Технологии в электронной промышленности №2'2008

Проверка степени ионного загрязнения — это техническая надежность электронных устройств

Олег Вахрушев


Статья предназначена технологам, занимающимся отмывкой электронных изделий. Их вниманию предлагается обзор модельного ряда приборов для проверки степени ионных загрязнений серии CM компании GEN3 (Великобритания).

Проверка степени ионного загрязнения

Проверка степени ионного загрязнения необходима, потому что остатки ионов, образующиеся при производстве и пайке печатных плат, могут влиять на надежность конечного узла.

Во влажной среде ионное загрязнение может привести к возникновению следующих проблем: замыканию между проводниками, возникающему из-за выстраивания электропроводящей цепочки; коррозии, разъедающей сами проводники; потере сопротивления изоляции. Поэтому важно отслеживать степень ионного загрязнения, указывающего на класс чистоты и, следовательно, на ожидаемую надежность узла.

Ионное загрязнение измеряют при погружении образца в проверочный раствор, состоящий из 2-пропанола и деионизированной воды. Растворение ионосодержащих веществ приводит к изменению проводимости смеси; измеренное значение этого изменения преобразуют в значение степени загрязнения, выраженное в мкг/см2, в эквиваленте NaCI.

Контроль пайки и качества очистки

В условиях расширяющегося использования не требующих очистки паяльных флюсов или флюсов с низким содержанием твердых веществ и оборудования для пайки с контролируемой газовой средой показатель ионного загрязнения стал основным параметром контроля технологического процесса в производственной среде. Приборы для определения ионного загрязнения — это исключительно измерительные инструменты статистического контроля производственных процессов (SPC — Statistical Process Control) пайки и очистки. Проверка определенного количества образцов в час и за день позволяет выявлять степень ионного загрязнения и быстро информировать оператора об изменениях технологического процесса или возникновении неисправностей, влияющих на степень загрязнения и, следовательно, на качество плат. Результаты проверки с графическим представлением данных сразу же распечатываются. Статистический анализ можно выполнять немедленно.

Простой процесс контроля класса чистоты

Все, что требуется для проверки, — указать длину и ширину контура, поместить объект (печатную плату) в бак и нажать кнопку.

В новой модели CM60 используется уникальная объемная измерительная ячейка (VMC — Volumetric Measurement Cell). Она автоматически и точно рассчитывает объем вытесненного проверочного раствора, по которому определяется площадь (размеры) проверяемой поверхности. Все другие операции цикла проверки полностью автоматизированы. Поэтому на данных работах может использоваться персонал, не обладающий высокой квалификацией и получивший минимальную подготовку.

Уже более 40 лет данный способ проверки, широко известный как «Проверка класса чистоты», считается важным инструментом обеспечения качества и технологического контроля при производстве электронных печатных плат, деталей и узлов.

Система испытаний с прибором для проверки степени ионного загрязнения (серия CM) изначально разработана в компании Protonique, принадлежащей специалисту в данной области Брайену Эллису. Такие системы использовались в первоначальных опытных программах «контроля класса чистоты», осуществляемых МО США в районе озера Чайна-Лейк в 1970-х годах. Они необходимы для оценки степени ионного загрязнения, обычно называемого классом чистоты, в соответствии со стандартами IPC/ANSI-J-STD001D, UK DEF-STD и другими международными техническими требованиями. Часто их называют приборами для проверки удельного сопротивления экстракта растворителя (ROSE — Resistivity Of Solvent Extracted) или проводимости экстракта растворителя (SEC — Solvent Extract Conductivity).

Приборы для проверки степени загрязнения серии CM спроектированы с учетом эргономических требований. Приборы CM11 и CM12 — это настольные модели, предназначенные для проверки небольших печатных плат и деталей. CM60 имеет стоечное исполнение и предназначена для проверки больших печатных плат и узлов. В зависимости от размера испытуемых объектов в CM60 можно устанавливать контейнеры различных размеров.

Компоненты прибора для определения ионного загрязнения

Все компоненты прибора для определения ионного загрязнения тщательно отобраны для обеспечения высокого качества и исключительной надежности. Гидравлическая система каждого прибора тщательно проверяется, а для изготовления баков и труб, находящихся в контакте с проверочным раствором CM, используются полимеры специального класса. Этот раствор является смесью чистого реактива 2-пропанола (50% или 75%) и сверхчистой деионизированной воды и приготовливается в соответствии с требованиями применяемого стандарта.

Каждый раз перед выполнением новой проверки автоматически выполняется предварительная очистка раствора. Для этого применяется специальный регенерирующий или деионизирующий патрон, который просто заменяется. Электронное управление осуществляется низковольтной системой, заключенной в отдельном, легкодоступном шкафу.

В приборах серии CM используются измерительные ячейки из чистого золота, баллистические усилители и мощные прокачивающие системы, обеспечивающие высочайшую точность измерений до <0,005 мс/см, даже при очень низких значениях проводимости.

Системы CM спроектированы таким образом, чтобы избежать поляризационного эффекта между электродами, который может возникать при использовании постоянных проверочных токов. Это позволяет в равной степени устранять ошибочные сигналы, вызванные постоянными и переменными токами, и обеспечивать высокую точность даже при низких значениях проводимости.

Электронная система управления включает автоматическую температурную компенсацию. Температура измеряется с помощью терморезистора, расположенного в проверочной ячейке. Программное обеспечение прибора для определения ионного загрязнения использует сложный алгоритм расчета автоматической компенсации с учетом температуры окружающего воздуха, размера цепи и атмосферного поглощения ионизированных газов. Температура контролируется для того, чтобы она соответствовала международному стандарту, согласно которому установлен предел — 20 °C (68 °F).

Функциональные возможности программного обеспечения

Удобное для пользователя программное обеспечение работает с ОС Windows® XP или Vista® и предоставляет экранные инструкции оператору, направляя его действия при выполнении цикла проверки. Программное обеспечение способно отображать до 20 результатов проверки (рис. 1) в двумерном или трехмерном представлении. Данное изображение можно поворачивать, что облегчает анализ результатов. Программное обеспечение предназначено для простого экспорта результатов проверки в другие текстовые редакторы и программы статистического контроля производственных процессов (SPC).

Результаты проверки

Обработка данных

Для анализа данных проверки степени загрязнения используется комплексная методика аппроксимации кривой, обеспечивающая точное отображение общей степени загрязнения цепи.

Графическое отображение результатов проверки включает автоматическое определение контуров кривых в пересчете на мкг/см2 в эквиваленте NaCI. Загрязнение изображается в зависимости от времени, а кривая автоматически экстраполируется, что позволяет получать ценные данные даже за короткое время проверки.

Данные проверки анализируются графически и включают оценку типа «удовлетворительно/неудовлетворительно». Программное обеспечение прибора для определения ионного загрязнения дает возможность выполнять статистическую оценку до 50 результатов проверок. Кроме этого, в случае необходимости результаты могут быть импортированы в пакеты другого программного обеспечения с целью дополнительной оптимизации или изучения. Получаемые данные проверки соответствуют требованиям международных и военных нормативов, включенных в MIL-P-28809 (устарел, но все еще используется как справочный материал в промышленности), а также стандартов DEF 00-10/3, IPC-J-STD 001D и IPC-TM-650 и технических условий IEC.

Модель CM60

Простота управления

Прибор CM60 (рис. 2), включающий уникальную измерительную ячейку (VMC), автоматически рассчитывает площадь проверяемой поверхности по объему раствора, вытесненного при помещении объекта в бак. Он обеспечивает очень высокий уровень точности измерений и предлагает больше результатов количественного анализа, чем при использовании других методов.

Внешний вид модели CM60

Используемые проверочные баки

Для получения наилучшей точности проверки и наивысшей чувствительности измерений следует использовать наименьший бак, пригодный для проверки образца.

Для прибора CM60 предлагаются проверочные баки двух размеров, соответствующих индивидуальным требованиям (табл. 1).

Таблица 1. Требования к прибору CM60
Требования к прибору CM60

Установка CM60 включает внутренний резервуар для проверочного раствора (рис. 3). Программное обеспечение рассчитывает площадь поверхности платы и учитывает компенсацию на площадь поверхности компонента (табл. 2).

Схематическое изображение CM60
Таблица 2. Технические характеристики модели CM60
Технические характеристики модели CM60

Модели CM11/12

Приборы CM11 и CM12 (рис. 4, 5) — это настольные модели, которые применяют для контроля печатных плат небольших размеров. Как и в CM60, ионное загрязнение измеряется при погружении образца в проверочный раствор, далее растворение ионосодержащих веществ приводит к изменению его проводимости (табл. 3, 4); измеренное значение этого изменения преобразуется в значение степени загрязнения, выраженное в мкг/см2.

Внешний вид модели CM11/12
Схематическое изображение CM11/12
Таблица 3. Технические характеристики CM11
Технические характеристики CM11
* Проверка плат, площадь поверхности которых меньше минимальной рекомендованной площади, может привести к снижению точности результатов.
Таблица 4. Технические характеристики модели CM12
Технические характеристики модели CM12
* Проверка плат, площадь поверхности которых меньше минимальной рекомендованной площади, может привести к снижению точности результатов.

Другие статьи по этой теме


 
ПОДПИСКА НА НОВОСТИ

Оцените, пожалуйста, удобство и практичность (usability) сайта:
Хорошо
Нормально
Плохо