lec13 Технологические операции изгот ПП (Лекции проф Давыдова УГГИ), страница 4

Прокладочная стеклоткань, которая поступает на сборку па­кетов МПП, должна содержать 45-52% термореактивной эпоксидной 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. 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 по углам и через каждые 100-150 мм по перимет­ру плиты. Температурный ре­жим прессования платы предусматривает нагрев пакета до температуры 150-180 °С, удаление летучих ком­понентов смолы по мере расплавления и смачивания слоев пакета, полимеризацию и затвердевание смолы, охлаждение пакета до 30-40 °С. При нагреве пакета для обеспече­ния теплопередачи необходимо предварительное его сжатие и плотное прилегание пресс-формы к плитам пресса. Для этого уста­навливают первоначальное давление (100-300 кПа), которое препятствует удалению летучих компонентов смолы из прокладочной стеклоткани. Высокое давление прессования долж­но быть создано до начала затвердевания смолы в момент жела­тинизации, когда смола перестает течь и вязкость ее нарастает. Приложение высокого давления (1-4 МПа) до момента желатинизации приводит к выдавливанию большого количества жидкой смолы и ухудшению сцепления слоев. Приложение давления после момен­та желатинизации, перешедшей в твердое состояние, приводит к растрескиванию и образованию пустот, ухудшающих связь между слоями. Для объективного контроля момента желатинизации измеряют объемное сопротивление изоляции склеивающих прокладок. Под воздействием температуры по мере разжижения связывающего ве­щества объемное сопротивление падает, достигая минимального значения в момент начала же­латинизации, а затем по мере отверждения связывающего 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.

Для прессования МПП применяют гидравлические прессы, оборудованные системами нагре­ва и охлаждения плит и устройствами для регулирования технологических режимов. Прессы обеспечивают плоскост­ность и параллельность плит в пределах 0,1 мм, точность поддержания тем­пературы на их плоскости ±3 °С, давления ±3°/о. Для повышения производительности прессования промышлен­ностью выпускаются автоматические линии. Процессы изготовления МПП по­дробно рассмотрены в специальной литературе.

Покрытия и маски для наружных слоев ПП выполняются для защиты медных печатные проводников от окисления, для формирования паяльных масок, для создания износоустойчивых соединителей непосредственного контактирования.

Защитное покрытие печатных проводников серебром в настоящее время не применяется. У серебра обнаружено неприятной свойство: в условиях повышенной влажности под действием электрического поля происходит рост кристаллов-дендритов по поверхности и в глубину изоляционного основания печатной платы, что приводит к уменьшению электрической прочности изоляции.

Введение в конструкцию ПП паяльной маски является необходимым условием, т.к. обычная стеклоэпоксидная основа печатных плат не обладает достаточной теплостойкостью при температурах пайки (220-240 ^оС), и без паяльной маски за время, необходимое для проведения пайки, может происходить поверхностная деструкция материала диэлектрика. По методу формирования рисунка паяльные маски делятся на два типа:

1) Паяльные маски, рисунок которых формируется методом трафаретной печати. Как правило, это составы на эпоксидной основе, отверждаемые термически или ультрафиолетовым (УФ) излучением. При относительной дешевизне их недостатком является низкая разрешающая способность и необходимость использования сеткографического трафарета.

2) Паяльные маски, рисунок которых формируется фотолитографическим методом (фоторезистивные маски). Способ позволяет формировать маски любой сложности и в последнее время получил наибольшее распространение. Для этих целей применяются сухие и жидкие фоторезистивные материалы. Размеры окон в маске на платах 3-го и более высоких классов точности должны превышать размеры контактных площадок на величину от 0,05 до 0,1 мм.

Припой на контактные площадки наносится либо электроосаждением (с последующим оплавлением для снятия пористости осажденного металла) либо непосредственно окунанием платы, защищенной маской, в расплавленный припой. Применяются и другие варианты покрытий, обеспечивающие хорошую паяемость:

а) Иммерсионная или химическая металлизация золотом, серебром, палладием. Применяется в ПП для аппаратуры ответственного назначения. Иммерсионный слой металла имеет способность самоограничения при росте и обычно очень тонкий (0,05-0,2 мкм).

б) Органические покрытия, связанные с обработкой меди (составы на основе бензимидазола или имидазола).

Если на плате имеются контакты электрического соединителя непосредственного контактирования, на эти контакты должно наноситься покрытие, дающее стабильное низкое переходное сопротивление и обладающее высокой износоустойчивостью. В таких случаях применяется многослойное покрытие, в верхнем слое которого наносится золото или палладий. Толщина слоя от 0,5 до 2 мкм. Для подслоя золота обычно используют никель, что предохраняет медь от миграции через пористый золотой слой на поверхность.

Контроль и испытания плат. Технологический процесс изготовления плат, особенно много­слойных, состоит из большого числа операций, при выполнении которых возникают неучтенные 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 и стандартов. На повышение качества влияют: 1) входной контроль исходных материалов; 2) соблюдение режи­мов и последовательности операций процесса производства; 3) использование автоматизированного технологического оборудования со средствами активного контроля; 4) организация пооперационного и выходного контроля; 5) проведе­ние испытаний.

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. На этих операциях стремятся использовать автоматизированное технологическое оборудование с системами управления и контроля.

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 характерные дефекты, имеющие место при изготовлении ПП.

Расслоение многослойной структуры возникает при использо­вании склеивающих прокладок с просроченным сроком годности или низким содержанием смолы, при некачественной подготовке сло­ев перед прессованием, при нарушении режимов прессования или механической обработки контура.

Теми же причинами вызывается отслоение элементов печатного монтажа. Вероятность его увеличивается при применения узких и длинных печатных проводников, занижения размеров контактных площадок по отношению к раз­мерам просверленных отверстий. Дефект может устраняться подклеиванием.

Выход отверстий за пределы контактных площадок наблюда­ется из-за недостаточной точности 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 или при прессовании полное давление прикладывается раньше начала желатинизации клея. Дефект не устраняется.

Коробление плат вызывается несбалансированностью конст­рукции ПП, неоднородностью склеивающего материала, снятием заготовок с пресса до полного 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.

Разрыв токопроводящих цепей обусловливается подтравливанием печатных проводников, наличием глубоких царапин на поверхности исходного материала, возникно­вением внутренних напряжений при прессовании, некачественной подготовкой поверхности отверстий перед металлизацией.

Геометрические характеристики ПП - толщина, диаметр от­верстий, расстояние между их центрами, величина коробления, га­баритные размеры и смещение отверстий относительно центра контролируются с помощью инструментов для измерения линейных размеров. Погрешности формы элементов рисунка ПП определяются визуально при (10, 20)-кратном стереоскопическом увеличении.

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. Экспрессную проверку качества металлизации проводят по калибровочным графикам измерением омического сопротивления контактного перехода при подаче тока 1 А. Границей качествен­ного и некачественного соединений является значение 500 мкОм, которое уточняется для каждого монтажного перехода.

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 автоматических 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. На каждую проверяемую цепь подается сигнал 5-12 В, ре­зультат измерения сравнивается с эталонным, и на основании этого сравнения определяется годность цепи. Снабжение блока опроса высоковольтным источником (150-1500 В) позволяет контролировать электрическую прочность изоляции.

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.) паяемости контактных площадок и металлизированных отверстий, а также их устойчивости к перепайкам.