Аналитическая лаборатория печатных плат

Для обеспечения контроля параметров выпускаемой продукции, отработки технологических режимов на всех этапах производства, корректировки рабочих растворов в соответствии технических требований на них на производстве необходимо иметь соответственно оснащенную аналитическую лабораторию. Большое количество химических и физических технологических процессов в рамках производства, особенно прецизионных многослойных печатных плат, ужесточенные допуски на их корректировки требуют тщательного контроля, а следовательно хорошего оснащения аналитической лаборатории. Она должна содержать оборудование для изготовления и анализа шлифов, оборудование анализа пластичности меди, автоматизированные бюретки, электронные аналитические весы, приборы циклической вольтамперометрии (CVS) или ячейку Хулла в зависимости от используемого рабочего раствора гальваники, спектрофотометр, приборы оперативного измерения толщины меди, рентгено-флуоресцентный микроскоп.

Оборудование для изготовления шлифов является основой системы менеджмента качества.

Рис.152. Формы для заливки шлифов.

Рис.153. Установка для изготовления
шлифов ф. Jean Wirtz.

Рис.154. Шлифовально-полировальный
станок мод. EcoMet300+AutoMet250

Рис.155. Металлографический микроскоп
Axio Jmager ф. Carl Zeiss.

Изготовление и анализ шлифов является наиболее достоверным способом контроля металлизации отверстий и внутренних слоев многослойных печатных плат. При изготовлении шлифов очень важно получить сечение отверстия в диаметральной плоскости, в этой связи существенное влияние оказывает подготовка (вырезание) шлифа. Доведение, формирование диаметральной плоскости без задиров и замазываний - вопрос наличия оформленной технологии и мастерства исполнителя. С помощью шлифов можно проверить почти все конструкционные параметры печатных плат и увидеть (провести анализ причин возникновения ) появившиеся дефекты. Процесс изготовления шлифов носит очень субъективный характер (в части качества изготовления и информативности шлифов); поэтому чем более сложное оборудование применяется для изготовления шлифов, тем меньше влияние субъективного фактора.

Типовой состав комплекта оборудования для изготовления шлифов:

Оборудование и оснастка для вырезания образцов ( часто используются сверлильно-фрезерные станки).
Материалы и оснастка для заливки образцов( формы для заливки шлифов (рис 152) и специальный материал, прозрачная смола, для заливки шлифов).
Оборудование и оснастка для шлифования образцов.
Металлографический микроскоп с возможностью просмотра шлифов на ПК (анализ, измерения, запись библиотеки фото шлифов). (Рис. 155.)

Усовершенствованная оптика дает возможность достичь высоких показателей в равномерности освещения, разрешающей способности и контрастности изображения исследуемого шлифа.

Управление микроскопом с ПК дает возможность выводить изображение на экран, более детально рассмотреть отдельные участки шлифа, проводить измерения толщины металлизации, хранить информацию в базе данных компьютера.

Рис. 156. Дуктиломат – прибор для измерения пластичности меди дуктилометрическим методом (гидравлическое выдавливание). Прибор для определения сопротивления продавливанию мод. BT-10.

Рис. 157. Автоматический титратор
848 Salt Titrino Plus для аргентометрического
титрования в комплекте с магнитной
мешалкой 801.

Рис. 158. Ручной титратор 876 Manual
Titrator в комплекте с магнитной
мешалкой 801.

Рис. 159. Электронные весы
мод. DL-1200

Оборудование анализа пластичности меди позволяет измерять пластичность, предел прочности на растяжение и энергию деформации гальванической меди. Испытание медной фольги дуктилометрическим методом происходит путем продавливания каплей несжимаемой жидкости (ДИ водой). Фольга изготавливается нанесением меди на полированную пластину из нержавейки в стандартном процессе гальванической металлизации. (Рис. 156.)

Программа ПК задает алгоритм испытаний и оценивает результаты испытания. На экране ПК отображаются: диаграмма растяжение- нагрузка, величина пластичности, предел прочности и энергия деформации. Протокол испытания хранится в памяти компьютера. Этот метод более простой и оперативный, чем традиционный метод испытания на разрывной машине. Для обеспечения SMT ( технологии поверхностного монтажа) пластичность меди измеренная дуктилометрическим методом д.б. не менее 22%, что соответствует примерно 10 -12% удлинения, измеренного на разрывной машине.

Обеспечение стабильности формирования параметров на мокрых процессах в производстве многослойных печатных плат 6-7-го классов точности требует проведения большого объема анализов.

При этом желательно максимально увеличить производительность и минимизировать влияние субъективного фактора. Автоматизированные бюретки обеспечивают автоматическое дозирование титранта с точностью до 3-го знака после запятой при кислотно-основном, окислительно-восстановительном титровании, комплексонометрии, титровании по методу осаждения и комплексообразования. (Рис. 157.) Это позволяет очень точно определить концентрацию анализируемого компонента, а следовательно провести оптимальную корректировку растворов. При меньшем объеме анализов можно использовать ручной титратор. (Рис. 158).

Электронные аналитические весы необходимый инструмент формирования точных составов различных корректировок.(Рис. 159).

Приборы циклической вольтамперометрии (CVS) производят анализ добавок гальванических ванн, основанный на том, что вольтамперная кривая регистрируется в области осаждения и стравливания меди. При этом высота пика стравливания обратно пропорциональна концентрации добавки. Компьютерное управление позволяет полностью автоматизировать процесс анализа. (Рис. 160.) При отработке программ на экране компьютера отображаются все этапы проводимого анализа, и по завершении каждого этапа анализа компьютер выдает содержание добавки в мл/л.

Все современные гальванические ванны для использования в техпроцессе производства прецизионных печатных плат рассчитаны на анализ добавок методами CVS

Рис.160.Полуавтоматическая система для
определения добавок в гальванике мод. 894 Prof CVS PCB.

Рис.161 Однолучевой спектрофотометр мод. SQ-2800

Но некоторые рабочие растворы гальванического меднения рассчитаны на анализ с помощью ячейки Хулла.

Тест на ячейке Хулла проводится с целью оценки работоспособности электролита меднения и содержания комплексных блескообразующих и выравнивающих добавок. Как уже говорилось ранее ячейка Хулла представляет собой небольшую емкость (250 мл) – модель гальванической ванны, в которой катод расположен по отношению к аноду под углом 60о, что позволяет оценить состояние электролита по внешнему виду покрытия в широком интервале катодных плотностей тока (0 – 10 А/дм2).

Рис.162. Прибор SR-SCOPE ф. Fischer
для измерения толщины медных покрытий

Рис. 163. FISCHERSCOPE® HM2000 - прибор измерения
микротвердости покрытий в микрометрическом диапазоне

Рис.164. FISCHERSCOPE X-RAY
рентгенофлуоресцентный спектрометр-толщиномер

В качестве анода используется кусочек медного анода АМФ (60х80х5 мм). В качестве катода используются сменные латунные полированные пластины (100х70мм) или нарезанный фольгированный диэлектрик (толщиной 0,1 – 1 мм). Вдоль катода на дне расположен ряд отверстий воздушного барбатажа для перемешивания электролита в процессе электролиза. Интенсивность барбатажа выставляется небольшая (работает не более 5 отверстий от близлежащего края катода). В процессе тестирования на катодной пластинке получаем спектр внешнего вида медного покрытия: область подгара ( высокая плотность тока), блестящая область, постепенно переходящая в матовую область (малые плотности тока). Для тестирования используется откорректированный по основным компонентам (медь, кислота и особенно Cl –ионы) и проработанный рабочий электролит меднения.

Спектрофотометр (рис. 161) позволяет проводить фотометрию, как в видимой так и в УФ области. Он применяется для определения палладия в растворе прямой металлизации, перманганата и манганата в растворах удаления наволакивания смолы, активатора в растворе нанесения адгезионного покрытия перед прессованием, тиомочевины в растворе иммерсионного оловянирования.

Прибор SR-SCOPE ф. Fischer для опееративного измерения толщины медных покрытий (Рис.162.) измеряет толщину медных покрытий на верхней стороне печатных плат в соответствии с нормами EN 14571 микрорезисторным методом. Он реализует неразрушающие, быстрые и точные измерения, на результаты которых не влияют противолежащие медные покрытия.

При изготовлении печатных плат под установку разъемов методом запрессовки («press-fit») очень важно понимать значения микротвердости меди наносимой при металлизации. FISCHERSCOPE® HM2000 - прибор измерения микротвердости покрытий в микрометрическом диапазоне (рис. 163.) позволяет решить эту задачу.

Этот прибор позволяет проводить точное определение микротвердости (твердости по Мартенсу) и модуля упругости в соответствии со стандартом DIN EN ISO 14577, используя метод внедрения индентора.

Области применения

Окрашенные, синтетические или твердые покрытия (PVD, CVD) .
Гальванические покрытия(декоративные, защитные).
Специфические материалы, используемые в медицине.
Электронные компоненты, проводники и т. д.

Принцип работы спектрометров-толщиномеров FISCHERSCOPE X-RAY (Рис.163) основан на методе энергодисперсионной рентгеновской флуоресценции, что полностью соответствует стандартам ASTM B 568 и ISO 3497. Приборы данной серии позволяют производить анализ элементного состава материалов многослойных покрытий от натрия до урана. Они оснащены простым и интуитивно понятным программным обеспечением.

Основными сферами применения спектрометров-толщиномеров FISCHERSCOPE X-RAY являются микроэлектронная промышленность (измерение толщины покрытий на выводах компонентов электронных печатных плат, измерение проводников на печатных платах), ювелирная промышленность. Также данное оборудование успешно применяется для анализа электролитов, химических и гальванических покрытий, элементов солнечных батарей и другой продукции.

Рентгенофлуоресцентный спектрометр-толщиномер используется для измерения многослойных финишных покрытий печатных плат в техпроцессах ENIG, ENIPIG и т.п.

К дополнительным (рекомендуемым) требованиям технического обеспечения аналитической лаборатории следует отнести:

а) планировка лаборатории (две смежные двери; гладкое покрытие стен и потолков; гладкий пол с химически стойким покрытием; «трапы» с уклоном 3-5⁰);

б) инженерное обеспечение помещения (бестеневое освещение, розетки электропитания к приборам, подвод газа в вытяжные шкафы, подача горячей и холодной воды в вытяжные шкафы, мойки и аварийный душ, общеобменная вентиляция и местная вентиляция из вытяжных шкафов, система пожарной вентиляции);

в) техническая мебель (вытяжные столы с химстойкими поверхностями; лабораторные столы: с огнестойким покрытием, общего назначения, для установки титраторов; шкафы для раздельного хранения химикатов и растворителей, мойки, виброизолированный стол для аналитических весов, полки и консоли для хранения посуды и приборов);

г) посуда для химанализов ( мензурки – 5, 10, 25, 100, 250, 500, 1000 мл; конические колбы – 100, 250, 500, 1000 мл; химические стаканы – 100, 250, 500, 1000 мл; пластиковые стаканы 1000, 2000 мл; вакуумные колбы, пипетки 1, 5, 20, 50 мл; шпатели, бутыли для хранения жидких реагентов);

д) средства обеспечения безопасности (аварийный душ, огнетушители, аптечки скорой помощи, перчатки хирургические и х\б, защитные очки, халаты и обувь химстойкие, резиновые фартуки и сапоги, инструкция для персонала по обеспечению безопасных условий труда).