כמרכיב הליבה של מכשירים אלקטרוניים, האיכות והביצועים של המעגלים המודפסים ממלאים תפקיד מכריע ביציבות ובאורך החיים של המוצר כולו. התהליך ניקוי מעגלים מודפסים, כחוליית מפתח להבטחת איכות המעגלים המודפסים, ממלאת תפקיד הכרחי בכל תהליך הייצור.
החשיבות של ניקוי מעגלים מודפסים
במהלך תהליך הייצור, לוחות מעגלים מודפסים צריכים לעבור הליכים מורכבים רבים כגון הלחמה, ציפוי והרכבה. במהלך תהליכים אלו, פני המעגלים המודפסים רגישים מאוד למזהמים שונים, מה שלא רק פוגע במראה שלו, אלא גם משפיע מאוד על הביצועים החשמליים שלו.
משפיע על הביצועים החשמליים
נוכחותם של מזהמים עלולה לשנות את התכונות החשמליות של משטחי מעגלים מודפסים. לדוגמה, רכיבי היונים בשטף השיורי עלולים לגרום לירידה בהתנגדות פני השטח, מה שמוביל לתקלות קצרות; מזהמים לא יוניים כגון אבק ושמן עלולים להשפיע על יציבות העברת האות, ולגרום לבעיות כגון עיוות אות והפרעות, במיוחד במעגלים-תדרים גבוהים ובמכשירים אלקטרוניים מדויקים, שבהם השפעה זו משמעותית יותר.
צמצם את האמינות
מעגלים מודפסים שנמצאים במצב עבודה במשך זמן רב, אם יש שאריות מזהמים על פני השטח, עלולים לגרום לתגובות קורוזיה בהשפעת גורמים סביבתיים כגון טמפרטורה ולחות. לדוגמא, פינים או מעגלים מתכתיים יחלידו ויחלדו בהדרגה תחת שחיקה משותפת של מזהמים ולחות, מה שיוביל לחיבורים חשמליים לקויים ואף למעגלים פתוחים, יקצרו מאוד את חיי השירות של המעגלים המודפסים ויפחיתו את אמינות המוצר.
לא עומד בתקני התעשייה ובדרישות הלקוח
בתעשיית האלקטרוניקה, בעיקר בצבא, תעופה וחלל ועוד תחומים הדורשים אמינות גבוהה במיוחד, וכן בתעשיית האלקטרוניקה הצרכנית המתמקדת במראה ואיכות המוצר, קיימים תקנים מחמירים לניקיון המעגלים המודפסים. במידה וניקוי המעגלים המודפסים אינו עומד בתקן, המוצר לא יעבור את בדיקת האיכות הרלוונטית ואינו יכול לעמוד בציפיות הלקוח לאיכות המוצר. במקרים חמורים, זה עלול להוביל להחזרת מוצרים ולגרום להפסדים עצומים לארגון.
תהליכי ניקוי ומאפיינים נפוצים של מעגלים מודפסים
תהליך ניקוי על בסיס מים
עקרון התהליך: המים משמשים כאמצעי הניקוי העיקרי, וחומרי ניקוי, תוספים, מעכבי קורוזיה, חומרי קליטה ורכיבים אחרים מתווספים למים כדי ליצור חומר ניקוי על בסיס מים-. חומרי ניקוי המבוססים על מים מנצלים את מסיסות המים ואת ההשפעות המרובות של תוספים כגון אמולסיפיקציה, פיזור וספיון כדי להסיר מזהמים ממשטחי המעגלים המודפסים. לדוגמה, חומרים פעילי שטח יכולים להפחית את מתח הפנים של המים, מה שמקל על חדירת המים בין המזהמים ומשטחי המעגלים המודפסים, ולחלב ולפזר מזהמים במים; מעכבי קורוזיה יכולים למנוע ממים לשתות רכיבי מתכת במעגלים מודפסים.
יתרונות התהליך: לתהליך הניקוי המבוסס על מים-יש בטיחות גבוהה, מים אינם נשרפים או מתפוצצים, בעצם אינם- רעילים, וגורמים נזק מועט למפעילים ולסביבה. יתרה מכך, להרכב הנוסחה של חומרי ניקוי מבוססי מים- יש דרגת חופש גבוהה וניתן להתאים אותו לפי סוגים שונים של מזהמים וחומרי מעגלים מודפסים. יש להם השפעות ניקוי טובות גם על מזהמים קוטביים וגם על מזהמים לא-קוטביים ויש להם טווח ניקוי רחב. בנוסף, מים, כממס טבעי, הם זולים וזמינים באופן נרחב.
מגבלות: תהליך זה דורש כמות גדולה של משאבי מים ועשוי להיות מוגבל על ידי תנאים טבעיים באזורים עם מקורות מים דלים. ייתכן שחלק מהרכיבים האלקטרוניים אינם עמידים במים-, וחלקי מתכת נוטים להחליד לאחר ניקוי במים. מתח הפנים של המים גבוה, מה שמקשה על ניקוי מרווחים קטנים במעגלים מודפסים ולהסיר ביסודיות שאריות פעילי שטח. תהליך הייבוש לאחר הניקוי מורכב יחסית, צורך אנרגיה רבה, ומצריך גם התקנת ציוד לטיפול בשפכים, בעל עלויות ציוד גבוהות ותופס שטח גדול.
תהליך ניקוי למחצה-על בסיס מים
עיקרון התהליך: ניקוי על בסיס מים-למחצה משתמש בחומר ניקוי המורכב מממיסים אורגניים, מים מופחתים וכמות מסוימת של חומרים ותוספים פעילים. הממיסים האורגניים בסוג זה של חומרי ניקוי יכולים להמיס מזהמים לא-קוטביים על פני השטח של מעגלים מודפסים, כגון כתמי שמן, רוזין וכו'; תוספת המים וחומרי השטח עוזרים להסיר מזהמים קוטביים, כגון שטף שיורי. לאחר הניקוי יש לשטוף במים כדי להסיר שאריות של חומרי ניקוי.
יתרונות התהליך: לחומרי ניקוי למחצה-מי יש יכולת ניקוי חזקה, יכולים להסיר בו זמנית מזהמים קוטביים ולא-קוטביים, ובעלי יכולת ניקוי טובה-לאורך זמן. בשל העובדה שחומרי הניקוי הם ממסים אורגניים, אך בעלי נקודת הבזק גבוהה ורעילות נמוכה יחסית, הם בטוחים יחסית לשימוש. בנוסף, משתמשים בסוגים שונים של מדיה לניקוי ושטיפה, ובדרך כלל משתמשים במים טהורים לשטיפה, שיכולים לשלוט ביעילות בזיהום במהלך תהליך הניקוי.
חסרון: הטיפול בפסולת הנוזל והשפכים הנוצרים בתהליך הניקוי המבוסס על מים-למחצה הם מורכבים יחסית ועדיין לא נפתרו באופן יסודי. נדרש טיפול מיוחד לשפכים להסרת ממסים אורגניים ומזהמים אחרים, על מנת לעמוד בתקני הזרמה סביבתיים, מה שמגדיל את עלויות הייצור וקשיי הטיפול.
תהליך ניקוי ממס
עקרון התהליך: שימוש בעיקר במסיסות של ממיסים להסרת מזהמים על פני המעגלים המודפסים. על פי חומרי הניקוי השונים שנבחרו, ניתן לחלק אותם לחומרי ניקוי דליקים וחומרי ניקוי לא דליקים. חומרי ניקוי דליקים כגון פחמימנים אורגניים וכוהלים, וחומרי ניקוי בלתי דליקים כגון פחמימנים עם כלור ופחמימנים מופלרים. ממס יכול להמיס במהירות חומרים מזהמים כגון כתמי שמן ושאריות שטף על פני השטח של מעגלים מודפסים, ולאחר מכן לשאת אותם דרך הנידוף.
יתרונות התהליך: לתהליך ניקוי הממס יש מאפיינים של אידוי מהיר ומסיסות חזקה, והדרישות לציוד פשוטות יחסית. לדוגמה, לחומרי ניקוי פחמימניים יש יכולת ניקוי חזקה עבור מזהמים שמנים ומתח פנים נמוך, ויש להם אפקט ניקוי טוב על תפרים ונקבוביות עדינים; לחומרי ניקוי מבוססי אלכוהול יש מסיסות טובה למזהמים יוניים ויש להם השפעה משמעותית על שטף הרוזין לניקוי. בנוסף, ניתן לזקק ולמחזר חלק מהממיסים לשימוש חוזר, וזה יחסית חסכוני.
חסרונות: לחלק מחומרי הניקוי הממסים המסורתיים, כגון ממיסים אורגניים המכילים כלור ופלואור, יש סכנות סביבתיות משמעותיות וחלקם צוינו כחומרים אסורים או מוגבלים. בינתיים, חומרי ניקוי ממסים הם לרוב נדיפים ודליקים, מהווים סכנות בטיחותיות מסוימות ודורשים אמצעי הגנה קפדניים. יתרה מכך, לחלק מהממיסים יש מידה מסוימת של קורוזיביות לחומרים כמו פלסטיק וגומי, מה שעלול להשפיע על הרכיבים הרלוונטיים במעגלים המודפסים.
אין תהליך ניקוי
עקרון התהליך: במהלך תהליך הריתוך, נעשה שימוש בשטף שאינו מנקה או במשחת הלחמה שאינה מנקה, ולאחר הריתוך, הוא נכנס ישירות לתהליך הבא ללא ניקוי. ניתן לחלק באופן גס את שטף הלחמה שאינו מנקה לשלוש קטגוריות: סוג רוזין, שטף, מסיס במים- ושטף הלחמה עם תוכן מוצק נמוך. העיקרון הוא לייעל את הנוסחה של השטף, כך שלשאריות החומרים לאחר ההלחמה אין השפעות שליליות על הביצועים והאמינות של המעגלים המודפסים, או שכמות השארית נמוכה ביותר, ללא צורך בניקוי מיוחד.
יתרונות התהליך: לתהליך ללא ניקוי יתרונות משמעותיים בפישוט זרימת התהליך, צמצום שלבי הניקוי ובכך חיסכון בזמן ובעלויות עבודה. יחד עם זאת, מכיוון שאין צורך להשתמש בחומרי ניקוי וציוד, זה גם מפחית את עלויות הייצור ואת זיהום הסביבה. בייצור של מוצרים אלקטרוניים הדורשים עלות גבוהה ויעילות ייצור, כמו מוצרי תקשורת ניידים, נעשה בהם שימוש נרחב.
מגבלות יישום: למוצרים עם דרישות אמינות גבוהות במיוחד, כגון מוצרים אלקטרוניים בתעופה וחלל ובתחומים אחרים, גם אם לא נעשה שימוש בשטף ניקוי, עדיין ייתכנו שאריות פחות או יותר, מה שעלול להשפיע על ביצועי המוצר בסביבות קיצוניות, כך שבדרך כלל עדיין יש צורך בניקוי. יתר על כן, תהליך אי הניקוי דורש שליטה גבוהה בתהליך הריתוך והבטחה קפדנית של איכות הריתוך, אחרת שאריות זיהומים עלולות לגרום לבעיות.
תהליך ניקוי אולטראסוני
עקרון התהליך: השתמש באפקט הקוויטציה שנוצר על ידי גלים קוליים המתפשטים במדיה נוזלית לניקוי לוחות מעגלים מודפסים. המחולל הקולי מייצר אותות-תנודות בתדר גבוה, המומרים לתנודות מכניות בתדר גבוה-על ידי מתמר ומופצים לתמיסת הניקוי. בתמיסת הניקוי, תנודת התדר- הגבוהה של גלים קוליים גורמת לשינויים בצפיפות של מולקולות נוזל, ויוצרות אינספור בועות זעירות. כאשר הבועות הללו מתפוצצות באופן מיידי, הן יוצרות כוח פגיעה רב עוצמה, כמו אינספור "פיצוצים" זעירים, הפוגעים על פני המעגלים המודפסים, וגורמים ללכלוך על פני השטח ליפול במהירות ובכך משיגים את אפקט הניקוי.
יתרון התהליך: ניקוי אולטראסוני יכול לחדור עמוק לתוך הרווחים העדינים, החורים ואזורים אחרים שקשה להגיע אליהם במעגלים המודפסים לניקוי, מבלי להשאיר פינות מתות. עבור כמה מעגלים מודפסים עם צורות מורכבות ומבני משטח עדינים, יש לו אפקט ניקוי טוב. בינתיים, ניתן לשלב ניקוי קולי עם תהליכי ניקוי אחרים כגון ניקוי על בסיס מים-, ניקוי ממסים וכו' כדי לשפר עוד יותר את יעילות ואיכות הניקוי. בנוסף, לתהליך זה מהירות ניקוי מהירה ובדרך כלל ניתן להשלים אותו תוך פרק זמן קצר, כאשר אפקט ניקוי טוב מושג תוך כ-15 דקות.