Контроль качества и диагностика плат.

С развитием и усложнением конст­рукций ПП и МПП возрастает слож­ность ТП, а также потребность в бо­лее эффективных методах и средствах контроля. Основными мерами повы­шения качества ПП и МПП являются: организация входного контроля мате­риалов, межоперационный контроль, выходной контроль качества изделий.

Весьма важным является тщатель­ный контроль наиболее ответственных операций ТП (травление, металлиза­ция, склеивание и др.), которые ока­зывают влияние на все остальные опе­рации, а также автоматизация процес­са контроля. Классификацию методов контроля можно провести по следую­щим признакам:

– по физической сути метода – оптический, рентгеновский, тепло­вой, электрофизи-ческий, электрический, радиотехнический, металлогра­фический, радиационный, ультра­звуковой;

– по видам связи с контролируе­мым объектом – контактные, бес­контактные;

– по характеру воздействия на платы – разрушающие, неразрушающие;

– по степени определения де­фектов: явных дефектов – кон­троль рабо-тоспособности; скрытых – диагностический, прогнозирующий.

Оптический методконтроля прост и нагляден, имеет высокую разре­шающую способность. Недостаток его в субъективности и низкой произво­дительности. Используются микро­скопы МБС-2, МИИ-4, МРР-2р, а также растровый электронный микро­скоп МРЭМИ-2 с увеличением в 200-1000 раз, приборы визуального кон­троля ПВК-1 с увеличением в 4-50 раз. Для входного и выходного контроля применяют телевизионные установки контроля печатных плат КПП-1 и микрообъектов УКМ-1 с увеличением в 10 и 100 раз и разре­шающей способностью 12 и 63 лин/мм соответственно. При этом могут опре­деляться виды дефектов, указанные в табл. 2.9.

Таблица 2.9. Дефекты печатных плат.

Виды дефекта

Причины

Короткое замыкание между проводниками и контактными площадками.   Разрыв проводников.     Отсутствие контакта между печатными проводниками слоев и металлизированными отверстиями. Выход окружности отверстия за пределы контактной площадки. Расслоение.   Понижение сопротивления изоляции.

Сдвиг внутренних слоев при прессовании, попадание раствора химического меднения в зазоры. Глубокие царапины на поверхности до обработки, подтравливание, внутренние механические напряжения в МПП. Плохая подготовка к химической металлизации, малая площадь контактирования.   Плохая точность при сверлении, смещение координат. Некачественный компаунд, несоблюдение режимов прессования. Проникновение в межслойные соединения влаги, растворов, плохое совмещение слоев.

Рентгеновский методприменяется для контроля токопроводящих цепей МПП и подразделяется на рентгенотелевизионный, стереорентгенографии и томографии. Наибольшее распро­странение получил рентгенотелевизионный метод с использованием рентгенотелевизионных микроскопов МТР-1, МТР-3, МТР-4 с увеличением в 20-60 раз и размером допустимого пятна 0,2-0,3 мм. Суть метода заклю­чается в том, что пучок рентгеновских лучей, проходя через исследуемую ПП или МПП, образует теневое изобра­жение объекта в рентгеновских лучах, которое проецируется на мишень видикона. Видикон преобразует энергию рентгеновских лучей в электрические телевизионные сигналы, которые по­сле усиления используются для полу­чения изображения на экране кине­скопа. Увеличение размеров изобра­жения происходит чисто телевизион­ным путем за счет увеличения размера растра при переходе от сканирования на мишени видикона к растру на эк­ране кинескопа (рис. 2.43).

Рис.2.43. Схема рентгенотелевизионной установки.

1-источник рентгеновского излучения; 2-исследуемая плата; 3-мишень видикона;

ПУ - предварительный усилитель; С - синхронизатор; ОК - оконечный усилитель;

ВКУ-видеоконтрольное устройство; ТВУ-телевизионное устройство; БП-блок питания;

ПУПР-пульт управления.

Данный способ позволяет выявлять характер, вид и местонахождение дефектов. Од­нако он обладает недостаточной раз­решающей способностью для МПП и низкой производительностью контроля. Стереорентгенография применяется при выявлении разрывов печатных проводников после прессования и в готовой плате. С помощью стерео-рентгеномикроскопа, регулируя относительное положение объекта и плен­ки, выборочно фокусируют изображе­ние печатной плоскости и очерчивают месторасположение дефекта. Данный способ не нашел широкого примене­ния из-за низких чувствительности и производительности.

Томография заключается в проеци­ровании предмета в рентгеновских лучах на чувствительную мишень при непрерывном движении источника рентгеновского излучения по мишени (рис. 2.44).

Рис.2.44. Схема томографии.

1-3-проводники, расположенные в различных слоях.

Печатная плата и пленка синхронно вращаются вокруг парал­лельных осей, расположенных в одной плоскости с источником. Все точки в изображаемой плоскости имеют четкое изображение и остаются непод­вижными, а точки других плоскостей описывают на пленке окружности и «размазываются». Способ универсален и обладает возможностью контроля межслойных изображений, его приме­няют для послойного контроля токопроводящих цепей МПП.

Тепловой контрольтокопроводящих цепей МПП основан на измерении градиента температуры в местах лока­лизации дефекта при нагреве, кото­рый осуществляется за счет пропуска­ния тока через контролируемую цепь. Тепловое излучение воспринимается с помощью видикона, в качестве изме­рительного устройства используют ин­фракрасный сканирующий микроскоп или тепловизор, которые позволяют рассматривать тепловую картину объ­екта на экране электронно-лучевой трубки. С помощью данного метода можно обнаружить следующие дефек­ты печатного монтажа:

– пористость ме­таллизации,

– короткое замыкание,

– уто­нение (подтравливание) проводников,

– пониженное сопротивление изоляции.

Отечественные тепловизоры типа ТВ-03 позволяют получать на экране изображение объекта размером 30х30 мм, выбирать интересующий уча­сток, увеличивать в 3 раза с разреше­нием по линейным размерам 0,8 мм и по температуре 0,5°С. Тепловые де­фектоскопы обнаруживают дефекты на глубине 1,0-1,5 мм.

Электрофизический контрольосно­ван на пропускании тока большой си­лы через токопроводящие цепи платы. Мощность источника тока выбирается такой, что разогрев дефектного участ­ка цепи вызывает его расплавление, а нагрев доброкачественной цепи не вызывает никаких последствий. В ка­честве средств контроля используют генератор стабилизирующих импуль­сов тока амплитудой до 30 А, дли­тельностью 5 мс, работающий на на­грузку 0,6-1,8Ом. Электрофизиче­ский контроль прост и легко может быть автоматизирован. Его недостат­ком является то, что он может вы­звать дефект токопроводящей цепи платы, а также низкая информатив­ность, что ограничивает широкое при­менение данного метода.

Электрический контрольоснован на проверке целостности электрических проводников и металлизированных пе­реходов ПП и МПП и может быть контактным или бесконтактным (с по­мощью электронного луча). Контакт­ный контроль позволяет измерять со­противление ПП и металлизирован­ных переходов в МПП посредством 4-зондовой схемы. Омическое сопро­тивление металлизированного отвер­стия измеряют между противополож­ными сторонами платы. Контакти­рующие зонды размещают в пределах контактной площадки (рис. 2.45).

Это объясняется повышенной плотностью тока в месте точечного контактирова­ния токового зонда. Размещение зон­дов на противоположных краях кон­тактной площадки обеспечивает вы­сокую воспроизводимость результатов измерений.

Рис.2.45. Схема четырехзондового контакирования.

Для измерения малых сопротивле­ний используются микроомметры и миллиомметры М-246, Е6-12, Е6-6 с 4-зондовой схемой контактирования, с помощью которой через металлиза­цию пропускается переменный ток силой 100 мА. Падение напряжения между верхним и нижним концентри­ческими кольцами металлизации от­верстия передается на трансформа­тор с коэффициентом трансформации 1:100 и вольтметр с высоким входным сопротивлением.

Недостатки метода:

– отсчет сопротив­ления может быть неточным, так как зонды не могут обеспечить равномер­ного распределения тока;

– сопротивле­ние зависит от переходного сопротив­ления контактного штыря в месте контакта (погрешность ±10 % на 1 мм; ±20 % на 0,6 мм);

– необходимое пере­ходное сопротивление 0,1 Ом между штырем и металлизированным отвер­стием обеспечивается давлением, соз­даваемым пружиной контакта.

Радиационный контрольоснован на использовании обратного β-излучения. В качестве исследуемого параметра ис­пользуют коэффициент обратного рас­сеивания η = f (z), где z - атомный номер материала рассеивателя. Для из­мерения используют прибор, состоящий из источника излучения 2 и счет­чика Гейгера (радиометра) 1 (рис. 2.46).

Рис.2.46. Схема радиационого контроля.

В зависимости от измеряемой толщи­ны металлического покрытия 3 платы будет изменяться поток β-излучения. Точность измерения не превышает 10 % и зависит от качества эталона и времени отсчета. Недостатки метода: низкая производительность (30 с на 1 отверстие), особые меры по технике безопасности при работе с радиоак­тивными веществами. Радиотехнические методы контроля используются для контроля волнового сопротивления, токопроводящих це­пей МПП и микрополосковых плат с применением стандартных приборов для измерения емкости и индуктивно­сти. Они не выявляют дефектов.

Ультразвуковые методыконтроля ос­новываются на способности УЗ-колебаний распространяться в твердом те­ле прямолинейно и отражаться от гра­ниц дефектов, имеющих различную плотность для акустических волн. Для излучения и приема колебаний ис­пользуются пьезоэлектрические пре­образователи. УЗ-метод позволяет кон­тролировать плоские, линейные и то­чечные дефекты в виде расслоений, трещин. Разрешающая способность ме­тода может достигать 10 мкм. Исполь­зуются импульсные УЗ-дефектоскопы типаУДМ-2 и УД-10 А.

Так как МПП содержит большое количество цепей, металлизированных отверстий (до 400), то ручные методы контроля весьма трудоемки и не га­рантируют точность результатов кон­троля, при серийном выпуске они просто непригодны. Автоматизация выходного контроля МПП является составной частью системы машинного проектирования и изготовления МПП. Автоматизация осуществляется путем применения универсальных стендов с программным управлением. Они по­зволяют осуществлять в полуавтома­тическом режиме выходной контроль электрических параметров МПП: целостность печатных проводников платы, электрическое сопротивление изоляции, электрическую прочность изоляции по принципу «годен-не­годен» по предельным значениям па­раметров.

Универсальный стенд (рис. 2.47) со­стоит из устройства контактирования, стойки функциональных блоков и пульта управления. Устройство контактирования обеспечивает одновре­менное подсоединение всех видов це­пей проверяемой МПП к специаль­ным контактным штырям. Коммута­тор точек контроля осуществляет не­обходимое количество комбинаций опроса контролируемых точек. Про­грамма контроля МПП, записанная на перфоленте, считывается с помо­щью фотоэлектрического устройства и поступает на блок управления. При подаче на блок управления сигнала управления «Сброс» стенд приводится в исходное состояние. Сигнал «Пуск» вырабатывает команду «Старт», ко­торая включает транспортер. Блок управления после поступления сигна­лов «Цепь» или «КЗ цепи», «Пробой», «Изоляция» с блока автоматического контроля и отбраковки выдает коман­ды на блок выходных усилителей, а от него - на коммутатор точек контро­ля, блок питания и блок индикации. Информация может быть выведена на печать с координатами контролируе­мых точек.

Рис.2.47. Схема универсального стенда с программным

управлением для контроля.

Универсальный стенд позволяет кон­тролировать электрические параметры МПП, которые имеют габаритные размеры 140×150 мм, шаг координат­ной сетки 2,5 мм, диаметр выходных отверстий 0,6-0,8 мм, число контро­лируемых точек 1500. Время контроля платы составляет 5-7 мин.

Универсальные стенды относятся к «медленным» устройствам контроля, так как используют электромеханиче­ские реле, что увеличивает габариты и стоимость установки. Перспективны «быстрые» устройства контроля с полупроводниковыми коммутаторами, герконовыми реле. Фирма Siemens AG (Германия) изготовила автоматические испытательные станции в виде настольных приборов с управле­нием от микроЭВМ производительно­стью 2500 плат/ч и временем контро­ля от 1 до 30 с.

3. ТЕХНОЛОГИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ.