Отрицательное воздействие внешней среды на надежность печатных узлов принтеров.

Отрицательное воздействие внешней среды

  на надежность печатных узлов принтеров. 

 Современный лазерный принтер, цифровой копир, многофункциональное устройство имеют, как правило двухуровневую систему управления состоящую из платы форматера (первый уровень управления) и одной или нескольких плат второго уровня управления. Давно общеизвестен факт, что отрицательное воздействие внешней среды непосредственно сказывается на показателях надежности печатных плат, узлов и сборок принтеров и копиров выполненных по современным технологиям. При экстремальных условиях эксплуатации с целью увеличения срока службы и безот­казности оборудования на печатные узлы принято наносить защитные покрытия. В зависимо­сти от условий эксплуатации это могут быть акри­ловые или полиуретановые лаки, силиконовые ма­териалы, эпоксидные смолы. Однако далеко не все­гда перед нанесением влагозащитного покрытия должное внимание уделяется обеспечению чистоты поверхности печатного узла.

                Влагозащита и отмывка печатных узлов: где здесь связь и в чем проблема? Почему так важно обеспечить отсутствие загрязнений на поверхности печатного узла перед нанесением влагозащитного покрытия и как проявляется плохое качество отмывки в процессе эксплуатации?

                При нанесении влагозащитного покрытия необ­ходимо обеспечить хорошую адгезию покрытия к пе­чатному узлу, так как это позволит гарантировать высо­кую надежность и долговечность влагозащитного покрытия. Канифольные остатки флюса и активаторы в ря­де случаев оказываются несовместимыми с приме­няемыми влагозащитными материалами и могут привести к значительному уменьшению адгезии. В результате происходит отшелушивание или отсла­ивание покрытия, ухудшение влагозащитных харак­теристик. Поэтому для обеспечения хорошей адге­зии влагозащитного покрытия высокая чистота пе­чатного узла является необходимым условием.

                Принимая решение о необходимости отмывки пе­ред нанесением влагозащиты, также важно понимать, что современные покрытия являются препятствием для сконденсировавшейся влаги и молекул загрязне­ний, но, в то же время, они «запирают» загрязнения, имеющиеся на поверхности печатного узла. Это означает, что не отмытые остатки флюса, а так­же другие загрязнения после нанесения влагозащит­ного покрытия остаются на поверхности печатного узла и сохраняют свои свойства на протяжении все­го периода хранения и использования изделия. При нормальных условиях эксплуатации данное яв­ление не представляет серьезной опасности.

                Но при эксплуатации в условиях повышенной влажности, воздействия солевого тумана, перепадов температур, запертые внутри загрязнения становятся существен­ной угрозой надежности изделия. Разрушительные механизмы на поверхности не отмытого печатного узла под влагозащитным по­крытием могут быть спровоцированы различными факторами воздействия окружающей среды. Но ре­зультатом таких процессов, как правило, являются следующие дефекты:

 - отслаивание влагозащитного покрытия (рис. 1);

 - токи утечки между проводниками;

 - уменьшение поверхностного сопротивления изо­ляции;

 - коррозионное разрушение печатного узла;

 - рост дендритов между проводниками, при­водящий к короткому замыканию (рис. 2).

Рис. 1. Отслаивание влагозащитного покрытия                                       Рис. 2. Дендритная коррозия печатного узла

 Не будем останавливаться на детальном рассмотрении тех или иных механизмов кор­розионных процессов, а лишь отметим тот факт, что эксплуатация печатного узла с за­грязнениями под влагозащитным покрыти­ем в жестких климатических условиях край­не нежелательна, так как может привести к преждевременному выходу устройства из строя.

                В современной практике широкое распро­странение получают паяльные материалы ка­тегории «No clean» или «Не требующие отмыв­ки». В свете данной тенденции возникает за­кономерный вопрос: «Можно ли, используя паяльные материалы «Не требующие отмыв­ки», наносить влагозащитное покрытие, не от­мывая после пайки печатный узел?» 

                Ответ в этом случае может быть только один: с целью обеспечения высокой надежно­сти и долговечности как влагозащитного по­крытия, так и электронного устройства в це­лом, качественная отмывка печатных узлов после пайки обязательна.

                Для обеспечения высокой надежности со­временных электронных устройств необходи­мо предупредить самую малую вероятность проявления деградационных процессов, так как даже минимальные искажения сигналов или незначительные разрушения проводни­ков печатного узла могут вызвать отказ или неправильное функционирование устройства. По этой причине требования к чистоте печат­ного узла при нанесении влагозащитного по­крытия в условиях современного производст­ва должны быть жесткими и категоричными. 

                «Солидные» производители четко соблюдают требования к чистоте поверхности печат­ного узла в соответствии с международным отрас­левым стандартом J-STD 001 D «Требования к пайке электрических и электронных сборок». Согласно данному изданию основными мето­дами оценки качества отмывки являются: 

 - визуальная оценка чистоты поверхности пе­чатного узла;

 - тест на остатки канифольных загрязнений;

 - тест на наличие органических загрязнений;

 - количественная оценка ионных загрязне­ний;

 - оценка поверхностного сопротивления (SIR-тест).

Визуальный контроль позволяет обнаружить механические частицы, соли, остатки флюса, шарики припоя и белый налет. Для данного метода контроля качества отмывки рекомен­дуется использовать визуальные системы с увеличением 20х или 40х. Критерием оцен­ки является отсутствие видимых загрязнений на поверхности. Данный метод является наи­более простым и позволяет получить лишь субъективную оценку качества отмывки по наиболее явным, но не самым опасным загряз­нениям.

            Современные паяльные материалы отлича­ются малозаметными остатками флюса после пайки. Из-за этого не всегда удается выпол­нить своевременный контроль отмывки, что­бы гарантировать высокую надежность элек­тронных устройств.

            В большинстве случаев канифольные и ор­ганические загрязнения печатного узла мо­гут быть легко и быстро обнаружены с помо­щью эффективных тестов Zestron Resin Test и Zestron Flux Test. В течение короткого про­межутка времени и с минимальными матери­альными затратами данные решения помога­ют получить достоверную информацию о ка­честве отмывки печатных узлов. Zestron Resin Test позволяет определить наличие канифоль­ных остатков флюса, a Zestron Flux Test пока­зывает органические загрязнения печатного узла. Данные тесты удобны в применении, не требуют длительной подготовки перед ис­пользованием и могут быть проведены одним специалистом непосредственно в процессе производства. Принцип их действия основан на примене­нии специального реактива, изменяющего цвет органических загрязнений (Zestron Flux Test), и канифольных остатков (Zestron Resin Test). По расположению участков печатного узла, изменивших цвет, и насыщенности цве­та можно судить о степени опасности неуда­ленных остатков флюса (рис. 3). Таким образом, применение Zestron Flux Test и Zestron Resin Test позволяет осуществ­лять эффективный контроль качества отмыв­ки печатного узла в условиях любого произ­водства, что способствует снижению вероят­ности отказов и повышению климатической надежности.

                                   а)                                                            б)                                                                в)

Рис. 3. Результаты применения тестов Zestron:

а) проблема «белого налета»; б) результаты теста на остатки активаторов Zestron Flux Test; в) результаты теста на остатки канифоли Zestron Resin Test.

Количественная оценка ионных загрязне­ний может быть произведена с помощью те­стового оборудования серии Zero Ion. Метод контроля основан на определении изменения величины проводимости раствора при погру­жении в него контролируемых печатных уз­лов. Проводимость раствора измеряется и пересчитывается в эквивалентную массу NaCl. Испытания производятся согласно стандарту IPC-TM-650, тестовый метод 2.3.25. Допусти­мый уровень ионных загрязнений должен быть меньше 1,56 мкг/см^: в эквиваленте NaCl.

            Остатки флюса и прочих электропроводных материалов могут стать причиной низкого зна­чения поверхностного сопротивления. Оцен­ка данного критерия чистоты печатного узла осуществляется методом контроля поверхно­стного сопротивления (SIR-тест). Порядок про­ведения испытаний поверхностного сопротив­ления изоляции также подробно рассмотрен в стандарте IPC-TM-650. Высокое значение поверхностного сопротив­ления позволяет гарантировать качественную передачу сигнала, исключающую его искаже­ние.

            Описанные методы контроля качества от­мывки гарантируют обнаружение различных загрязнений на поверхности печатного узла, позволяют определить возможность нанесе­ния влагозащитного покрытия и гарантиро­вать долговечность и надежность выпускае­мой электроники, но нет гарантии, что в погоне за прибылью эти методы кто-то не сочтет излишними (поэтому при покупке изделий будет не лишним провести исследование образца). Но только обеспечив максимальную чистоту печатного узла, можно добиться эффектив­ной влагозащиты и обеспечить высокую бе­зотказность и долговечность электронных уст­ройств в самых различных условиях эксплуа­тации.