Выпуск #2/2015
Э.Сахно, И.Дорощенко
Испытания печатных плат электронной аппаратуры по гармонизированным стандартам
Испытания печатных плат электронной аппаратуры по гармонизированным стандартам
Просмотры: 1083
Результаты анализа методов испытаний, изложенных в гармонизированных стандартах в части оценки качества слоя металлизации в отверстиях, показавшие отсутствие возможности выявления дефектов в этом слое, поскольку предусматривают менее жесткие, чем требуются, условия испытаний печатных плат
Теги: harmonized standards testing routine via metal coating гармонизированные стандарты металлизация отверстий методика испытаний
Порядок испытаний
При испытании изделий преследуют цель выявить некачественное изделие с отклонением его параметров от значений, заданных техническими требованиями, техническими условиями или стандартами.
Так, согласно [1], печатные платы подвергаются приемо-сдаточным, периодическим и типовым испытаниям.
Приемо-сдаточными называются испытания, по результатам которых делается заключение о возможности приемки партии изделий. За партию принимают изделия, изготовленные в ограниченный период времени по единой технологической документации. Иногда к приемке предъявляют партию изделий в объеме сменной выработки. Количество изделий в партии, порядок их комплектования и предъявления устанавливает предприятие-изготовитель по согласованию с заказчиком.
Для ПП объем выборки и последовательность приемо-сдаточных испытаний (ПСИ) указаны в [1]. Одним из показателей, проверяемых в ходе ПСИ, является толщина слоя меди в отверстии. Повышенное внимание к этому параметру объясняется тем, что в процессе эксплуатации ПП в составе аппаратуры металлизация отверстия подвергается переменным во времени термомеханическим напряжениям, вызванным разностью температурных коэффициентов расширения меди и диэлектрического основания [2]. Устойчивость к термомеханическим нагрузкам обеспечивается нужной толщиной и пластичностью слоя металлизации. В [1] устанавливается средняя толщина слоя меди в отверстии: не менее 0,025 мм для многослойных ПП и 0,020 мм – для двусторонних. При ПСИ по согласованию с заказчиком могут быть установлены следующие уровни контроля: нормальный, усиленный или облегченный.
Испытания обычно начинаются с нормального уровня. Если показатель уровня качества по итогам приемки за отчетный период снизился по сравнению с предыдущим отчетным периодом на 0,1% и более, то уровень контроля меняется на усиленный.
Переход от усиленного уровня контроля к нормальному следует осуществлять только в том случае, если показатель уровня качества достиг или превысил значение, при котором ранее велась приемка по нормальному уровню.
От нормального уровня контроля к облегченному следует переходить, если выполнены следующие условия: показатель качества оставался стабильным в течение трех отчетных периодов или имел тенденцию к повышению при приемке по нормальному уровню; технологический процесс стабилен и не было зарегистрировано его нарушений.
Условия перехода от облегченного контроля к нормальному заключаются в следующем: показатель уровня качества по итогам приемки за отчетный период снизился по сравнению с предыдущим отчетным периодом на 0,1% и более или было зарегистрировано нарушение технологического процесса.
Периодические испытания (ПИ) печатных плат проводятся не реже одного раза в шесть месяцев с целью периодического контроля качества и стабильности технологического процесса их изготовления. Объем и последовательность ПИ приведены в [1]. Периодическим испытаниям подвергают ПП, прошедшие ПСИ. ПИ в опытном и мелкосерийном производстве проводят на пяти платах, в серийном и крупносерийном производстве – на десяти платах независимо от изготавливаемого количества.
Методика испытаний
В перечень показателей, которые проверяются при периодических испытаниях ПП, входит проверка устойчивости металлизированных отверстий к токовой нагрузке. Данный вид проверки включен в список требований как в [1], так и в [3, 4], но методика проверки в указанных документах различается.
В [1] проверку устойчивости металлизированных отверстий к кратковременной токовой нагрузке рекомендуется проводить, пропуская в течение 3 с постоянный или переменный ток в соответствии с табл. 1 на 8–10 отверстиях наименьшего диаметра. Значение испытательного тока, указанное в табл. 1, вычисляется по формуле (1) и округляется до целого числа.
І = j · π · d · l, (1)
где: j = 600 А/мм 2 – рекомендуемая в [1] плотность тока, подаваемого на слой металлизации;
π = 3,14 – константа;
d – диаметр отверстия, мм;
l – минимальная толщина слоя меди в отверстии, мм; рекомендуется согласно [1] для двусторонних ПП – 0,020 мм, для многослойных – 0,025 мм.
Перед началом и по окончании испытаний измеряют сопротивление испытуемого отверстия четырехзондовым методом. Сопротивление отверстий определяется как среднее арифметическое значение трех измерений. Измерительный ток при замере сопротивления отверстия четырехзондовым методом не должен превышать 1А. Результат повторного измерения после пропускания испытательного тока не должен отличаться от первого измерения более чем на 30%. Погрешность измерения не должна превышать 20%. После проведения испытаний металлизированных отверстий на устойчивость к токовой нагрузке отверстия и контактные площадки не должны иметь подгаров, отслоений, изменения цвета поверхности. Побеление диэлектрика вокруг контактных площадок также не допускается.
В [3] и [4] рекомендуется оценивать способность слоя металлизации в отверстиях выдерживать установленный испытательный ток в течение 30 с. Значение испытательного тока не зависит от типа ПП, а зависит только от диаметра отверстия; в документе приводится дискретный ряд диаметров с нарастающим шагом. В табл. 2 для сведения указана расчетная плотность тока в слое металлизации для двусторонней ПП, вычисленная по формуле (1) при минимальной толщине слоя металлизации 0,020 мм.
Для удобства сравнения предлагаемых методик в табл. 3 указаны значения испытательного тока для двусторонних печатных плат.
Оценка испытаний
Для оценки возможностей каждой методики по выявлению некачественных отверстий по критерию толщины слоя металлизации были проведены теоретические расчеты, основанные на анализе теплофизических процессов, протекающих в слое металлизации и окружающем пространстве. Они показали, что при использовании методики [1] величина перегрева слоя металлизации при заниженной толщине (менее 0,010 мм) достигает критических величин, превышающих температуру плавления меди, в то время как по методикам [3, 4] температура перегрева не превышает 250°С.
Чтобы убедиться в корректности теоретических расчетов, были изготовлены печатные платы в количестве 18 штук. Их разделили на три группы по шесть плат; толщина слоя металлизации в каждой из групп составляла 0,005 мм, 0,010 мм и 0,015 мм при диаметре отверстия 0,6 мм. Каждая группа делилась пополам и испытывалась по методикам, изложенным в [1] и [3, 4]. Результаты испытаний приведены в табл. 4.
Вывод
На основании выполненных теоретических расчетов и проведенных экспериментов можно утверждать, что методика испытаний устойчивости металлизированных отверстий к кратковременной токовой нагрузке, изложенная в [1], позволяет выявлять отверстия с заниженной толщиной слоя металлизации. Методики в [3] и [4] не дают возможности обнаружить такие дефекты, поскольку предусматривают менее жесткие условия испытаний слоя металлизации в отверстиях печатных плат. Поэтому при разработке нового варианта общих технических условий нужно сохранить параметры испытаний металлизации в отверстиях ПП, указанные в [1], а также другие показатели и методики, не утратившие своей актуальности. Остальные параметры рекомендуется использовать из гармонизированных стандартов. Кроме того, ПП для бытовой аппаратуры можно смело испытывать по гармонизированным стандартам.
Литература
1.ГОСТ 23752–79 Платы печатные. Общие технические условия.
2.Медведев А. М. Надежность и контроль качества печатного монтажа. – М.: Радио и связь, 1986, с. 28.
3.ГОСТ 23752.1–92 Платы печатные. Методы испытаний.
4.ГОСТ Р 55744–2013 Платы печатные. Методы испытаний физических параметров.
При испытании изделий преследуют цель выявить некачественное изделие с отклонением его параметров от значений, заданных техническими требованиями, техническими условиями или стандартами.
Так, согласно [1], печатные платы подвергаются приемо-сдаточным, периодическим и типовым испытаниям.
Приемо-сдаточными называются испытания, по результатам которых делается заключение о возможности приемки партии изделий. За партию принимают изделия, изготовленные в ограниченный период времени по единой технологической документации. Иногда к приемке предъявляют партию изделий в объеме сменной выработки. Количество изделий в партии, порядок их комплектования и предъявления устанавливает предприятие-изготовитель по согласованию с заказчиком.
Для ПП объем выборки и последовательность приемо-сдаточных испытаний (ПСИ) указаны в [1]. Одним из показателей, проверяемых в ходе ПСИ, является толщина слоя меди в отверстии. Повышенное внимание к этому параметру объясняется тем, что в процессе эксплуатации ПП в составе аппаратуры металлизация отверстия подвергается переменным во времени термомеханическим напряжениям, вызванным разностью температурных коэффициентов расширения меди и диэлектрического основания [2]. Устойчивость к термомеханическим нагрузкам обеспечивается нужной толщиной и пластичностью слоя металлизации. В [1] устанавливается средняя толщина слоя меди в отверстии: не менее 0,025 мм для многослойных ПП и 0,020 мм – для двусторонних. При ПСИ по согласованию с заказчиком могут быть установлены следующие уровни контроля: нормальный, усиленный или облегченный.
Испытания обычно начинаются с нормального уровня. Если показатель уровня качества по итогам приемки за отчетный период снизился по сравнению с предыдущим отчетным периодом на 0,1% и более, то уровень контроля меняется на усиленный.
Переход от усиленного уровня контроля к нормальному следует осуществлять только в том случае, если показатель уровня качества достиг или превысил значение, при котором ранее велась приемка по нормальному уровню.
От нормального уровня контроля к облегченному следует переходить, если выполнены следующие условия: показатель качества оставался стабильным в течение трех отчетных периодов или имел тенденцию к повышению при приемке по нормальному уровню; технологический процесс стабилен и не было зарегистрировано его нарушений.
Условия перехода от облегченного контроля к нормальному заключаются в следующем: показатель уровня качества по итогам приемки за отчетный период снизился по сравнению с предыдущим отчетным периодом на 0,1% и более или было зарегистрировано нарушение технологического процесса.
Периодические испытания (ПИ) печатных плат проводятся не реже одного раза в шесть месяцев с целью периодического контроля качества и стабильности технологического процесса их изготовления. Объем и последовательность ПИ приведены в [1]. Периодическим испытаниям подвергают ПП, прошедшие ПСИ. ПИ в опытном и мелкосерийном производстве проводят на пяти платах, в серийном и крупносерийном производстве – на десяти платах независимо от изготавливаемого количества.
Методика испытаний
В перечень показателей, которые проверяются при периодических испытаниях ПП, входит проверка устойчивости металлизированных отверстий к токовой нагрузке. Данный вид проверки включен в список требований как в [1], так и в [3, 4], но методика проверки в указанных документах различается.
В [1] проверку устойчивости металлизированных отверстий к кратковременной токовой нагрузке рекомендуется проводить, пропуская в течение 3 с постоянный или переменный ток в соответствии с табл. 1 на 8–10 отверстиях наименьшего диаметра. Значение испытательного тока, указанное в табл. 1, вычисляется по формуле (1) и округляется до целого числа.
І = j · π · d · l, (1)
где: j = 600 А/мм 2 – рекомендуемая в [1] плотность тока, подаваемого на слой металлизации;
π = 3,14 – константа;
d – диаметр отверстия, мм;
l – минимальная толщина слоя меди в отверстии, мм; рекомендуется согласно [1] для двусторонних ПП – 0,020 мм, для многослойных – 0,025 мм.
Перед началом и по окончании испытаний измеряют сопротивление испытуемого отверстия четырехзондовым методом. Сопротивление отверстий определяется как среднее арифметическое значение трех измерений. Измерительный ток при замере сопротивления отверстия четырехзондовым методом не должен превышать 1А. Результат повторного измерения после пропускания испытательного тока не должен отличаться от первого измерения более чем на 30%. Погрешность измерения не должна превышать 20%. После проведения испытаний металлизированных отверстий на устойчивость к токовой нагрузке отверстия и контактные площадки не должны иметь подгаров, отслоений, изменения цвета поверхности. Побеление диэлектрика вокруг контактных площадок также не допускается.
В [3] и [4] рекомендуется оценивать способность слоя металлизации в отверстиях выдерживать установленный испытательный ток в течение 30 с. Значение испытательного тока не зависит от типа ПП, а зависит только от диаметра отверстия; в документе приводится дискретный ряд диаметров с нарастающим шагом. В табл. 2 для сведения указана расчетная плотность тока в слое металлизации для двусторонней ПП, вычисленная по формуле (1) при минимальной толщине слоя металлизации 0,020 мм.
Для удобства сравнения предлагаемых методик в табл. 3 указаны значения испытательного тока для двусторонних печатных плат.
Оценка испытаний
Для оценки возможностей каждой методики по выявлению некачественных отверстий по критерию толщины слоя металлизации были проведены теоретические расчеты, основанные на анализе теплофизических процессов, протекающих в слое металлизации и окружающем пространстве. Они показали, что при использовании методики [1] величина перегрева слоя металлизации при заниженной толщине (менее 0,010 мм) достигает критических величин, превышающих температуру плавления меди, в то время как по методикам [3, 4] температура перегрева не превышает 250°С.
Чтобы убедиться в корректности теоретических расчетов, были изготовлены печатные платы в количестве 18 штук. Их разделили на три группы по шесть плат; толщина слоя металлизации в каждой из групп составляла 0,005 мм, 0,010 мм и 0,015 мм при диаметре отверстия 0,6 мм. Каждая группа делилась пополам и испытывалась по методикам, изложенным в [1] и [3, 4]. Результаты испытаний приведены в табл. 4.
Вывод
На основании выполненных теоретических расчетов и проведенных экспериментов можно утверждать, что методика испытаний устойчивости металлизированных отверстий к кратковременной токовой нагрузке, изложенная в [1], позволяет выявлять отверстия с заниженной толщиной слоя металлизации. Методики в [3] и [4] не дают возможности обнаружить такие дефекты, поскольку предусматривают менее жесткие условия испытаний слоя металлизации в отверстиях печатных плат. Поэтому при разработке нового варианта общих технических условий нужно сохранить параметры испытаний металлизации в отверстиях ПП, указанные в [1], а также другие показатели и методики, не утратившие своей актуальности. Остальные параметры рекомендуется использовать из гармонизированных стандартов. Кроме того, ПП для бытовой аппаратуры можно смело испытывать по гармонизированным стандартам.
Литература
1.ГОСТ 23752–79 Платы печатные. Общие технические условия.
2.Медведев А. М. Надежность и контроль качества печатного монтажа. – М.: Радио и связь, 1986, с. 28.
3.ГОСТ 23752.1–92 Платы печатные. Методы испытаний.
4.ГОСТ Р 55744–2013 Платы печатные. Методы испытаний физических параметров.
Отзывы читателей
