Электроконтроль печатных плат

Электроконтроль печатных плат призван реализовать контроль целостности цепей печатных плат, отсутствие КЗ между проводниками и массивами «земли» и «питания» и прописанное в НТД сопротивление изоляции. Контроль целостности цепей проводится установкой щупов на соответствующие КП и ламели и замером сопротивления между ними. Возможно программное задание допустимых значений максимальных сопротивлений между щупами. Дефектные цепи рекомендуется проверять в ручную для выявления конкретного места и характера дефекта. Причинами увеличения сопротивления цепи могут быть: контактные явления (ремонт не требуется), обрыв или локальный растрав проводника (возможен ремонт установкой перемычек сваркой или пайкой).

С появлением операций химподготовки на различных этапах изготовления печатных плат возникла вероятность увеличения удельного сопротивления проводников за счет уменьшения их толщины по всей длине при многократном их применении. Рекомендуется в техпроцессе ввести ограничение по допустимому количеству итераций на операциях химподготовки. Контроль удельного сопротивления проводников проводить на тестовых проводниках располагаемых на технологическом поле заготовки многослойных печатных плат или слоя Обнаруженные КЗ вырезаются микроскальпелем или лазером на специализированной установке(см. раздел 21). Заниженное поверхностное сопротивление изоляции может быть исправлено интенсивной отмывкой. Заниженное объемное сопротивление изоляции , как правило, является неисправимым дефектом и приводит к забракованию печатных плат. Причиной заниженного объемного сопротивления является недостаточная отмывка слоев перед прессованием или не соответствие допустимого сопротивления изоляции внесенного в КД при проектировании реальному сопротивлению изоляции с учетом заложенных в КД зазоров и материалов, а также допусков реализуемых технологией.

История реализации операции электроконтроля печатных плат ведет свое начало с ручной прозвонки проводников печатных плат с помощью тестера и мегометра. По мере усложнения печатных плат, возникновения многослойных печатных плат ручной контроль становится очень трудоемким и вносит большое количество субъективных ошибок.

Первым оборудованием существенно ускоряющим и облегчающим электрический контроль стали контакторы с матрицей контактов в шаге 2,5 мм и электрической коммутацией между щупами в соответствии с электрической схемой и видом контроля. По мере усложнения многослойных печатных плат и миниатюризации рисунка наружных слоев понадобилось применение промежуточного контактора, являющегося, по сути, экспандером от рисунка ламелей и КП к регулярной матрице штырей в шаге 2,5 мм. Этот контактор использует специальные пружинные штыри, работающие на принципе потери устойчивости вертикальным стержнем. Промежуточные контакторы необходимо изготавливать для наружных слоев каждого типо-номинала печатных плат. Их конструкция достаточно сложна и содержит большое количество дорогостоящих комплектующих (штырей). Однако этот способ контроля является наиболее производительным, поскольку использует электронную коммутацию, но требует наличия дорогостоящей технологической оснастки (промежуточных контакторов) для каждого типо-номинала печатных плат, и поэтому имеет смысл на достаточно серийном производстве.

Установки с «летающими щупами» оснащены двумя и более каретками с щупами с каждой стороны печатных плат. При оснащении «шупами Кельвина» (щупами , обеспечивающими четырех зондовый режим измерения) на них можно измерять еще и сопротивление столба металлизации отверстий, тем самым контролируя качество металлизации. Примером такого оборудования может служить установка электрического контроля VST-25Х28 (рис. 149).

Это высокотехнологичный двухсторонний тестер с четырьмя щупами. Его аппаратное и программное обеспечение позволяют тестировать печатные платы с порогом сопротивления до 0,05 мОм при использовании «щупов Kельвина».

Уменьшение порога измерения сопротивления позволяет находить потенциальные дефекты металлизации (трещины, дефекты торцевых контактов) отслеживая динамику изменения сопротивления металлизации столба отверстия после различного рода физических воздействий. Неразрушающий контроль металлизации возможен методом измерения сопротивления столба металлизации щупами Кельвина (4-х зондовым методом) на установках с «летающими щупами».

В ИТМ и ВТ группой сотрудников под руководством Шарапова Ю. И. были разработаны таблицы предельно допустимых значений сопротивлений металлизированных отверстий (R мо [ мк Ом]) для различных толщин печатных плат и диаметров отверстий при условии толщины гальванической металлизации меди в контролируемых отверстиях не менее 25 мкм с учетом средней удельной проводимости, гальванически нанесенной меди.

Эти таблицы с успехом используются на многих предприятиях, для контроля качества металлизации по сопротивлению столба металлизированного отверстия. С учетом разброса толщины металлизации по площади печатных плат и разброса проводимости, гальванически нанесенной в отверстия меди приведенные в таблице ниже цифры конечно следует рассматривать, как ориентировочные.

H(мм)	0,9	1,0	1,1	1,2	1,3	1,4	1,5	1,6	1,7	1,8	1,9	2,0	2,1	2,2	2,3	2,4	2,5	2,6	2,7	2,8	2,9	3,0	3,1	3,2	3,3	3,4	3,5
D(мм)
0,15	2290	2520	2720	2930	3140	3350	3555	3765	3970	4180	4385	4595	4800	5010	5215	5420	5630	5835	6045	6250	6460	6670	6880	7080	7290
0,2	1650	1800	1950	2095	2245	2390	2540	2680	2830	2975	3120	3270	3415	3565	3710	3855	4005	4150	4300	4445	4590	4740	4890	5030	5180	5330	5480
0,25	1280	1395	1510	1625	1740	1855	1970	2080	2195	2310	2425	2540	2655	2770	2895	3000	3115	3230	3345	3460	3570	3690	3805	3920	4040	4150	4270
0,3	1050	1145	1240	1335	1430	1525	1620	1720	1810	1910	2005	2100	2195	2290	2385	2480	2575	2670	2765	2860	2950	3040	3140	3230	3330	3420	3520
0,4	770	840	910	980	1050	1120	1190	1260	1330	1400	1470	1540	1615	1685	1755	1825	1895	1970	2040	2110	2180	2240	2310	2380	2450	2520	2590
0,5	605	660	720	770	830	880	940	990	1050	1105	1160	1215	1275	1330	1385	1440	1490	1555	1610	1665	1720	1770	1830	1885	1980	1995	2050
0,6	505	550	595	640	685	730	775	820	865	910	955	1000	1045	1090	1135	1180	1225	1270	1315	1360	1405	1450	1495	1540	1585	1630	1680
0,7	435	470	510	545	585	625	665	700	740	780	820	860	895	935	975	1015	1055	1090	1130	1170	1205	1245	1280	1320	1360	1400	1440
0,8	370	405	440	475	510	540	575	610	645	680	715	750	780	815	850	885	920	950	985	1020	1050	1085	1120	1150	1185	1220	1255
0,9	330	360	390	420	450	480	510	540	570	600	630	660	690	720	750	780	810	840	870	900	930	960	990	1020	1050	1080	1110
1,0	300	325	350	380	405	430	460	485	515	540	565	595	620	650	675	700	730	755	785	810	840	865	890	920	945	975	1000
1,1	270	290	315	335	360	385	410	430	455	480	505	530	550	575	600	625	650	670	695	720	740	765	790	815	840	860	885
1,2	240	265	285	310	335	355	380	400	420	445	465	470	510	535	555	575	600	620	645	665	690	715	740	760	785	810	830
1,3	225	245	265	285	305	325	345	370	390	410	430	450	470	490	510	530	550	570	590	610	630	655	670	695	715	735	760
1,4	210	230	250	270	290	305	325	345	365	385	405	425	445	465	485	505	525	545	565	585	600	620	640	660	680	700	720
1,5	200	215	235	250	270	290	305	325	340	360	380	400	415	435	455	475	495	510	530	550	565	580	600	620	640	655	675
1,8	160	175	190	205	220	235	250	265	280	295	310	325	340	355	370	385	400	415	430	445	460	480	495	510	525	540	555
2,0	145	160	170	185	200	210	225	240	250	265	280	290	305	315	330	345	355	370	380	395	405	420	430	445	460	470	480
3,4	90	95	100	110	115	125	130	140	150	155	165	170	180	185	195	205	210	220	225	235	240	245	250	260	270	275	280

где- Н - толщина печатной платы; D – диаметр отверстия до металлизации ( диаметр сверла ).

Для оперативного неразрушающего контроля металлизации отверстий диаметром свыше 0,8 мм (для печатных плат малой сложности ) можно использовать приборы работающие методом вихретокового контроля. Основу прибора составляет вихретоковый датчик трансформаторного типа, возбуждающая и измерительная обмотки которого помещены внутри стальной трубки и вытянуты вдоль ее оси. Стальная трубка служит каркасом датчика и защищает от механических повреждений катушки индуктивности, изготовленные печатным способом и сформированные на эластичной диэлектрической подложке. Защитное покрытие на поверхности трубки предохраняет зонд от агрессивного воздействия электролита. Продольно расположенные витки возбуждающей обмотки создают радиальный магнитный поток.

В результате возникают вихревые токи в столбе металлизации, направленные вдоль оси отверстия. Этим достигается значительное ослабление влияния размеров и формы контактных площадок на результаты измерения, которое неизбежно при традиционном для вихретоковых датчиков, коаксиальном с отверстием размещении возбуждающих обмоток и осевом направлении магнитного потока.

Наиболее совершенная модель прибора ИНТРОМЕТ, имеющая на мировом рынке марку СAVIDERM CDE-5100, разработана ИНТРОН ПЛЮС по заказу Veeco Instrument Corp., UPA Technology Division и впервые была представлена в 1994 году на международной выставке "Контроль- 94" в Чикаго (США).

Вернусь к установкам электроконтроля с «летающими щупами». Эти установки обладают принципиально не высокой производительностью поскольку коммутация происходит механически. А в режиме четырех зондовых измерений время каждого измерения резко возрастает. С появлением сложных МНОГОСЛОЙНЫХ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ, содержащих 20 000 и более цепей,которые необходимо проверить производительность «летающих щупов» стала не устраивать производство. Это вызвало появление нового типа оборудования – электромеханических сканеров.(Рис.150).

Сконструированный для уменьшения времени на электроконтроль и увеличения производительности Acceler8 является электромеханическим сканнером. Он работает при постоянной скорости, независимо от шага, плотности и размера проверяемых точек печатных плат. Сканирующее устройство состоит из 4-х тысяч щупов диаметром 0,1 мм. Сканер снимает электрическую картину платы за один проход, не повреждая ламели и контактные площадки. Сканируя обе стороны, Acceler8 позволяет проверить 90% цепей, оставляя всего 10% на контроль при помощи "летающих" щупов, значительно уменьшая время тестирования.

Объединение Acceler8 и тестера с "летающими" щупами – решение для значительного увеличения скорости и повышения производительности участка электроконтроля. Обращаю Ваше внимание , что дефекты выявленные в автоматическом режиме, такие как обрывы, могут быть связаны с плохим контактированием, и поэтому требуют обязательной ручной перепроверки.

Последнее время на печатных плат появились дополнительные требования, связанные главным образом с обеспечением требований к волновым и дифференциальным линиям. При назначении этих требований надо иметь ввиду, что по умолчании на производстве не могут быть реализованы волновые сопротивления с точностями лучше ±10%. Это связано с поставками стандартного материала с соответствующим разбросом значений диэлектрической постоянной (ԑ). Обеспечить лучшую точность воспроизведения волновых сопротивлений можно заказав материал с малым разбросом ԑ, но он будет в разы дороже. Расчет волновых и дифференциальных сопротивлений при проектировании может проводиться по IES 61 188-2013.

В качестве примера прибора для измерения волнового сопротивления на печатных плат можно привести ST600 ф. Z-Metrix. Рис. 151. Прибор ST600 разработан для точного и стабильного измерения импеданса на печатных платах с частотой сигнала до 7 ГГц, используя технологию динамической рефлектометрии. Точность измерений составляет 1%. Прибор откалиброван под 20, 50, 75 и 100 Ом