На главную ⁄ Статьи о продукции CRC

 

Продукция CRC в статьях

 

09.04.2013: Очистка электронных устройств и печатных плат.

При производстве электроники очистка занимает важное место в технологическом процессе. Данная операция практически с самого начала применяется при удалении потенциально вредных примесей в производстве, например печатных плат. Такими примесями являются остатки флюса, припоя, связывающих (адгезивных) материалов, а также Сборка печатной платы другие загрязнители более общего характера, такие, как обыкновенные пыль или грязь, попадающие на изготавливаемые платы во время производственного процесса. Общая цель очистки электрооборудования и электрических контактов, а в особенности очистки при производстве электроники — добиться существенного увеличения сроков службы изделий путем обеспечения хорошего сопротивления на поверхностях и предотвращения токов утечки, ведущих к сбоям в функционировании печатных плат. Это динамично развивающийся рынок. Важным направлением развития этого рынка является процесс уменьшения размеров элементов, более жёсткие требования к их характеристикам и надежности. Одним из главных направлений снижения токов утечки является обеспечение повышенной чистоты электронных сборок. Производители флсов, адгезивных материалов, очистителей-обезжиривателей, оборудования, предназначенного для очистки в процессе производства, и инженеры-электронщики совместными усилиями могут обеспечить оптимальные режимы очистки изделий.

Очистка необходима при выполнении различных производственных процессов:

– перед нанесением дорожек по трафарету с последующей пайкой, для удаления остатков, возникших при предыдущих этапах производства;

– после нанесения дорожек, для удаления излишков адгезивных материалов;

– после пайки, для удаления остатков флюса и излишков паяльной пасты, вызывающих впоследствии разрушение этих дорожек.

В современной промышленности многие производители прибегают к так Сборка печатной платы называемым «не требующим очистки» процессам (no-clean process), Это подразумевает, что после пайки не образуется остатков, которые необходимо удалять. Для этого применяются флюсы, содержание твёрдых компонентов в которых снижено по сравнению с флюсами, применяемыми при традиционных методах. Тем не менее, в таких флюсах всё равно присутствуют канифоль и активирующие присадки, но они не удаляются перед нанесением на плату защитных покрытий. Отложения, вместе с другими ненужными остатками и загрязнениями, накопившимися из-за пропуска стадии очистки, вызывают проблемы с адгезией и влияют на характеристики наносимых покрытий. Поэтому можно смело утверждать, что, несмотря на успехи в разработке новых технологий, очистка по-прежнему остается одним из важных этапов в процессе производства электроники и электронной техники. Очистка неизбежна при восстановлении плат, при удалении покрытий и адгезивов, отмывке компонентов, и в очистке самих производственных линий.

Существуют две категории очистителей-обезжириваталей, выпускаемых промышленностью — основанные на растворителях, и на водной основе. Традиционно, на рынке преобладали очистители-обезжириватели, на основе сольвентов (растворителей), например 1,1,1-трихлорэтан и 1,1,3-трихлортрифторэтан.CFC-113 Однако, эти вещества очень негативно влияют на озоновый слой, и их заменили на более щадящие к озоновому слою вещества. В настоящее время наибольшее распространение получили очистители-обезжириватели на огнеопасных растворителях, очистители-обезжириватели, основанные на невоспламеняющихся сольвентах (растворителях), и негорючие галогенизированные очистители-обезжириватели, такие, как галогеноалканы (HFCs) и гидрофторэфиры. Все три типа имеют каждый свои преимущества и недостатки; все основанные на растворителях очистители-обезжириватели могут быть описаны, как быстроиспаряющиеся составы, применяемые в одну стадию. Однако, их применение требует специального оборудования и вытяжки для защиты от ядовитых воздействий испарений и других возможных видов опасности.

Очистители-обезжириватели на водной основе были разработаны также и для того, чтобы заменить озоноистощающие химикаты и решить проблему сокращения эмиссии растворителей в окружающую среду. Очистители на водной основе имеет ряд преимуществ над очистителями, основанными на растворителях. Они не горючи, имеют значительно менее резкий запах, низкое или нулевое содержание летучих компонентов и очень пониженную степень токсичности. Существует большое количество методов очистки, каждый их которых зависит от имеющегося в распоряжении оборудования. Но независимо от того, является ли эта очистка ультразвуковой, струйной, методом погружения или же в аппаратах типа посудомоечной машины, выбор правильного очистителя на водной основе должен быть правильным для каждого случая.

Рынок очистителей-обезжиривателей непрерывно развивается и для удовлетворения спроса производителей электроники очень важно чётко определить требуемый уровень чистоты. Часто остатки флюса и загрязнителей невидны не только невооружённым глазом, но и при большом увеличении. Поэтому очень важен выбор правильной методики определения уровня чистоты и его соответствия стандартам, заданным инженерами-электронщиками.

Существует два типа остатков — ионные и неионные, при этом имеется ряд методик, с помощью которых можно оценить уровень загрязнения после очистки и с точностью описать термин «чистота».

Виды загрязнений

Неионные остатки, включая канифоль, масла и смазка не проводят электрический ток — как правило это органические вещества, которые остаются на плате после изготовления и после того, как на ней смонтированы элементы. Являясь изоляторами, неионные остатки представляют проблему, если в сборках применяются съемные (plug-in) контакты или разъемы, что может привести к плохой адгезии паяльной маски, защитного покрытия и заливочных компаундов, а также закрыть собой проводящие электрический ток частицы посторонних твердых материалов и другие загрязнители.

Ионные загрязнители — это остатки флюса и других вредных веществ, остающиеся на плате после пайки. Растворимые в воде органические и неорганические компаунды могут присутствовать в растворе в виде заряженных ионов, увеличивая общую проводимость этого раствора. Они могут ухудшить надежность электронных компонентов и сборок путем создания токов утечки между элементами сборки, вызывая коррозию и способствуя росту дендритной ликвации, а следовательно коррозионной стойкости, понижению пластичности, нестабильность структуры и свойств металла во времени и др.).

Разработано несколько методик слежения за уровнем как ионного, так и неионного загрязнений. Самый простой способ, подходящий для слежения за обоими видами Процесс очистки загрязнения является визуальный контроль. Хотя этот вид контроля оценочный и не дает никаких количественных данных, его следует всегда использовать наряду с другими методами. Для качественной оценки достаточно увеличения в 10-15 раз — оно даст информацию о качестве производственных процессов, включая конвейерные операции и упаковку, а также влияние каждой на уровень общего загрязнения.

Однако достаточно простых и не затратных методов измерения уровней неионных загрязнений в настоящее время не существует. Самый широко распространенный метод эффективного определения точного характера загрязнения является метод трансформационной ИК-спектроскопии Фурье (FTIR). Остатки канифоли можно обнаружить с помощью высокоточной жидкостной хроматографии (HPLC) и УФ-Вис спектроскопии (UV-Vis) Определить загрязняющие остатки материалов на печатной плате можно также с помощью сканирующей электронной микроскопии (SEM), рентгеноскопии рассеянной энергии (EDX), а также при помощи метода, основанного на электронной спектроскопии Оже (AES). Требуемое для организации этих типов экспериментов оборудование стоит больших денег, и требует значительных затрат при обслуживании, поэтому эти методы в производственной практике применяются ограниченно.

Самый обычный метод определения степени ионного загрязнения состоит в измерении удельного сопротивления экстракта селективной сольвентной очистки (ROSE), также известном под названием метода измерения проводимости экстракта селективной сольвентной очистки (SEC). Метод ROSE основан на том, что концентрация ионов увеличивается в растворе, а удельное сопротивление уменьшается. Для испытания контроля качества ряд фирм, специализирующихся на сборке электронных устройств используют простые автоматизированные методы испытаний ROSE, мегометры, ионографы или приборы нулевого иона (Zero-Ion). Стандартный промышленный прибор IPC-TM-650 использует раствор изопропилового спирта и деионизированную воду для вытяжки загрязнителей в то время, когда прибором замеряется изменение в проводимости. Этот тип испытаний широко распространён, даёт быстрые результаты, но может оказаться ограниченным по своим возможностям. Первоначально разработанный для испытаний на загрязнение традиционными флюсами, основанными на канифоли, с использованием дешевого, общедоступного растворителя (например изопропилового спирта), спектр выявляемых с его помощью загрязнителей устарел и он не во всех случаях может просигнализировать о всех возможных изменениях, произведенных нерастворимыми остатками.

Изменения в принятых уровнях чистоты также свидетельствуют о развитии технологий в области очистки. Для ранее упоминавшихся очисток типа CFC-113, принятый лимит на уровне 1,56 мг/кв.см в эквиваленте хлористого натрия приводится как соответствующий стандарту ANSI⁄J-STD-001. На сегодняшний день, большинство сборок достигают уровней загрязнений в районе 0 - 0,16 мг на кв. см, что гораздо ниже указанного значения. С помощью этого метода можно замерить только ионное загрязнение и нельзя с точностью определить, в каком месте какой присутствует тип загрязнений.

Два других метода дают более полную информацию — это измерение величины сопротивления поверхностной изоляции (SIR) и метод ионной хроматографии. Метод измерения величины сопротивления поверхностной изоляции заключается в замере изменений величины электрического тока за определённое время посредством уплотнения импульсных сигналов гребенчатой структуры (Interleaved Comb Pattern PCB) и обычно производится при повышенных температурах и уровнях влажности. Присутствие загрязнения снижает сопротивление изоляции материала между проводниками.

Метод ионной хроматографии является более новым методом оценки чистоты и его можно использовать для идентификации и определения типов ионов, присутствующих на электронном устройстве. Этот метод выдает список ионных остатков, которые могут быть удалены при помощи конкретных средств. Последующий анализ жидкости помогает выделять, идентифицировать и количественно оценивать эти остатки. Критическими факторами этого метода является перенос и подготовка субстратов, что делает его дорогостоящим и требующим большого количества времени. Поэтому он используется как аналитический инструмент и для обычного контроля качества не используется.

Эффективные методы очистки печатных плат и связанных с ними компонентов являются существенной частью производственного процесса в электронной промышленности. Они повышают надежность электронных сборок и позволяют с большей эффективностью проводить операции по защитному покрытию и заливке. Выбор типа очистителя-обезжиривателя в значительной мере зависит от условий производства. Однако независимо от того, будет ли сделан выбор в пользу очистителя на основе сольвентов (растворителей) или на водной основе, правильный метод применения и организация процесса очистки являются определяющими факторами в достижении успешного результата.

Для оценки степени чистоты приведено достаточное число вариантов спецификаций; однако стандартным методом принятым в промышленности, является IPCTM-650. В нем прописаны процедуры проведения многих из вышеописанных испытаний на чистоту и даются четкие указания по проведению анализов. Уже сейчас ясно, что некоторые из методов дороги в применении и требуют значительных временных затрат при проведении, но при этом дают чрезвычайно точные результаты относительно типа, места, и количества остатков. Для быстрого, эффективного контроля качества можно прибегнуть к менее интенсивным методам. Суммируя все вышеизложенное, следует сказать, что выбор наиболее подходящего процесса очистки для обеспечения требуемого уровня чистоты является ключевым моментом в обеспечении максимальной надежности с минимумом издержек.


 


Спектроскопия — раздел физики и аналитической химии, посвящённые изучению спектров взаимодействия излучения (в том числе, электромагнитного излучения, акустических волн и др.) с веществом. В физике спектроскопические методы используются для изучения всевозможных свойств этих взаимодействий. В аналитической химии — для обнаружения и определения веществ при помощи измерения их характеристических спектров, т.е. методами спектрометрии.

Области применения спектроскопии разделяют по объектам исследования: атомная спектроскопия, молекулярная спектроскопия, масс-спектроскопия, ядерная спектроскопия, инфракрасная спектроскопия и другие.

Метод инфракрасной спектроскопии дает возможность получить сведения об относительных положениях молекул в течение очень коротких промежутков времени, а также оценить характер связи между ними, что является принципиально важным при изучении структурно-информационных свойств различных веществ.

В основе этого метода лежит такое физическое явление, как инфракрасное излучение. Инфракрасное излучение также называют «тепловым» излучением, так как все тела, твёрдые и жидкие, нагретые до определённой температуры, излучают энергию в инфракрасном спектре. При этом длины волн, излучаемые телом, зависят от температуры нагревания: чем выше температура, тем короче длина волны и выше интенсивность излучения. Спектр излучения абсолютно чёрного тела при относительно невысоких (до нескольких тысяч Кельвинов) температурах лежит в основном именно в этом диапазоне.

Сущность метода инфракрасной спектроскопии

Инфракрасная спектроскопия (ИК спектроскопия), раздел молекулярной оптической спектроскопии, изучающий спектры поглощения и отражения электромагнитного излучения в инфракрасной области, т.е. в диапазоне длин волн от 10-6 до 10-3 м. В координатах интенсивность поглощенного излучения — длина волны (волновое число) инфракрасный спектр представляет собой сложную кривую с большим числом максимумов и минимумов.

Полосы поглощения появляются в результате переходов между колебательными уровнями основного электронного состояния изучаемой системы. Спектральные характеристики (положения максимумов полос, их полуширина, интенсивность) индивидуальной молекулы зависят от масс составляющих ее атомов, геометрии строения, особенностей межатомных сил, распределения заряда и др. Поэтому инфракрасные спектры отличаются большой индивидуальностью, что и определяет их ценность при идентификации и изучении строения соединений.

Количественная связь между интенсивностью I прошедшего через вещество излучения, интенсивностью падающего излучения I0 и величинами, характеризующими поглощающее вещество, основана на законе Бугера-Ламберта-Бера, т. е. на зависимости интенсивности полос поглощения от концентрации вещества в пробе. При этом о количестве вещества судят не по отдельным полосам поглощения, а по спектральным кривым в целом в широком диапазоне длин волн. Если число компонентов невелико (4-5), то удается математически выделить их спектры даже при значительном перекрывании последних. Погрешность количественного анализа, как правило, составляет доли процента.

 

Жидкостная хроматография (ЖХ) — способ (метод) хроматографического разделения в котором подвижной фазой является жидкость и разделяемые вещества находятся в постоянном равновесии между подвижной и неподвижной фазой. По типу неподвижной фазы различают: жидкостно-жидкостную, жидкостную-твердофазную и жидкостно-гелевую хроматографии

 

Сканирующий электронный микроскоп (СЭМ) (англ. Scanning electron microscope) — микроскоп, который сканирует исследуемый образец электронным лучом. Измеряет интенсивность квантов, испускаемых образцом. Это могут быть вторичные электроны, отраженные электроны и т.д. Преобразует измеренную интенсивность в электрический сигнал. По сравнению с оптическими микроскопами характеризуется более высокими пространственным разрешением и глубиной резкости, а также возможностью проведения химического анализа на основе регистрации спектра рентгеновского излучения, генерируемого при облучении поверхности образца электронным пучком. Схема действия растрового электронного микроскопа: электроны, испускаемые электронной пушкой (нить накала обычно из вольфрама), ускоряются до энергии 2-40 кэВ; набор магнитных линз и отклоняющих катушек сканирования формирует электронный пучок малого диаметра, разворачиваемый в растр на поверхности образца. При облучении этой поверхности электронами возбуждаются три типа излучения, несущего полезную информацию: рентгеновские лучи, вторичные электроны и отраженные (обратнорассеянные) электроны. Пространственное разрешение сканирующего электронного микроскопа зависит от поперечного размера электронного пучка, который в свою очередь зависит от электронно-оптической системы, фокусирующей пучок. Разрешение также ограничено размером области взаимодействия электронного зонда с образцом, т. е. от материала мишени. Размер электронного зонда и размер области взаимодействия зонда с образцом намного больше расстояния между атомами мишени, таким образом, разрешение сканирующего электронного микроскопа не настолько велико, чтобы отображать атомарные масштабы, как это возможно, например, в просвечивающем электронном микроскопе. Однако сканирующий электронный микроскоп имеет свои преимущества, включая способность визуализировать сравнительно большую область образца, способность исследовать массивные мишени (а не только тонкие пленки), а также разнообразие аналитических методов, позволяющих измерять фундаментальные характеристики материала мишени. В зависимости от конкретного прибора и параметров эксперимента, может быть получено разрешение от десятков до единиц нанометров. Сканирующие микроскопы применяются в первую очередь как исследовательский инструмент в физике, электронике, биологии. В-основном, это получение изображения исследуемого образца, которое может сильно меняться в зависимости от применяемого типа детектора. Эти различия позволяют делать вывод о физике поверхности, проводить исследование морфологии поверхности. Электронный микроскоп практически единственный прибор, который может дать изображение поверхности современной микросхемы или промежуточной стадии фотолитографического процесса.

 

Оже-спектроскопия — метод электронной спектроскопии, основанный на анализе распределения по энергии электронов возникших в результате Оже-эффекта.

По способу получения информации о поверхности методы анализа делятся на эмиссионные, в которых используется эмиссия частиц в результате воздействия на поверхность различных факторов (температура, электрическое поле), и зондирующие, основанных на эмиссии частиц или излучения, действующие на исследуемую поверхность. Метод электронной оже-спектроскопии относится к зондирующим методам. Он основан на анализе распределения энергии электронов, эмитированных исследуемым веществом под действием пучка первичных электронов, и выделении из общего энергетического спектра тех, которые возникли в результате оже-процесса. Их энергия определяется энергетической структурой оболочек атомов, участвующих в процессе, а ток в первом приближении — концентрацией таких атомов.

Оже-процессы проявляются при бомбардировке поверхности твердого тела медленными электронами с энергией E от 10 до 10000 эВ. Бомбардировка твердых тел в вакууме сопровождается вторичной электронной эмиссией. В состав вторичных электронов, эмитируемых, кроме собственно вторичных электронов, входят упруго- и непругорассеянные первичные электроны.