En el procés de fabricació i muntatge de PCB, la tecnologia de neteja és un enllaç clau per garantir el rendiment i la fiabilitat del producte. Tant si es tracta de la neteja de residus després del processament i el gravat del substrat, com de l'eliminació del flux de soldadura després de la soldadura, les substàncies residuals deixades per una neteja incompleta poden causar una sèrie de problemes de qualitat i fins i tot afectar el funcionament estable a llarg termini dels equips terminals. Per tant, la detecció de residus després de la neteja de la placa PCB s'ha convertit en un mitjà bàsic per controlar la qualitat del producte i evitar riscos potencials.
1, Els perills dels residus de la placa PCB: un perill de qualitat que no es pot ignorar
Les substàncies residuals després de la neteja poden ser traces, però poden tenir efectes multidimensionals sobre el rendiment elèctric, la fiabilitat mecànica i l'adaptabilitat ambiental de les plaques de circuits impresos. Els perills específics es reflecteixen principalment en els tres aspectes següents:
En primer lloc, hi ha una fallada de rendiment elèctric. Les substàncies iòniques residuals, com els ions de clorur en solucions de gravat i els ions d'àcid orgànic en el flux de soldadura, poden formar vies conductores en ambients humits, provocant una disminució de la resistència d'aïllament a la superfície de la PCB, un augment del corrent de fuga, la diafonia del senyal i fins i tot curtcircuits i l'esgotament dels components del circuit en casos greus. Els residus no iònics (com ara greix i restes de resina) poden cobrir la superfície de les línies de transmissió o les pastilles, augmentar les pèrdues de transmissió del senyal i interrompre la concordança d'impedància, especialment en plaques de circuits impresos d'alta-freqüència i alta-velocitat, on aquests residus tenen un impacte més significatiu en la integritat del senyal.
En segon lloc, hi ha una disminució de la fiabilitat mecànica. Les substàncies residuals poden danyar la interfície d'unió entre la PCB i els components. Per exemple, el flux residual pot corroir les juntes de soldadura, provocant una disminució de la força de les juntes de soldadura. Sota l'estrès ambiental, com ara la vibració i el cicle de temperatura, les juntes de soldadura són propenses a trencar-se, provocant una fallada de connexió del circuit. A més, les substàncies viscoses residuals també poden adsorbir pols i impureses, que es poden acumular amb el temps i afectar el rendiment de la dissipació de calor de les plaques de circuit imprès, accelerant l'envelliment dels components.
Finalment, l'adaptabilitat ambiental s'ha deteriorat. En entorns durs com ara alta temperatura, humitat elevada i polvorització de sal, les substàncies corrosives residuals poden accelerar l'oxidació i la corrosió dels substrats de PCB i les làmines de coure, escurçant la vida útil del producte. Per exemple, si hi ha ions de clorur residuals a les plaques de circuits impresos en entorns marins, pot provocar una corrosió electroquímica severa i provocar una ruptura de circuits, que pot provocar fallades mortals per a les plaques de circuits impresos en l'aeronautica, l'electrònica de l'automòbil i altres camps.
2, Els principals tipus i fonts de residus de plaques PCB
Aclarir el tipus i la font dels residus és un requisit previ per seleccionar els mètodes de detecció adequats i localitzar amb precisió els problemes. Segons les propietats químiques i el procés de producció, el residu després de la neteja de PCB es pot dividir en les tres categories següents:
(1) Residus iònics
Els residus iònics es deriven majoritàriament de tècniques de processament químic i tenen una forta solubilitat i conductivitat en aigua, que són les principals causes de fallades elèctriques. Els tipus comuns inclouen: clorurs, fluorurs i sulfats residuals (de la solució de gravat) després del procés de gravat; Ions d'àcid orgànic (com l'àcid de colofonia i el carboxilat) generats per la descomposició del flux després del procés de soldadura; Ions metàl·lics residuals (com ara ions de coure, ions d'estany) després del procés de galvanoplastia. Aquest tipus de residu s'adsorbeix fàcilment a la superfície o buits del PCB. Si no s'eliminen a fons mitjançant la neteja convencional, els ions s'alliberaran durant els canvis d'humitat, cosa que pot danyar el rendiment de l'aïllament.
(2) Residus no iònics
Els residus no iònics es componen principalment de substàncies orgàniques i no tenen conductivitat, però poden afectar les característiques de la superfície i el rendiment d'unió de les plaques de circuit imprès. Principalment inclou: agents d'alliberament residuals i restes de resina durant el processament del substrat; Dissolvents residuals utilitzats en processos de neteja (com ara dissolvents d'alcohol i cetones); Resina de colofonia, components de cera, etc. en flux. Els residus no iònics solen ser molt viscosos i s'adhereixen fàcilment a les superfícies de les pastilles de soldadura i les línies de transmissió. No només poden afectar els processos de muntatge posteriors (com ara el posicionament imprecis dels components durant l'SMT), sinó que també dificulten la dissipació de calor i acceleren l'augment de la temperatura local.
(3) Residus granulars
Els residus granulars pertanyen a impureses físiques amb una àmplia gamma de fonts, com ara pols de substrat i restes de làmines de coure generades durant els processos de fabricació de PCB; Pols i fibres al medi ambient; Les partícules de fibra es desprenen dels raspalls i del cotó filtrant durant el procés de neteja. Si aquests residus s'adhereixen entre coixinets o agulles de soldadura, poden causar soldadura virtual i un contacte deficient; Si entra a l'interior de components de precisió, com ara xips i condensadors, també pot provocar fallades mecàniques, especialment per a plaques de circuits impresos miniaturitzats i d'alta-densitat.
3, La tecnologia principal i els escenaris d'aplicació de la detecció de residus de PCB
Per a diferents tipus de residus, la indústria ha desenvolupat diverses tecnologies de detecció madures, cadascuna amb els seus propis avantatges en la precisió de la detecció, l'eficiència i els escenaris aplicables. Els mètodes de concordança s'han de seleccionar segons les necessitats reals.
(1) Cromatografia iònica: detecció precisa de residus iònics
La cromatografia iònica és el "estàndard d'or" per detectar residus iònics. Els ions residuals es separen per una columna de separació i després s'analitzen quantitativament la concentració d'ions mitjançant un detector (com ara un detector de conductivitat). Pot detectar amb precisió diversos ions com ara ions clorur i radicals àcids orgànics, amb un límit de detecció de fins a ppm o fins i tot ppb.
L'avantatge d'aquesta tecnologia rau en la seva combinació de mètodes qualitatius i quantitatius. No només pot determinar el tipus d'ions residuals, sinó que també calcula amb precisió la quantitat residual, el que el fa adequat per al control de qualitat en escenaris durs com ara plaques de circuits impresos d'equips aeroespacials i mèdics. Quan es prova, cal extreure primer els residus iònics a la superfície del PCB mitjançant una solució d'extracció (com ara aigua desionitzada) i després realitzar anàlisis cromatogràfics de la solució d'extracció. Tanmateix, aquest mètode és relativament complex d'operar i té un cicle de detecció llarg (unes 1-2 hores per a una prova única), cosa que el fa més adequat per a proves de mostreig per lots que per a proves en temps real en línia.
(2) Espectroscòpia infraroja per transformada de Fourier: anàlisi qualitativa de residus no-iònics
L'espectroscòpia infraroja de transformada de Fourier determina l'estructura química de les substàncies residuals mitjançant l'anàlisi dels seus espectres d'absorció infraroja i, a continuació, identifica els tipus de residus no-iònics (com ara la resina de colofonia i els residus de dissolvents). El principi és que els grups funcionals de diferents substàncies orgàniques, com els anells hidroxil, carbonil i benzè, absorbeixen longituds d'ona específiques de la llum infraroja. En comparar-se amb una biblioteca espectral estàndard, els components residuals es poden identificar ràpidament.
L'avantatge de FTIR rau en la seva ràpida velocitat de detecció (uns 5-10 minuts per detecció), la no necessitat de destruir la mostra i la seva idoneïtat per al cribratge qualitatiu de residus no iònics. Per exemple, si es troba un pic d'absorció característic de la colofonia a la superfície del PCB durant la prova, es pot determinar que el residu de flux de soldadura no s'ha eliminat completament. Tanmateix, aquest mètode té una precisió quantitativa baixa i no pot calcular amb precisió les quantitats residuals. Normalment s'utilitza com a mètode de detecció preliminar i es combina amb altres tècniques (com el mètode del pes) per aconseguir una anàlisi quantitativa.
(3) Microscopi òptic i microscopi electrònic d'escaneig: detecció visual de residus de partícules
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), mentre que aquest últim pot observar partícules de mida micròmetre o fins i tot nanòmetre. També pot analitzar la composició elemental de les partícules mitjançant un espectròmetre d'energia per determinar la font dels residus (com ara restes de coure i partícules de fibra).
El microscopi òptic és fàcil d'utilitzar i rendible-, adequat per a la detecció ràpida en línia de les línies de producció. Pot aconseguir la detecció de partícules de PCB per lots mitjançant equips automatitzats; El SEM és adequat per a escenaris d'alta-precisió, com ara la detecció de partícules fines a la superfície de plaques de circuits impresos miniaturitzats o l'anàlisi de la composició i l'origen de les partícules, proporcionant una base per optimitzar els processos de neteja. No obstant això, els equips SEM tenen costos més elevats i una menor eficiència de detecció, el que el fa més adequat per resoldre problemes difícils i optimitzar processos.
(4) Prova de resistència a l'aïllament superficial: avaluació indirecta dels efectes residuals
Tot i que les proves de resistència d'aïllament superficial no detecten directament el tipus i el contingut de residus, poden avaluar indirectament l'impacte dels residus en el rendiment elèctric mesurant la resistència d'aïllament entre dos punts de la superfície de la PCB. Aquest mètode simula l'entorn d'ús real (com ara l'ambient d'alta temperatura i humitat alta), col·loca la PCB en condicions específiques de temperatura i humitat, aplica una determinada tensió i supervisa la tendència dels canvis de resistència d'aïllament: si la resistència continua disminuint, indica que les substàncies residuals estan alliberant ions i hi ha un risc de fallada de l'aïllament.
L'avantatge de les proves SIR és que s'apropa als escenaris d'aplicació pràctics i poden reflectir de manera intuïtiva l'impacte dels residus en la fiabilitat del producte, per la qual cosa és adequat com a mètode de verificació de qualitat. Tanmateix, aquest mètode no pot determinar el tipus específic de residu i s'ha de combinar amb altres tècniques de detecció per localitzar encara més la causa principal del problema.
La detecció de residus després de la neteja de la placa PCB és la "última línia de defensa" per garantir la fiabilitat del producte, i el seu nivell tècnic afecta directament la qualitat i la seguretat de l'aplicació de les plaques de circuit imprès. Amb el desenvolupament de PCB cap a una alta densitat, miniaturització i alta fiabilitat, la detecció de residus ha d'equilibrar una major precisió i eficiència. En el futur, hi haurà dues grans tendències: d'una banda, la tecnologia de detecció s'actualitzarà cap a l'automatització i la intel·ligència (com ara equips de detecció de cromatografia iònica en línia, que poden aconseguir un seguiment-en temps real i una alarma automàtica); D'altra banda, els processos de detecció i neteja estaran profundament integrats, amb retroalimentació-en temps real de les dades de detecció i ajust dinàmic dels paràmetres de neteja, aconseguint un control de-bucle tancat de "optimització de detecció re detecció".