartos spausdintinėse plokštėse, kur tokie likučiai turi didesnį poveikį signalo vientisumui.
Antra, sumažėja mechaninis patikimumas. Likusios medžiagos gali pažeisti PCB ir komponentų sujungimo sąsają. Pavyzdžiui, likutinis srautas gali korozuoti litavimo jungtis, todėl sumažės litavimo jungties stiprumas. Esant aplinkos poveikiui, pvz., vibracijai ir temperatūros ciklams, litavimo jungtys gali įtrūkti, todėl grandinės jungtis gali sutrikti. Be to, likutinės klampios medžiagos taip pat gali adsorbuoti dulkes ir priemaišas, kurios laikui bėgant gali kauptis ir paveikti spausdintinių plokščių šilumos išsklaidymo savybes, pagreitindamos komponentų senėjimą.
Galiausiai pablogėjo prisitaikymas prie aplinkos. Atšiauriose aplinkose, tokiose kaip aukšta temperatūra, didelė drėgmė ir druskos purškimas, korozinių medžiagų likučiai gali pagreitinti pcb pagrindo ir varinės folijos oksidaciją ir koroziją, todėl sutrumpėja gaminio tarnavimo laikas. Pavyzdžiui, jei jūrinėje aplinkoje spausdintinėse plokštėse yra chlorido jonų likučių, tai gali sukelti stiprią elektrocheminę koroziją ir grandinės nutrūkimą, o tai gali sukelti mirtinus spausdintinių plokščių gedimus aviacijos, automobilių elektronikos ir kitose srityse.
2, pagrindiniai PCB plokščių likučių tipai ir šaltiniai
Likučių tipo ir šaltinio išaiškinimas yra būtina sąlyga norint pasirinkti tinkamus aptikimo metodus ir tiksliai nustatyti problemų vietą. Pagal chemines savybes ir gamybos procesą likučiai po PCB valymo gali būti suskirstyti į šias tris kategorijas:
(1) Jonų liekanos
Jonų likučiai dažniausiai gaunami naudojant cheminio apdorojimo metodus ir turi didelį tirpumą vandenyje bei laidumą, o tai yra pagrindinė elektros gedimų priežastis. Įprasti tipai yra šie: likutiniai chloridai, fluoridai ir sulfatai (iš ėsdinimo tirpalo) po ėsdinimo proceso; Organinės rūgšties jonai (pvz., kanifolijos rūgštis ir karboksilatas), susidarantys skaidant srautą po suvirinimo proceso; Likę metalo jonai (pvz., vario jonai, alavo jonai) po galvanizavimo proceso. Šio tipo likučiai lengvai adsorbuojami ant plokštės paviršiaus arba tarpų. Jei įprastu valymu jie nebus kruopščiai pašalinti, keičiantis drėgmei jonai išsiskirs, o tai gali pakenkti izoliacijos savybėms.
(2) Nejoninė likutis
Nejoninės liekanos daugiausia sudarytos iš organinių medžiagų ir neturi laidumo, tačiau gali turėti įtakos spausdintinių plokščių paviršiaus charakteristikoms ir sukibimui. Daugiausia apima: atpalaiduojančių medžiagų likučius ir dervos šiukšles apdorojant substratą; Valymo procesuose naudojami tirpiklių likučiai (pvz., alkoholis ir ketoniniai tirpikliai); Kanifolijos derva, vaško komponentai ir kt. Nejoninės liekanos paprastai yra labai klampios ir lengvai prilimpa prie litavimo padėklų ir perdavimo linijų paviršių. Jie gali ne tik paveikti tolesnius surinkimo procesus (pvz., netiksli komponentų padėtis SMT metu), bet ir trukdyti šilumos išsklaidyti bei pagreitinti vietinės temperatūros kilimą.
(3) Granuliuotas likutis
Granuliuotos likučiai priklauso fizinėms priemaišoms, kurių šaltiniai yra įvairūs, įskaitant pagrindo dulkes ir vario folijos šiukšles, susidarančias PCB gamybos procesų metu; Dulkės ir pluoštai aplinkoje; Valymo metu nuo šepečių ir filtro medvilnės išsiskiria pluošto dalelės. Jei tokių likučių prilimpa tarp litavimo padėklų ar kaiščių, jie gali sukelti virtualų litavimą ir prastą kontaktą; Jei jis patenka į tikslių komponentų, pvz., lustų ir kondensatorių, vidų, jis taip pat gali sukelti mechaninių gedimų, ypač miniatiūrinėse ir didelio tankio spausdintinėse plokštėse.
3, pagrindinės PCB likučių aptikimo technologijos ir taikymo scenarijai
Įvairių tipų likučiams pramonė sukūrė įvairias brandžias aptikimo technologijas, kurių kiekviena turi savo pranašumų aptikimo tikslumo, efektyvumo ir taikomų scenarijų srityse. Derinimo būdus reikia parinkti pagal faktinius poreikius.
(1) Joninė chromatografija: tikslus joninių likučių aptikimas
Jonų chromatografija yra "auksinis standartas" aptikti jonų likučius. Likę jonai atskiriami atskyrimo kolonėle, o tada kiekybiškai analizuojama jonų koncentracija naudojant detektorių (pvz., laidumo detektorių). Jis gali tiksliai aptikti įvairius jonus, tokius kaip chlorido jonai ir organinių rūgščių radikalai, o aptikimo riba yra iki ppm arba net ppb.
Šios technologijos pranašumas yra kokybinių ir kiekybinių metodų derinys. Jis gali ne tik nustatyti likutinių jonų tipą, bet ir tiksliai apskaičiuoti likutinį kiekį, todėl jis tinka kokybės kontrolei atšiauriuose scenarijuose, pavyzdžiui, aviacijos ir medicinos įrangos spausdintinėse plokštėse. Atliekant bandymą, pirmiausia reikia ekstrahuoti jonines liekanas ant PCB paviršiaus naudojant ekstrahavimo tirpalą (pvz., dejonizuotą vandenį), o tada atlikti ekstrahavimo tirpalo chromatografinę analizę. Tačiau šį metodą gana sudėtinga naudoti, o aptikimo ciklas yra ilgas (apie 1-2 valandas vienam bandymui), todėl jis labiau tinkamas paketiniam mėginių ėmimo bandymui, o ne tikrinimui realiuoju laiku internete.
(2) Furjė transformacijos infraraudonųjų spindulių spektroskopija: kokybinė ne-joninių liekanų analizė
Furjė transformacijos infraraudonųjų spindulių spektroskopija nustato likusių medžiagų cheminę struktūrą, analizuodama jų infraraudonųjų spindulių sugerties spektrus, o tada identifikuoja ne-joninių likučių tipus (pvz., kanifolijos dervą ir tirpiklio likučius). Principas yra tas, kad skirtingų organinių medžiagų, tokių kaip hidroksilo, karbonilo ir benzeno žiedai, funkcinės grupės sugeria tam tikrus infraraudonųjų spindulių bangos ilgius. Lyginant su standartine spektrine biblioteka, likutinius komponentus galima greitai nustatyti.
FTIR pranašumas yra greitas aptikimo greitis (apie 5-10 minučių vienam aptikimui), nereikia naikinti mėginio ir tinkamas nejoninių likučių kokybiniam patikrinimui. Pavyzdžiui, jei bandymo metu PCB paviršiuje randama kanifolijos būdinga absorbcijos smailė, galima nustatyti, kad lydmetalio srauto likučiai nebuvo visiškai pašalinti. Tačiau šis metodas turi mažą kiekybinį tikslumą ir negali tiksliai apskaičiuoti likusių sumų. Paprastai jis naudojamas kaip preliminarus aptikimo metodas ir derinamas su kitais metodais (pvz., svorio metodu), kad būtų atlikta kiekybinė analizė.
(3) Optinis mikroskopas ir skenuojantis elektroninis mikroskopas: vizualinis kietųjų dalelių likučių aptikimas
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), o pastarieji gali stebėti mikrometro ar net nanometro dydžio daleles. Jis taip pat gali analizuoti elementinę dalelių sudėtį per energijos spektrometrą, kad nustatytų likučių (tokių kaip vario nuolaužos ir pluošto dalelės) šaltinį.
Optinis mikroskopas yra lengvai valdomas ir ekonomiškas{0}}, tinkamas greitam gamybos linijų patikrinimui internetu. Jis gali aptikti partijos PCB daleles naudojant automatinę įrangą; SEM tinka didelio-tikslumo scenarijams, pvz., aptikti smulkias daleles miniatiūrinių spausdintinių plokščių paviršiuje arba analizuoti dalelių sudėtį ir šaltinį, sudarant pagrindą optimizuoti valymo procesus. Tačiau SEM įranga turi didesnes sąnaudas ir mažesnį aptikimo efektyvumą, todėl ji tinkamesnė sudėtingoms problemoms šalinti ir procesams optimizuoti.
(4) Paviršiaus izoliacijos atsparumo bandymas: netiesioginis liekamųjų poveikių įvertinimas
Nors paviršiaus izoliacijos varžos bandymas tiesiogiai nenustato likučių tipo ir kiekio, jis gali netiesiogiai įvertinti likučių poveikį elektrinėms savybėms, matuojant izoliacijos varžą tarp dviejų PCB paviršiaus taškų. Šis metodas imituoja faktinę naudojimo aplinką (pvz., aukštą temperatūrą ir didelę drėgmę), nustato PCB tam tikromis temperatūros ir drėgmės sąlygomis, taiko tam tikrą įtampą ir stebi izoliacijos varžos kitimo tendencijas: jei varža ir toliau mažėja, tai rodo, kad liekamosios medžiagos atpalaiduoja jonus ir yra izoliacijos gedimo pavojus.
SIR testavimo pranašumas yra tas, kad jis yra artimas praktiniam taikymo scenarijui ir gali intuityviai atspindėti likučių poveikį gaminio patikimumui, todėl jis yra tinkamas kaip kokybės tikrinimo metodas. Tačiau šiuo metodu negalima nustatyti konkretaus likučių tipo, todėl jį reikia derinti su kitais aptikimo būdais, kad būtų galima nustatyti pagrindinę problemos priežastį.
Likučių aptikimas po PCB plokštės valymo yra „paskutinė gynybos linija“, užtikrinanti gaminio patikimumą, o jos techninis lygis tiesiogiai veikia spausdintinių plokščių kokybę ir naudojimo saugą. Tobulėjant PCB siekiant didelio tankio, miniatiūrizavimo ir didelio patikimumo, likučių aptikimas turi suderinti didesnį tikslumą ir efektyvumą. Ateityje bus dvi pagrindinės tendencijos: viena vertus, aptikimo technologija bus atnaujinta iki automatizavimo ir intelektualumo (pvz., internetinė jonų chromatografijos aptikimo įranga, kuri gali užtikrinti stebėjimą realiu laiku ir automatinį pavojaus signalą); Kita vertus, aptikimo ir valymo procesai bus giliai integruoti, su aptikimo duomenų grįžtamuoju-laiku ir dinaminiu valymo parametrų koregavimu, taip užtikrinant uždaros-ciklos „aptikimo optimizavimo pakartotinio aptikimo“ valdymą.