تشخیص باقی مانده پس از تمیز کردن برد PCB

در فرآیند تولید و مونتاژ PCB، فناوری تمیز کردن یک پیوند کلیدی برای اطمینان از عملکرد و قابلیت اطمینان محصول است. خواه تمیز کردن باقی مانده پس از پردازش و اچ کردن بستر، یا حذف شار لحیم کاری پس از جوشکاری، مواد باقیمانده از تمیز کردن ناقص ممکن است باعث ایجاد یک سری مشکلات کیفی شود و حتی بر عملکرد پایدار طولانی مدت تجهیزات پایانه تأثیر بگذارد. بنابراین، تشخیص باقی مانده پس از تمیز کردن برد PCB به ابزار اصلی کنترل کیفیت محصول و اجتناب از خطرات احتمالی تبدیل شده است.

1، خطرات باقیمانده برد PCB: یک خطر با کیفیت که نمی توان نادیده گرفت

مواد باقیمانده پس از تمیز کردن ممکن است اثری داشته باشند، اما می توانند اثرات چند بعدی بر عملکرد الکتریکی، قابلیت اطمینان مکانیکی و سازگاری محیطی بردهای مدار چاپی داشته باشند. خطرات خاص عمدتاً در سه جنبه زیر منعکس می شوند:

اولاً، خرابی عملکرد الکتریکی وجود دارد. مواد یونی باقیمانده، مانند یون‌های کلرید در محلول‌های اچینگ و یون‌های اسید آلی در شار لحیم کاری، می‌توانند مسیرهای رسانا را در محیط‌های مرطوب ایجاد کنند که منجر به کاهش مقاومت عایق روی سطح PCB، افزایش جریان نشتی، تداخل سیگنال و حتی اتصال کوتاه و فرسودگی اجزای مدار در موارد شدید شود. باقیمانده های غیر یونی (مانند گریس و بقایای رزین) ممکن است سطح خطوط انتقال یا پدها را بپوشانند، تلفات انتقال سیگنال را افزایش دهند و تطابق امپدانس را مختل کنند، به ویژه در بردهای مدار چاپی با فرکانس بالا و سرعت بالا، جایی که چنین بقایایی تأثیر قابل توجهی بر یکپارچگی سیگنال دارند.

در مرحله دوم، کاهش قابلیت اطمینان مکانیکی وجود دارد. مواد باقیمانده ممکن است به رابط اتصال بین PCB و قطعات آسیب برساند. به عنوان مثال، شار باقی مانده می تواند اتصالات لحیم کاری را خورده و منجر به کاهش استحکام اتصال لحیم شود. تحت تنش های محیطی مانند ارتعاش و چرخه دما، اتصالات لحیم کاری مستعد ترک خوردن هستند که باعث خرابی اتصال مدار می شود. علاوه بر این، مواد چسبناک باقیمانده نیز ممکن است گرد و غبار و ناخالصی‌ها را جذب کنند، که می‌توانند در طول زمان انباشته شوند و بر عملکرد اتلاف حرارت بردهای مدار چاپی تأثیر بگذارند و پیری اجزا را تسریع کنند.

در نهایت، سازگاری محیطی بدتر شده است. در محیط های خشن مانند دمای بالا، رطوبت بالا و اسپری نمک، مواد خورنده باقیمانده می توانند اکسیداسیون و خوردگی بسترهای pcb و ورق های مسی را تسریع کنند و عمر مفید محصول را کوتاه کنند. به عنوان مثال، اگر یون های کلرید باقیمانده در بردهای مدار چاپی در محیط های دریایی وجود داشته باشد، می تواند باعث خوردگی شدید الکتروشیمیایی شود و منجر به قطع شدن مدار شود که ممکن است باعث خرابی های مرگبار برای بردهای مدار چاپی در هوا فضا، الکترونیک خودرو و سایر زمینه ها شود.

2، انواع اصلی و منابع باقی مانده تخته پی سی بی

روشن شدن نوع و منبع باقیمانده ها، پیش نیازی برای انتخاب روش های تشخیص مناسب و مکان یابی دقیق مشکلات است. با توجه به خواص شیمیایی و فرآیند تولید، باقی مانده پس از تمیز کردن PCB را می توان به سه دسته زیر تقسیم کرد:

(1) باقی مانده یونی

بقایای یونی بیشتر از تکنیک های فرآوری شیمیایی به دست می آیند و دارای انحلال پذیری و رسانایی قوی در آب هستند که از دلایل اصلی خرابی های الکتریکی هستند. انواع متداول عبارتند از: کلریدهای باقیمانده، فلوریدها و سولفاتها (از محلول اچینگ) پس از فرآیند اچ. یون های اسید آلی (مانند اسید رزین و کربوکسیلات) که در اثر تجزیه شار پس از فرآیند جوشکاری ایجاد می شود. یون‌های فلزی باقی‌مانده (مانند یون‌های مس، یون‌های قلع) پس از فرآیند آبکاری. این نوع باقیمانده به راحتی بر روی سطح یا شکاف های PCB جذب می شود. اگر با تمیز کردن معمولی به طور کامل حذف نشود، یون ها در طول تغییرات رطوبت آزاد می شوند که می تواند به عملکرد عایق آسیب برساند.

(2) باقی مانده غیر یونی

پسماندهای غیر یونی عمدتاً از مواد آلی تشکیل شده‌اند و رسانایی ندارند، اما می‌توانند بر ویژگی‌های سطحی و عملکرد اتصال بردهای مدار چاپی تأثیر بگذارند. به طور عمده شامل: عوامل رهاسازی باقیمانده و بقایای رزین در طول پردازش بستر. حلال های باقیمانده مورد استفاده در فرآیندهای تمیز کردن (مانند حلال های الکل و کتون)؛ رزین رزین، اجزای موم، و غیره در شار. بقایای غیر یونی معمولاً بسیار چسبناک هستند و به راحتی به سطوح لحیم کاری و خطوط انتقال می چسبند. آنها نه تنها ممکن است بر فرآیندهای مونتاژ بعدی تأثیر بگذارند (مانند موقعیت یابی نادرست اجزا در طول SMT)، بلکه مانع از اتلاف گرما شده و افزایش دمای محلی را تسریع کنند.

(3) باقی مانده دانه ای

بقایای گرانول متعلق به ناخالصی های فیزیکی با طیف گسترده ای از منابع، از جمله گرد و غبار بستر و بقایای فویل مس تولید شده در طی فرآیندهای تولید PCB است. گرد و غبار و الیاف موجود در محیط؛ ذرات فیبر از برس ها و پنبه فیلتر در طول فرآیند تمیز کردن می ریزند. اگر چنین بقایایی بین لنت ها یا پین های لحیم کاری بچسبند، ممکن است باعث لحیم کاری مجازی و تماس ضعیف شوند. اگر به داخل اجزای دقیق مانند تراشه‌ها و خازن‌ها وارد شود، ممکن است باعث خرابی‌های مکانیکی نیز شود، به‌ویژه برای بردهای مدار چاپی مینیاتوری- و چگالی بالا.

3، جریان اصلی فناوری و سناریوهای کاربردی تشخیص باقیمانده PCB

برای انواع مختلف باقیمانده‌ها، صنعت فناوری‌های تشخیص بالغ مختلف را توسعه داده است که هر کدام مزایای خاص خود را در دقت تشخیص، کارایی و سناریوهای قابل اجرا دارند. روش های تطبیق باید با توجه به نیازهای واقعی انتخاب شوند.

(1) کروماتوگرافی یونی: تشخیص دقیق باقی مانده های یونی

کروماتوگرافی یونی "استاندارد طلایی" برای تشخیص باقی مانده های یونی است. یون‌های باقی‌مانده توسط یک ستون جداسازی جدا می‌شوند و سپس با استفاده از یک آشکارساز (مانند آشکارساز هدایت) برای غلظت یون آنالیز کمی می‌شوند. این می تواند یون های مختلف مانند یون های کلرید و رادیکال های اسید آلی را با محدودیت تشخیص تا ppm یا حتی ppb به دقت تشخیص دهد.

مزیت این فناوری در ترکیب روش های کمی و کیفی آن نهفته است. این نه تنها می تواند نوع یون های باقیمانده را تعیین کند، بلکه مقدار باقیمانده را نیز به طور دقیق محاسبه می کند و آن را برای کنترل کیفیت در سناریوهای سخت مانند بردهای مدار چاپی هوافضا و تجهیزات پزشکی مناسب می کند. هنگام آزمایش، لازم است ابتدا با استفاده از محلول استخراج (مانند آب دیونیزه) باقیمانده های یونی روی سطح pcb استخراج شود و سپس آنالیز کروماتوگرافی روی محلول استخراج انجام شود. با این حال، این روش نسبتاً پیچیده است و یک چرخه تشخیص طولانی دارد (حدود 1-2 ساعت برای یک آزمایش)، که آن را برای آزمایش نمونه‌گیری دسته‌ای مناسب‌تر می‌کند تا آزمایش بلادرنگ آنلاین.

(2) طیف‌سنجی فروسرخ تبدیل فوریه: تجزیه و تحلیل کیفی باقی‌مانده‌های غیریونی

طیف‌سنجی فروسرخ تبدیل فوریه، ساختار شیمیایی مواد باقی‌مانده را با تجزیه و تحلیل طیف‌های جذب فروسرخ آنها تعیین می‌کند و سپس انواع باقی‌مانده‌های غیریونی (مانند رزین رزین و باقیمانده‌های حلال) را شناسایی می‌کند. اصل این است که گروه های عاملی از مواد آلی مختلف، مانند حلقه های هیدروکسیل، کربونیل و بنزن، طول موج های خاصی از نور مادون قرمز را جذب می کنند. با مقایسه با یک کتابخانه طیفی استاندارد، اجزای باقیمانده را می توان به سرعت شناسایی کرد.

مزیت FTIR در سرعت تشخیص سریع آن (حدود 5{1}}10 دقیقه در هر تشخیص)، عدم نیاز به تخریب نمونه، و مناسب بودن برای غربالگری کیفی باقیمانده‌های غیریونی است. به عنوان مثال، اگر در طول آزمایش یک پیک جذب مشخصه رزین روی سطح PCB یافت شود، می توان مشخص کرد که باقیمانده شار لحیم کاری به طور کامل حذف نشده است. با این حال، این روش از دقت کمی پایین برخوردار است و نمی تواند مقادیر باقیمانده را به طور دقیق محاسبه کند. معمولاً به عنوان یک روش تشخیص اولیه و ترکیب با تکنیک های دیگر (مانند روش وزن) برای دستیابی به تجزیه و تحلیل کمی استفاده می شود.

(3) میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی: تشخیص بصری بقایای ذرات

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>10μm)، در حالی که دومی می تواند ذرات میکرومتری یا حتی نانومتری را مشاهده کند. همچنین می تواند ترکیب عنصری ذرات را از طریق یک طیف سنج انرژی برای تعیین منبع باقیمانده ها (مانند بقایای مس و ذرات فیبر) تجزیه و تحلیل کند.

عملکرد میکروسکوپ نوری آسان و مقرون به صرفه است و برای غربالگری سریع آنلاین خطوط تولید مناسب است. این می تواند به تشخیص ذرات PCB دسته ای از طریق تجهیزات خودکار دست یابد. SEM برای سناریوهای با دقت بالا، مانند تشخیص ذرات ریز روی سطح بردهای مدار چاپی کوچک، یا تجزیه و تحلیل ترکیب و منبع ذرات، که مبنایی برای بهینه‌سازی فرآیندهای تمیز کردن فراهم می‌کند، مناسب است. با این حال، تجهیزات SEM هزینه های بالاتر و راندمان تشخیص کمتری دارند که آن را برای عیب یابی مشکلات دشوار و بهینه سازی فرآیندها مناسب تر می کند.

(4) آزمون مقاومت عایق سطحی: ارزیابی غیر مستقیم اثرات باقیمانده

اگرچه آزمایش مقاومت عایق سطحی به طور مستقیم نوع و محتوای باقیمانده‌ها را تشخیص نمی‌دهد، اما می‌تواند به طور غیرمستقیم تأثیر باقیمانده‌ها بر عملکرد الکتریکی را با اندازه‌گیری مقاومت عایق بین دو نقطه روی سطح PCB ارزیابی کند. این روش محیط استفاده واقعی (مانند محیط با دمای بالا و رطوبت بالا) را شبیه سازی می کند، PCB را تحت شرایط دما و رطوبت خاص قرار می دهد، ولتاژ خاصی اعمال می کند و روند تغییرات مقاومت عایق را نظارت می کند: اگر مقاومت به کاهش ادامه یابد، نشان می دهد که مواد باقی مانده در حال آزاد شدن یون هستند و خطر شکست عایق وجود دارد.

مزیت تست SIR این است که به سناریوهای کاربردی عملی نزدیک است و می تواند به طور مستقیم تاثیر باقیمانده ها را بر قابلیت اطمینان محصول منعکس کند و آن را به عنوان یک روش تأیید کیفیت مناسب می کند. با این حال، این روش نمی تواند نوع خاصی از باقی مانده را تعیین کند و باید با سایر تکنیک های تشخیص ترکیب شود تا علت اصلی مشکل را بیشتر پیدا کند.

تشخیص باقی مانده پس از تمیز کردن برد PCB "آخرین خط دفاعی" برای اطمینان از قابلیت اطمینان محصول است و سطح فنی آن به طور مستقیم بر کیفیت و ایمنی کاربرد بردهای مدار چاپی تأثیر می گذارد. با توسعه PCB به سمت چگالی بالا، کوچک سازی و قابلیت اطمینان بالا، تشخیص باقیمانده باید دقت و کارایی بالاتر را متعادل کند. در آینده، دو روند اصلی وجود خواهد داشت: از یک طرف، فناوری تشخیص به اتوماسیون و هوشمند ارتقاء خواهد یافت (مانند تجهیزات تشخیص کروماتوگرافی یونی آنلاین، که می‌تواند به نظارت-در زمان واقعی و هشدار خودکار دست یابد). از سوی دیگر، فرآیندهای تشخیص و تمیز کردن عمیقاً با{3}}بازخورد واقعی داده‌های شناسایی و تنظیم پویا پارامترهای تمیز کردن، یکپارچه خواهند شد و به یک کنترل حلقه بسته-«تشخیص مجدد بهینه‌سازی تشخیص» دست می‌یابند.