Схемы сечений многослойных печатных плат

Вид платы	Схема сечения платы	Обозначения
С выступаюшими выводами		1 - колодка, 2 - полоски фольги, 3 - проводяший рисунок, 4 - диэлектрическая прокладка
С открытыми контактными площадками		1 - диэлектрическая прокладка, 2 - контактная полощадка, 3 - проводящий рисунок
С межслойным соединением объемной детально (штифтом)		1 - диэлектрическая прокладка, 2 - проводящий рисунок, 3 - контактная площадка, 4 - штифт
С послойным наращиванием рисунка		1 - металлизированный переход, 2 - диэлектрическая прокладка, 3 - проводящий рисунок
С попарным соединением слоев		1,3 - металлизированное отверстие ПП, 2 - печатная плата, 4 - склеивающая прокладка, 5 - проводящий рисунок
Со сквозными металлизированными отверстиями		1 - проводящий слой, 2 - диэлектрическая прокладка, 3 - металлизированное отверстие

включает гидроабразивную очистку, подтравливание диэлектрика и ультра­звуковую промывку для удаления продуктов химических реакций и остатков кислот. Операцию проводят на автоматизированной ав­тооператорной линии, обеспечивающей высокое качество и без­опасные условия труда. Контроль качества подтравливания произ­водится с помощью микроскопа МБС путем выборочного осмотра группы отверстий.

Внутренние слои МПП, выполненные на тонком одностороннем фольгированном диэлектрике, после стравливания медного покры­тия склонны к линейной деформации. Поэтому базовые отверстия на технологическом поле заготовок пробивают после операции травления меди, ориентируясь на специальные реперные знаки. Установка для пробивки базовых отверстий АРСМЗ. III.000 обес­печивает точность положения центра любого отверстия относи­тельно центра базового реперного знака ±0,05 мм на поле 560×560 мм с производительностью 60 шт./ч.

Процесс прессования является одной из важнейших операций изготовления различных видов МПП, которая обеспечивает каче­ство изделий. Монолитность структуры и точность ее элементов обеспечиваются качеством прокладочной стеклоткани, тщательно­стью подготовки слоев, совершенством технологической оснастки и строгим поддержанием режимов прессования.

Рис. 5.17. Схема сборки пакета для прессо­вания МПП: 1, 15—верхняя и нижняя плиты с обогревом и водяным охлаждением; 2, 14— верхняя и ниж­няя плиты пресс-формы; 3, S, 7, 9, II, 13—лист триацетатной пленки: 4, 12—шесть листов ка­бельной бумаги; 6, 10 — прокладочный лист из нержавеющей стали; 8 — прессуемые заготовки

Прокладочная стеклоткань, которая поступает на сборку па­кетов МПП, должна содер

жать 45...52% термореактивной эпо-ксидной смолы с отвердителем, находящейся в состоянии неполной полимеризации. Процентное содержание смолы, растворителя и летучей фракции проверяется при использовании новой пар­тии и через каждые 5 дней применения по методикам, приведен­ным в ТУ на прокладочную стеклоткань. Одновременно при по­ступлении нового материала проводятся опытные запрессовки на технологических платах и контроль их качества при термических испытаниях (нагрев до 120 °С и выдержка в течение 1 ч, термо­удар при температуре 260 °С в течение 10 с).

Прессование МПП проводят в специальной пресс-форме с плоско-параллельными плитами, обеспечивающей точное совмещение и фиксацию слоев с помощью направляющих штырей,

Рис. 9.18. Характер изменения температуры (1), давления (2) и объемного электрического сопротивления смолы (3) при прессовании МПП

Рис. 9.19. Номограмма определения режимов прессования

рас­положенных по углам, и через каждые 100... 150 мм по перимет­ру плиты. Для равномерного прогрева прессуемого пакета и вы­равнивания его по толщине с двух сторон пресс-формы заклады­ваются выравнивающие подушки (рис. 5.17). Температурный ре­жим прессования платы (кривая 1 на рис. 5.18) предусматривает нагрев пакета до температуры 150... 180 °С, удаление летучих ком­понентов смолы по мере расплавления и смачивания слоев пакета (участок а₁—b₁), переход смолы в состояние желатинизации (b₁ — d₁), полимеризацию и затвердевание смолы (участок d₁ —l₁), охлаждение пакета до 30...40 °C (участок /1—61). С температурой тесно взаимосвязано давление. При нагреве пакета для обеспече­ния теплопередачи необходимо предварительное его сжатие и плотное прилегание пресс-формы к плитам пресса. Для этого уста­навливают первоначальное давление Pi (100...300 кПа), которое также препятствует удалению летучих компонентов смолы из прокладочной стеклоткани. Высокое давление прессования долж­но быть создано до начала затвердевания смолы в момент жела­тинизации (точка c ₁ на участке bi—di), когда смола перестает течь и вязкость ее нарастает. Приложение высокого давления (1...4 МПа) до момента желатинизации (точка tp на рис. 5.18) приводит к выдавливанию большого количества жидкой смолы и ухудшению сцепления слоев. Приложение давления после момен­та желатинизации (точка tn на рис. 5.18) вызывает дробление смолы, перешедшей в твердое состояние, и образование пустот, также ухудшающих связь между слоями. Для объективного контроля момента желатинизации измеряют объемное сопротивление изоляции склеивающих прокладок. Анализ показывает, что под воздействием температуры по мере разжижения

связывающего ве­щества объемное сопротивление резко падает (кривая 3 на рис. 5.18), достигая минимального значения в момент начала же­латинизации, а затем по мере отверждения связы

вающего веще­ства увеличивается. Регистрация объемного сопротивления прово­дится датчиком, который изготавливается на технологических полях заготовок из фольги методом травления.

При сборке паке­та МПП слои располагают таким образом, чтобы электроды были обращены друг к другу, а между ними помещалась склеивающая прокладка. Использование датчиков контроля объемного сопро­тивления изоляции склеивающих прокладок создает возможности для автоматизации процесса прессования.

Определение требуемого давления Р производится по номо­грамме (рис. 5.19) в зависимости от растворимости и содержания смолы. Для этого параллельно осям ординат и абсцисс из

Рис. 5.20. Схема технологического процесса изготовления МПП с металлизацией сквозных

отверстий

точек, соответствующих исходным характеристикам прокладочной стек­лоткани, проводят прямые линии до их пересечения. Из точки пе­ресечения опускают перпендикуляр на прямую линию номограммы и из точки пересечения проводят горизонтальную прямую до оси ординат. Пересечение соответствует удельному давлению второй ступени Рг. Время прессования на этом этапе не является критич­ным, и его устанавливают в интервале 10...12 мин на 1 мм тол­щины пакета, но не менее 40 мин.

Для прессования МПП применяют специализированные много­ярусные гидравлические прессы, оборудованные системами нагре­ва и охлаждения плит и устройствами для регулирования поддер­жания технологических режимов. Прессы обеспечивают плоскост­ность и параллельность плит в пределах 0,1 мм, время нагрева плит до рабочей температуры 20 мин и точность поддержания тем­пературы на их плоскости ±3°С, давления ±3°/о.

Для повышения производительности прессования промышлен­ностью выпускаются автоматические линии (например, модель S75 MRT —372C-X-X-G фирмы Pasadena Hydraulics, США). При автоматическом прессовании по заданной программе пресс-формы с обрабатываемыми пакетами МПП с помощью пневматиче­ского автооператора перемещаются из позиции загрузки в нагретые плиты гидравлического пресса. Плиты сжимают пакеты в пресс-формах при низком давлении в течение заданного времени, а затем автоматически переключаются на высокое давление. В позицию загрузки устанавливается следующая партия пресс-форм. После выдержки заданного таймером времени полимери­зации связующей смолы в пакетах МПП горячие и холодные пли­ты размыкаются, и автооператор перемещает прощедшие стадию полимеризации пакеты из горячих плит пресса в холодные для их остывания при заданном давлении. Одновременно на позицию прессования подается следующая пресс-форма из позиции загруз­ки, после чего плиты зажимаются и цикл повторяется.

Схема типового ТП изготовления МПП с металлизацией сквоз­ных отверстий приведена на рис. 5.20. Процессы изготовления МПП по другим конструктивно-технологическим вариантам по­дробно рассмотрены в специальной литературе [9, 31, 34].

5.11. КОНТРОЛЬ И ИСПЫТАНИЯ ПЛАТ

Технологический процесс изготовления плат, особенно много­слойных, состоит из большого числа сложных и взаимосвязанных операций, при выполнении которых возникают неучтенные и труднопредсказуемые возмущения, приводящие к отклонениям выход­ных параметров от номинальных. Контроль и испытание ПП пред­назначены для определения качества изготовленных изделий, под которым понимают степень их соответствия требованиям чертежа, технических условий, отраслевых и государственных стандартов. На повышение качества влияют: 1) входной контроль исходных материалов и технологических сред; 2) строгое соблюдение режи­мов и последовательности операций процесса производства; 3) ис­пользование автоматизированного технологического оборудования со встроенными средствами активного контроля; 4) организация объективного пооперационного и выходного контроля; 5) проведе­ние испытаний; 6) организация системы управления качеством.

Входному контролю подвергается каждая партия поступающе­го на производство диэлектрика, фоторезиста, трафаретной печат­ной краски. Особое внимание уделяется технологическим свойст­вам материалов. Проверяются и постоянно корректируются электрофизические и химические параметры используемых техно­логических сред на операциях травления, металлизации.

Операционный контроль качества проводится после наиболее ответственных технологических операций. Число контрольных то­чек определяется совершенством и стабильностью процесса. Тща­тельно проверяется качество фотошаблонов и сетчатых трафаре­тов, монтажных отверстий, межслойных соединений и спрессован­ных слоев МПП. На этих операциях стремятся использовать автоматизированное технологическое оборудование с системами управления и контроля. Высокая надежность операционного конт­роля сводит к минимуму число дефектных изделий на выходном контроле.

Основными видами выходного контроля ПП являются: 1) конт­роль внешнего вида; 2) инструментальный контроль геометриче­ских параметров и оценка точности выполнения отдельных эле­ментов, совмещения слоев; 3) проверка металлизации отверстий и их устойчивости к токовой нагрузке; 4) определение целостности токопроводящих цепей и сопротивления изоляции.

Рассмотрим некоторые характерные дефекты, имеющие место при изготовлении ПП, и причины их возникновения.

Расслоение многослойной структуры возникает при использо­вании склеивающих прокладок с просроченным сроком годности или низким содержанием смолы, некачественной подготовке сло­ев перед прессованием, нарушении режимов прессования или ме­ханической обработке контура. Незначительное расслоение платы по углам может быть устранено эпоксидным клеем.

Отслоение элементов печатного монтажа вызывается теми же причинами, что и предыдущий вид дефекта. Оно также происходит вследствие применения узких и длинных печатных проводников, занижения размеров контактных площадок по отношению к раз­мерам просверленных отверстий. Дефект легко устраняется подклеиванием.

Выход отверстий за пределы контактных площадок наблюда­ется из-за недостаточной точности используемого оборудования и технологической оснастки, смещения слоев при прессовании, де­формации диэлектрических оснований и неправильного базирова­ния ПП при выполнении отверстий. Дефект практически не уст­раняется.

Вздутие происходит, если между слоями остались воздух или влага, при прессовании полное давление прикладывается раньше начала желатинизации клея, и оно неравномерно распределяется по площади платы. Дефект не устраняется.

Коробление плат вызывается несбалансированностью конст­рукции ПП, неоднородностью склеивающего материала, снятием заготовок с пресса до прлного охлаждения плит. Уменьшить ко­робление можно терморихтовкой.

Короткие замыкания между элементами печатного монтажа могут быть вызваны некачественным травлением, смещением сло­ев при прессовании, малыми расстояниями между элементами пе­чатного монтажа, попаданием посторонних металлических вклю­чений между слоями МПП при сборке. Дефекты легко устраняют­ся на наружных слоях МПП, а на внутренних их устранить технически почти невозможно.

Разрыв токопроводящих цепей обусловливается следующими причинами: подтравливанием печатных проводников, наличием глубоких царапин на поверхности исходного материала, возникно­вением внутренних напряжений при прессовании, некачественной подготовкой поверхности отверстий перед металлизацией. Устра­нить такие дефекты сложно, а на внутренних слоях практически невозможно. Несовмещение слоев при прессовании МПП вызыва­ется избыточным давлением, непараллельностью плит пресса. Де­фект не устраняется.

Геометрические характеристики ПП—толщина, диаметр от­верстий, расстояние между их центрами, величина коробления, га­баритные размеры и смещение отверстий относительно центра— контролируются с помощью стандартизованных инструментов для измерения линейных размеров. Погрешности формы элементов рисунка ПП определяются визуально с помощью проектора при (10, 20)-кратном стереоскопическом увеличении. К таким прибо­рам относятся КПП-1(СССР), VS/4 фирмы Vision Engineering (Великобритания) и др.

Проверку металлизации монтажных отверстий проводят разру­шающим или неразрушающим методом. При разрушающем мето­де изготавливают микрошлиф и по нему определяют толщину слоя, равномерность распределения металлизации, структуру по­крытия, его пористость, наличие трещин, качество срастания с элементами печатного монтажа. Но длительность приготовления образцов ограничивает применение этого метода этапом отработки ТП. Экспрессную проверку качества металлизации проводят из­мерением омического сопротивления контактного перехода при подаче тока 1 А (рис. 9.21,а). Калибровочный график и экспери­5ентальные результаты изменения сопротивления от толщины слоя металлизации приведены на рис. 5.21,6. Границей качествен­ного и некачественного соединений является значение 500 мкОм, которое уточняется для каждого монтажного перехода. Разрабо­танное программируемое

Рис. 9.21. Схема четырехзондового метода контактирования при измерении сопро­тивления металлизированного перехода (а) и зависимость сопротивления от тол­щины слоя металлизации отверстия в МПП толщиной 2 мм (б): I-сопротивление отверстий с трещиной 0,7 мм на половину окружности; 2-теоретическая кривая; 3- токовые электроды; 4- электроды напряжения

оборудование позволяет измерять сопро­тивление в диапазоне 40...2000 мкОм с точностью ±1%. Время контроля одного отверстия составляет 1 с.

Проверка устойчивости соединений к токовым нагрузкам осу­ществляется на основе многочасовой работы металлизированных отверстий под током 1...3 А. Ослабленные соединения выгорают или в них увеличивается температура, изменение которой эффек­тивно и с высокой точностью контролируется тепловизионными системами.

Целостность токопроводящих цепей и сопротивление изоляции между проводниками проверяются электрическим методом на автематических тестерах с числовым программным управлением. Печатная плата при помощи контактного устройства соединяется на входе через коммутатор с блоком опроса, а на выходе—с из­мерительным устройством. Контактное устройство представляет собой матрицу из иглообразных подпружиненных контактов, рас­положенных в узлах координатной сетки и прижатых к плате с усилием. В соответствии с записанной на перфоленте информаци­ей на каждую проверяемую цепь подается сигнал 5...12 В. Ре­зультат измерения сравнивается с эталонным, записанным в па­мяти микроЭВМ, и на основании этого сравнения определяется годность цепи. Информация о цепях, не соответствующих установ­ленным требованиям, выдается на цифропечатающее устройство. Снабжение блока опроса высоковольтным источником (150...... 1500 В) позволяет контролировать электрическую прочность изоляции. Максимальная скорость контроля на одну цепь состав­ляет 400 нс. Примером таких тестеров служат установки УКИП-01 и УКПМ-2 (СССР), модель 834 фирмы DIT-MCO (США), модель МРРЗООО фирмы Mania (ФРГ) и др.

Испытания ПП и МПП позволяют в условиях климатических и электрических воздействий оценить их соответствие техническим требованиям, предъявляемым к аппаратуре, и установить скрытые дефекты. Они разделяются на приемосдаточные, периодические и типовые.

Приемосдаточные испытания проводятся партиями не более 1000... 1200 шт., изготовленными по одной конструкторской и техно­логической документации, и включают: 1) стопроцентный контроль габаритных и установочных размеров, внешнего вида диэлектри­ческого основания и проводящего рисунка на соответствие конст­рукторской документации, величины изгиба и скручивания, пра­вильности монтажных соединений на отсутствие обрывов и корот­ких замыканий; 2) выборочную проверку (3% от партии, но не менее 3 шт.) сопротивления изоляции в нормальных климатиче­ских условиях при ручном контроле и стопроцентную проверку при автоматизированном; 3) выборочный контроль (1—2 платы от ежедневной выработки) толщины металлизации в отверстиях; 4) выборочную проверку (3% от партии, но не менее 3 шт.) паяе-мости контактных площадок и металлизированных отверстий, а также их устойчивости к перепайкам.

Периодические испытания ПП и МПП проводятся с целью под­тверждения их эксплуатационных характеристик, правильности выполнения ТП и соответствия конструкторской документации не реже одного раза в шесть месяцев. Для контроля случайным об­разом выбираются платы, прошедшие приемосдаточные испыта­ния в количестве: 5 плат при опытном и мелкосерийном производ­стве и 10 плат при серийном производстве. В объем испытаний входят: 1) многократные изгибы ГПП и ГПК (ГПП должны вы­держивать 5-кратный цикл изгибов радиусом 10±0,5 мм, а ГПК—150-кратный цикл изгибов радиусом 3±'0,5 мм на 90° в обе сто­роны от исходного положения); 2) перепайка (5—10) отверстий и (5—10) контактных площадок, проверка паяемости (1—2 платы); 3) проверка омического сопротивления металлизированных отвер­стий (3 шт.) и их устойчивости к кратковременной токовой пере­грузке; 4) проверка в нормальных климатических условиях це­лостности электрических цепей и сопротивления изоляции (но не менее чем на 5 парах проводников, в том числе цепей питания); 5) контроль внешнего вида, целостности соединений и сопротив­ления изоляции после воздействия климатических факторов, уста­навливаемых в зависимости от группы жесткости испытаний по соответствующему стандарту.

Типовые испытания проводятся для определения эффективно­сти внесенных изменений в конструкцию и технологию ПП. Прог­рамма испытаний составляется предприятием, изготавливающим ПП, и согласовывается с разработчиком.