Испытания дпп.

Изучение причин отказов связей в ДПП показывает, что в ос­новном эти отказы вызваны разрывами в районе соединений межслойных переходов. По частоте возникновения разрывов на первом месте стоят районы углов на выходах отверстий, на втором - разрыв самой металлизации на стенках отверстий. Последний вид отказов обусловлен, как правило, сильной шероховатостью стенок, недоста­точной выравнивающей способностью электролита меднения, нали­чием непрокрытых или со значительно протяженным или местным утоньшением металлизации, а также низкой пластичностью меди.

Указанные причины также способствуют образованию отказов и в первом виде.

Совершенствования конструкции переходов проводится в

обеспечение:

• уменьшения толщины диэлектрика, сквозь который осуществляется переход, для уменьшения величины расширения;

• увеличения площади контактирования проводников и металлизации отверстия;

• увеличения толщины металлизации в отверстии;

• согласования толщины соединяемых элементов конструк­ции перехода;

• стабилизации структуры стенок отверстий на стадии подготовки под металлизацию;

• использование диэлектрика с высокой температурой стеклоперехода.

Автоматизация испытаний печатных плат.

Испытание ДПП на устойчивость к тепловым воздействиям проводятся с целью определения степени ухудшения качества межслойных переходов во время и после тепловых воздействий, анало­гичных реальным воздействиям на платы в процессе изготовления, наладки и эксплуатации изделий. Другая цель таких испытаний - выявить дефекты, которые снижают надежность и определить кон­структивно-технологические способы повышения надежности с учетом существующего уровня качества материалов и оборудова­ния.

Объективность оценки качества металлизации межслойных переходов ДПП в значительной степени определяет правильность оценки уровня надежности и экономические показатели производ­ства.

Такие испытания необходимо проводить систематически в процессе изготовления высоконадежных ДПП, а также как специс­пытания.

Увеличение объема и оперативности получения информации о качестве металлизированных переходов может дать автоматизация испытаний.

Наибольшая эффективность достигается автоматизацией кон­троля и регистрации состояния цепей с металлизированными пере­ходами в течение всего периода испытаний, а также автоматизацией дозирования и смены видов воздействий на ДПП, т.е. заданием про­грамм испытаний.

Для контроля целостности цепей и регистрации разрывов не­посредственно во время термовоздействий на ДПП разработано специальное устройство контроля цепей. Это устройство обеспечи­вает непрерывное наблюдение одновременно за 180 цепями ДПП, помещенными в камерах тепла и холода, и позволяет регистриро­вать кратковременные и постоянные разрывы цепей. Разрывом счи­тается увеличение сопротивления цепи более 230 Ом при постоян­ном разрыве или 120 Ом при кратковременном разрыве цепи.

Для автоматизации испытаний ДПП на термоциклирование используется установка, в которой используется терморадиацион­ный нагрев плат и охлаждение потоком воздуха, продуваемого через рабочий объем камеры, что позволяет нагревать и охлаждать ДПП в автоматическом режиме.

Платы могут испытываться в интервале температур от ком­натной до +200°С. Время нагрева платы до предельной температуры 4 минуты, время охлаждения платы до комнатной температуры 7 минут. Циклы нагрева-охлаждения повторяются в зависимости от заданной программы, определяющей режим работы установки. Пре­дусмотрено три режима работы:

• нагрев платы до установленной температуры и выдержка заданное время;

• нагрев платы до установленной температуры, выдержка за­ данное время и охлаждение до комнатной температуры;

• автоматическое отключение нагрева платы и включение охлаждения в момент появления в испытуемой цепи разрыва и включение нагрева в момент восстановления цепи при ох­лаждении.

Последний режим, названный условно «самоциклы» автома­тически управляется характером поведения места отказа в цепи при термовоздействиях. Такое «самоциклирование» продолжается до тех пор, пока кратковременный разрыв связи, т.е. такой, когда связь восстанавливается (при определенной более низкой температуре), не перейдет в постоянный разрыв, т.е. когда связь не восстанавлива­ется при охлаждении до комнатной температуры.

Изучение характера изменения сопротивления цепи с метал­лизированными переходами в режиме самоциклирования на боль­шом числе плат позволило выявить особенности механизма пере­межающихся отказов сквозных и внутренних переходных отвер­стий, а также сделать вывод о возможности локализации кратковре­менных отказов с помощью устройства, работающего в режиме на­грева платы до температуры, несколько превышающей температуру разрыва цепи. Последняя определяется во время работы устройства в режиме самоциклов.

Разработана также установка испытания плат на термоцикли-рование, работающая на принципе конвекционного нагрева плат в воздушном пространстве между двумя горячими плитами, нагре­ваемыми распределенной системой электронагревателей. Охлажде­ние ДПП осуществляется выдвижением их из зоны нагрева и обду­вом воздухом из окружающей среды. В блоке управления имеется счетчик термоциклов, регистратор текущей и заданной температуры в камере. Блок регистрации разрывов в цепях испытуемых ДПП контролирует появление отказов и фиксирует отдельно кратковре­менные и отдельно постоянные разрывы, с указанием адреса цепи.

Устойчивость металлизированных переходов в ДПП к воздей­ствию термоударов эффективно исследовать на автоматизированной установке испытаний тепловыми ударами. Тепловые воздействия осуществляются с использованием иммерсионной теплопередачи в двух ваннах с кремнеорганической жидкостью. Цикл испытаний за­ключается в автоматическом перемещении платы из ванны с холод­ной жидкостью и погружения ее в ванну с горячей жидкостью - термоудар нагрева, далее перемещение платы из горячей ванны и погружение ее в ванну с холодной жидкостью - термоудар

охлажде­ния. Практически осуществляется пара термоударов.

Температурный диапазон горячей ванны задается программно в диапазоне от +20°С до +280°С, а холодной ванны 25±2°С. Время выдержки в горячей ванне можно задавать от 5 сек до 35 сек с ин­тервалом 5 сек, а в холодной ванне от 1 мин до 8 мин с интервалом 1 мин.

Время автоматического переноса из горячей ванны в холод­ную не более 16 сек.

Надежность ДПП.

В обеспечение высокой надежности печатных плат требуется особая программа обеспечения качества печатных связей как на этапе разработки конструкции и технологии, так и на этапе изготовления опытного образца и серийного производства. Необходимо по­стоянно проверять правильность принятого решения в части: плот­ности и геометрии проводников; плотности и геометрии переходов; размера ДПП; количества слоев; рисунка экранов; уровня техноло­гических проблем при выбранной плотности; требований к необхо­димым материалам и состояния их разработки и изготовления, воз­можности обеспечения; контроля качества ДПП в процессе изготов­ления или при сборке и эксплуатации; возможности создания такой же системы межсоединений (с эквивалентными электрическими и топологическими свойствами) при другой, более простой, конст­рукции и технологии изготовления; сведение до минимума расхода материалов и количества операций при изготовлении; технической реализуемости закладываемых допусков; выполняемости и степени обоснованности отступлений от требований стандартов; компетент­ности требований нормативных документов; какими средствами или методами обеспечивать установленные показатели технологичности и надежности; степени сложности в освоении технологии изготов­ления новых конструктивных решений; использования новой техно­логии; технологической базы предыдущих устройств; этапности пе­рехода на новую технологию; сравнение (процент выхода годных, процент отказов и т.д.) разных способов аппаратной реализации операций и определения степени критичности операций.

В конструкции связей используется много разнородных мате­риалов (медь, стекло, смола), а в технологии изготовления много процессов.

Многостороннее взаимодействие между материалами, процес­сами и внешними воздействиями влияет на надежность связей.

Обеспечение высокой надежности связей должно базировать­ся на определении физических и химических причин ненадежности. Требуется проводить анализ механизмов образования дефектов и отказов, их взаимовлияние и зависимость от конструкции, техноло­гии, условий испытаний и эксплуатации.

По результатам анализа необходимо формировать конкретны; конструктивно-технологические методы устранения или существен­ного уменьшения ненадежности. Сопоставление статистических данных о дефектах и отказах на разных этапах совершенствования конструкции, технологии и эксплуатации связей должно служи средством количественной оценки эффективности выбранных методов и средств нововведений.

Оценивать интенсивность отказов двухслойной печатной платы с металлизированными переходами (λдпп) можно с помощью модели, представленной в виде:

λдпп = Nсп · λсп + Nиз · λиз, где

Ncп - количество сквозных металлизированных отверстий;

λсп - интенсивность отказа перехода через металлизированное сквозное отверстие;

Nиз - количество изоляционных зазоров между проводниками;

λиз - интенсивность отказа изоляции между двумя проводни­ками.

Основной вклад в надежность ДПП вносят металлизирован­ные переходы и изоляционные зазоры. В радиоэлектронных устрой­ствах сложность печатных плат увеличивается. Соответственно рас­тет число структурных элементов, определяющих надежность. Для сохранения надежности ДПП на требуемом уровне необходимо зна­чительно увеличивать надежность каждого структурного элемента.

Высокая надежность двухслойных печатных плат может быть обеспечена путем: оптимизации конструкции; оптимизации процес­сов изготовления; жесткого контроля материалов и процессов; ис­пытания тест-свидетелей (тест-плат, тест-купонов); достоверной корреляцией надежности плат и результатов испытаний тест-свидетелей.

ТАБЛИЦА ДЛЯ ЗАПИСИ РЕЗУЛЬТАТОВ НАБЛЮДЕНИЙ

Номер образца	Номер опер. в техмаршруте	Наименование операции	Характ. признаки операции	Оборудование и материалы
1	20	Химическая и предварительная электрохимическая металлизация всей поверхности и отверстий	Заготовки должны иметь очищенные торцы. Чистая розовая поверхность без вмятин и царапин. Меднить электролитически. Поверхность заготовок должны быть полностью	Проточная двухкаскадная ванная, раствор кондиционера №231, палладий хлористый, олово двухпористое, натрий кислый сернокислый, натрий хлористый, кислота соляная, медь сернокислая, едкий натр, сегнетовая соль, формалин и стабилизатор
2	3	Получение рисунка схемы слоёв из СПФ	Слои должны быть розовые, без окислов, затёков, набросов. Изображение должно быть глянцевым, чётким, без смещения и потерь деталей изображения	Сушильная печь, микроскоп МБС-2, скальпель, эмаль НЦ-25, ацетон
3	6	Удаление СПФ	Рисунок должен быть чётким, без рваных краёв, отслоений, обрывов, подтравов. Геометрические размеры рисунка схемы должны соответствовать чертежу	Вытяжной шкаф, ацетон, тампон ваты, микроскоп МБС-2
4	5	Травление меди незащищенной олово-свинцом	Визуально не допускается наличие жировых загрязнений. Рисунок должен быть четким, без рваных краев, вздутий, отслоений, разрывов, протравов	Камера травления – медь хлорная, по металлу 75-170 г/л
5	28	Нанесение паяльной массы	Слой резиста должен быть равномерным, без посторонних включений. Не допускается непокрытие на рабочем поле платы	Установка сумки, ацетон, рабочий стол, установки трафаретной печати

ТАБЛИЦА ДЛЯ ЗАПИСИ РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ

Образец Л2-4 П1-20

	Ед. Изм.	Ширина площадки	Ширина проводника	Расстояние между площад-ками	Расстояние между проводни- ками	Расст-е между проводником и площадкой
Миним. величина	мкм	81	19	85	130	96
Максим. величина	мкм	118	20	240	525	97