Технологии производства печатных плат и поверхностного монтажа
Мы сертифицированы ИСО 9001
Тел. +7 (495) 964 47 48
Факс +7 (495) 964 47 39

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.

Универсальная установка мокрых процессов  Infinity NEO ф. Шмид
Рис.149. Установка электрического контроля VST-25Х28.

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).

Электромеханический сканнер для контроля печатных плат Acceler8 ф. Gardien
Рис.150. Электромеханический сканнер для контроля печатных плат Acceler8 ф. Gardien.
Прибор контроля импеданса на печатных плат  ST600 ф. Z-Metrix
Рис. 151. Прибор контроля импеданса на печатных плат ST600 ф. Z-Metrix.

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