книги из ГПНТБ / Видершайн, М. Н. Производственный контроль параметров элементов цифровой автоматики

Н — диаметр просверленного отверстия; АН — общее отклонение диаметра сверленого отверстия.

Устанавливается требование к минимальному значению. Тол­ щины гальванического покрытия. Допуск на длину и ширину не-

соответствия расположения рисунка и отверстий чертежам печат­ ных плат. Для проверки расположения рисунка и отверстий реко­ мендуется использование двух перпендикулярных координатных линий с определением с помощью измерительного инструмента соответствующих координат (рис. 6).

Точки А и В являются базовыми для установки плат на станке. При этом измеряют установленные техническими условиями допуски на расположение центров отверстий, расстояние между отверстиями, смещения отверстий и площадок, расположение рисунка относительно системы координат, совмещение двусторон­

него рисунка.

При определении допуска на расположение центров отверстий их отклонения от линии координат не могут превышать 0,05— 0,2 мм при расстоянии до линии координат, не превышающем 50 мм, и 0,1—0,4 мм при расстоянии до линии координат свыше 150 мм в зависимости от классов допусков.

Допуск на расстояние между двумя любыми отверстиями, как правило, не должен превышать величин 0,1— 0,4 мм при расстоя­ ниях между ними до 150 мм и 0,2— 0,8 мм при расстояниях свыше 150 мм. В отдельных случаях, когда точность расстояния между некоторыми отверстиями весьма существенна, на них следует устанавливать повышенные требования на допуски.

Для определения смещения отверстий и площадок, а также расположения рисунка относительно системы координат, как правило, необходимо измерять минимальную ширину проводя­ щего слоя площадок около отверстия, которое не должно быть меньше 0,5 установленной техническими условиями номинальной ширины проводников.

Для определения совмещения двустороннего рисунка опреде­ ляют допуски на смещения отверстий и площадок на обеих сто­ ронах печатных плат и по величине допусков определяют совмеще­ ние рисунков.

В случае, если отверстия в печатной плате имеют конусность, то необходимо проверять, чтобы меньший диаметр отверстия был расположен на стороне (при односторонней плате) с рисунком.

В готовых печатных платах контролируется ширина провод­ ника и расстояние между ними. Ширина проводника не должна отличаться от значения, указанного в чертеже на величину более ±0,05—0,4 мм в зависимости от класса допусков. При этом в до­ пуски на ширину проводника не включаются трещины, вмятины, отверстия, царапины или другие дефекты. Минимальная величина

40

расстояния между соседними проводниками устанавливается по формуле

дефектов в печатном монтаже, в частности волосяных трещин или разрывов, обнаруживаемых с применением оптического прибора с трехкратным увеличением. Допустимо наличие отверстий или дефектов по краям проводника при условии, если ширина про­ водника уменьшается при этом не более чем на 20%. В отдельных случаях наличие таких дефектов запрещается с особым указанием в технической документации. Длина дефекта L во всех случаях не может быть больше ширины проводника 5 (рис. 7). Размер отверстий и дефектов по краям замеряется оптическим инстру­ ментом с разрешающей способностью 0,025 мм. Особо проверяется наличие металлических частиц между проводниками. Номиналь­ ное расстояние между соседними проводниками может быть равно 0,4 мм или меньше в случае, если между ними не имеется никаких металлических частиц. При расстояниях, больших 0,4 мм, наличие частиц не должно уменьшать эффективное расстояние между проводниками более чем на 20% и, во всяком случае, до расстояния 0,4 мм. Количество металлических частиц между про­ водниками указывается в технических условиях.

3, Электрические испытания

Величина электрического сопротивления печатных проводников определяется на самых длинных и узких проводниках. Сопротив­ ление замеряется не менее чем на двух проводниках, с погреш­ ностью, не превышающей 5%. При этом ток следует устанавливать

41

Рис. 8. Кривые зависи­ мости номинального на­ пряжения от расстояния между проводниками:

1 — для платы без защит­ ного покрытия при давлении от 700 до 525 мм ртутного столба; 2 — для платы без защитного покрытия при давлении от 525 до 90 мм ртутного столба; 3 — для платы с защитным покры­ тием при давлении от 700 до 525 мм ртутного столба; 4 — для платы с защитным покрытием при давлении от 525 до 90 мм ртутного столба

Расстояние мешду прободииками.мм

достаточно малым, чтобы избежать значительного нагрева провод­ ников.

Допустимая электрическая нагрузка печатных проводников зависит от многих факторов, в том числе от коэффициента тепло­ проводности материала основания, допустимого повышения тем­ пературы, формы и распределения проводников на печатной плате и других.

Испытание на электрическую прочность между проводниками проводится путем прикладывания испытательного напряжения между выбранными точками на рисунке печатной схемы. Испыта­ тельное напряжение должно быть постоянным или переменным синусоидальной формы. Напряжение следует увеличивать посте­ пенно в течение 5 с до номинального значения и затем выдержи­ вать 1 мин. Величину испытательного напряжения постоянного тока или среднеквадратичное значение переменного тока для но­ минального напряжения Uli0M до 1000 В необходимо устанавли­ вать равным 30 НОМ при минимальном значении испытательного напряжения 500 В. Для номинального напряжения свыше 1000 В величина испытательного напряжения устанавливается равной l,5t/HOM при минимальном значении испытательного напряжения

3000 В.

Выбор номинального напряжения в зависимости от расстояния между проводниками можно производить с помощью кривых, приведенных на рис. 8. При проверке электрической прочности не должно возникать разряда в виде кругового искрения (по­ верхностный разряд), дугового разряда (воздушный разряд) или пробоя (пробивной разряд). Сопротивление изоляции заме­ ряется между двумя выбранными точками рисунка печатной

42

платы. Испытательное напряжение при расстояниях между про­ водниками менее 1 мм выбирается равным 100 ± 15 В, и при рас­ стояниях между проводниками равным или больше 1 мм — 500 ± 50 В. Испытательное напряжение прикладывается в тече­ ние 1 мин непосредственно перед измерением величины сопротив­ ления изоляции. Измерение сопротивления изоляции должно про­ водиться между двумя проводниками, расположенными так, чтобы они имели постоянное отношение расстояния W между ними к их длине I. По возможности это отношение выбирают так, чтобы оно было меньше 1/ 25. Если расстояние между проводниками не яв­

ляется величиной постоянной, то среднее значение действитель­

на ного отношения — может быть вычислено по формуле

где индексы обозначают отдельные части проводников с прибли­ зительно одинаковым расстоянием между ними. При проведении измерений необходимо контролировать чистоту поверхности изо­ ляционного основания печатной платы.

При проведении электрических испытаний плакированных ме­ таллом оснований печатных плат измерение сопротивления фольги

закрепляются на расстоянии друг от друга, равном 300 мм, потен­ циальные контакты — на расстоянии 150 ± 1 мм друг от друга и на равном расстоянии от токоведущих контактов. Контакты должны касаться фольги по всей ее ширине и располагаться под прямым углом к продольной оси испытуемого образца. При изме­ рении контролируется температура окружающей среды и полу­ ченные результаты приводятся к температуре 20° С. Величина тока, протекающего по фольге, выбирается небольшой, с тем чтобы избежать дополнительного нагрева фольги. После испытания четырех образцов определяется максимальная величина сопротив­ ления, которая принимается за сопротивление фольги.

Поверхностное сопротивление материала основания после воздействия тепла и влаги определяется методом кольца и диска. Изображение (рис. 9) печатается на одной стороне образца. Соеди­ нительные провода (или пружинящие контакты) присоединяются к кольцу и диску. Испытаниям подвергаются четыре образца. Измерение поверхностного сопротивления изоляции произво­ дится по методу трех электродов. С другой стороны электрод дол­ жен покрывать всю поверхность. Образец подвергается воздей­ ствию тепла и влаги. Измерение сопротивления производится между кольцом и диском перед извлечением образцов из камеры или непосредственно после него.

Сопротивление изоляции измеряется с использованием источ­ ника постоянного тока 5000 ± 50 В после нахождения образца

43

нод током в течение 1 мин. Измерения производятся на четырех образцах и из полученных результатов выбирается наименьшее значение, которое и принимается за поверхностное сопротивление основания печатной платы. Объемное сопротивление основания печатной платы измеряется также с помощью метода трех электро­ дов. Помимо отдельных измерений поверхностного и объемного

0,5 мм.

Для измерения сопротивления изоляции подготовляется об­ разец (рис. 10) прямоугольной формы длиной 75 мм и шириной не менее 50 мм. С образца полностью удаляется металлическая фольга, и в нем просверливают два сквозных отверстия с расстоянием между центрами, равным 25 мм, и на расстоянии не менее 25 мм от краев. Диаметры отверстий выбирают такими, чтобы после фрезерования с конусностью 2% наибольший диаметр каждого отверстия лежал в пределах от 4,5 до 5,5 мм. Необходимо обеспе­ чить отсутствие повреждений материала в зоне, прилегающей к отверстиям (трещин, сколов, обугливания и т. д.). Для измере­ ния сопротивления используются электроды из чистой латуни, нержавеющей или хромированной стали диаметром около 5 мм и с конусностью 2%. Электроды плотно вставляют в отверстия таким образом, чтобы они выступали с обеих сторон образца не менее чем по 2 мм. Измерение сопротивления изоляции произ­ водится напряжением 500 В постоянного тока через 1 мин после подключения образца к источнику электропитания. Аналогичным

образом измеряется об­ щее сопротивление изо-

44

4. Контроль механических свойств и устойчивости к внешним воздействиям

Испытание однослойных печатных плат. И с п ы т а н и е на о т с л а и в а н и е . В процессе контроля качества печатных плат проводится ряд механических испытаний. В первую очередь не­ обходимо установить величину прочности проводников на отслаи­ вание, которое определяется как сила на единицу ширины провод­ ника, необходимая для отрыва его от материала основания.

Таким испытаниям подвергают проводящие полосы шириной не менее 0,8 мм. Металлическая полоса отделяется от материала осно­ вания на расстоянии около 10 мм с одного конца. По всей ширине полосы она захватывается соответствующим зажимом, к которому прикладывается равномерно увеличивающееся усилие перпенди­ кулярно к плоскости материала основания до тех пор, пока метал­ лическая полоска не начнет отделяться от основания с постоянной скоростью около 50 мм/мин. Для определения скорости отслаива­ ния производят измерение времени t, в течение которого проводя­ щая полоса длиной 10 мм отделится от материала основания. Скорость отслаивания рассчитывают по формуле:

где L — длина отделяемой от материала основания проводящей полосы;

t — время отделения.

Всего проверяется четыре полосы и при этом каждую из них необходимо отделить от основания с указанной выше скоростью на длину не менее чем 25 мм. Минимальное значение силы на еди­ ницу ширины полоски, полученное при этих испытаниях, прини­ мается за прочность на отслаивание, которая не должна быть менее величины, указанной в табл. 3.

И с п ы т а н и е на о т р ы в к о н т а к т н ы х п л о щ а ­ д о к . Отдельно проверяется прочность на отрыв контактных площадок. Прочность на отрыв площадок измеряется как сила, перпендикулярная к поверхности платы, необходимая для отрыва площадок от материала основания. Испытаниям подвергаются

45

круглые площадки диаметром 4 мм, изолированные от линейных проводников. В отверстие диаметром 1,3 мм, которое располагается в центре площадки, впаивается проволочка диаметром 0,9— 1 мм. Испытания на отрыв контактной площадки проводятся после пер­ вой пайки и перепайки. При пайке применяется стандартный паяльник с медным жалом длиной 30 мм и диаметром 5 мм. Тем­ пература жала во время испытания устанавливается равной 270° С. При испытании применяют оловянно-свинцовый припой ПОС-61. Контактная площадка предварительно облуживается в течение 4 с с минимальным количеством припоя. Облуженную проволоку припаивают к фольге под прямым углом к испытуемой плате. При этом проволочка должна проходить в отверстие печатной платы. Припой должен покрывать всю площадку. Весь процесс припайки продолжается в течение 4 с. Для обеспечения неподвиж­ ности проволочки в течение пайки и последующего охлаждения плата и проволочка удерживаются в соответствующих зажимах. Испытания проводят на 10 площадках.

Далее к проволочке под прямым углом прикладывается посте­ пенно увеличивающееся усилие со скоростью от 5 до 50 Н/с до тех пор, пока площадка не отделится от материала основания. Наименьшее из усилий, необходимое для отрыва площадки от ма­ териала основания, принимается за прочность на отрыв площадки. Дополнительно определяется прочность на отрыв после перепайки. Предварительно припаянная медная проволока отпаивается и сдвигается с площадки паяльником в течение 3—5 с. После охла­ ждения медная проволочка вновь припаивается к площадке и затем производится определение прочности на отрыв аналогично предыдущему случаю.

И с п ы т а н и е на п л о с к о с т н о с т ь . Печатная плата с нанесенным рисунком проверяется на плоскостность. Плоскост­ ность выражается через радиус кривизны, определяемый по фор­ муле

При контроле качества печатных плат необходимо проводить дополнительные испытания, в частности проверку отсутствия проколов, глубоких царапин, вдавливания, шероховатости и ра­

46

прикладывается клейкой стороной на испытуемое покрытие. Лента прижимается к покрытию кольцами таким образом, чтобы между ними не попали воздушные пузырьки. Через 10 с лента снимается с покрытия путем приложения постоянного отрывного усилия в направлении, перпендикулярном к поверхности испытуе­ мого покрытия. После отрыва ленты от покрытия на ней не должно быть отдельных частиц, приставших к ленте. В отдельных слу­ чаях, когда используется повторное покрытие, кромка этого покрытия может частично отрываться от проводника, прилипая к ленте. Для испытания применяют клейкую ленту, имеющую максимальную силу разматывания 4,4 Н/см ширины, минималь­ ную площадь сцепления 2,2 Н/см ширины и минимальную проч­ ность на разрыв — 35 Н/см ширины.

Сила разматывания ленты определяется путем разматывания катушки ленты с постоянной скоростью с помощью соответству­

При испытании печатных плат могут производиться дополни­ тельные испытания на отделку и пористость поверхности. Испыта­ ние на отделку поверхности производится путем трения о поверх­ ность гальванического покрытия концом стального стержня с гладким полусферическим концом в течение примерно 15 с. После визуального осмотра на поверхности не должно быть признаков вздутия или отслаивания покрытия от подслоя или от материала основания. Пористость покрытия испытывается путем выдержки печатной платы в газе или с применением элек­ трографического испытания. Испытания гальванического покры­ тия на пористость путем выдержки в газе производится для золота, палладия или родия, покрывающих медь, или Для никеле­ вого подслоя. При выдержке плат во влажной атмосфере, содер­ жащей сернистый ангидрид и сернистый водород, появляются продукты коррозии в местах, где отсутствует сплошность покрытия.

Камера для испытания состоит из стеклянного сосуда, эксинатора и крышки. В сосуд помещают керамическую пластинку, служащую подставкой для испытуемых образцов. Температуру при испытаниях поддерживают равной 25 ± 5° С.

Предварительно протирают и сушат керамическую пластинку и внутреннюю поверхность камеры. Затем наливают дистилли­ рованной воды на дно камеры под керамическую пластинку. Испытуемые образца обезжиривают в парах трихлорэтилена и протирают тканью, не содержащей хлопок. Далее образцы, нагретые до комнатной температуры, помещают на керамическую пластинку испытуемой поверхностью вверх. Чистый и сухой стеклянный сосуд объемом 100 мм3 наполняют газом серного ангидрида и помещают горизонтально на керамическую пластинку рядом с испытуемым образцом. Открывают сосуд, выпускают газ серного ангидрида и закрывают камеру. После выдержки образца

47

в течение 24 ч в камере в атмосфере серного ангидрида камеру открывают и в течение 1 ч проветривают в обычных комнатных условиях. После этого испытуемый образец в течение 24 ч выдер­ живают в атмосфере сернистого водорода, получаемого из серно­ кислого железа и соляной кислоты. По окончании выдержки образец извлекают из камеры и определяют наличие на поверх­ ности покрытия следов коорозии.

Э л е к т р о г р а ф и ч е с к и й м е т о д и с п ы т а н и я на к о р р о з и ю . Для определения качества покрытия возможно использование электрографических методов. При этом фильтро­ вальная или равноценная ей бумага пропитывается в течение 10 мин в 10%-ном растворе хлористого кадмия в дистиллированной воде, в которой-содержится 0,1% соляной кислоты. Затем бумагу сушат. После этого ее помещают на 30 с в 5%-ный раствор серно­ кислого натрия в дистиллированной воде. После пропитки бумага должна иметь равномерный желтый цвет, что свидетельствует

ополном выпадении сернокислого кадмия. Далее ее промывают

впроточной воде в течение 1 ч, а затем сушат в токе воздуха. Специальную фотобумагу пропитывают в дистиллированной воде, после чего также сушат. Чтобы снять загрязнения с поверхности, гальваническое покрытие очищают пудрой окиси алюминия (или магнезии), промывают в дистиллированной воде и просушивают. Бумагу, пропитанную сернокислым кадмием, и фотобумагу на­ кладывают на образец. Фотобумага должна находиться в контакте со свежеочищенной алюминиевой пластинкой. Пластинку и пе­

чатную плату с бумагой сжимают (давление 140— 170 Н/см2). Через полученную систему пропускают ток плотностью 7,7 мА/см2 в течение 30 с. На бумаге, пропитанной сернокислым кадмием, образуется электрограмма. О наличии дефектов на гальванической поверхности покрытия свидетельствуют коричневые пятна на бумаге.

Бумага, пропитанная сернокислым кадмием, для увеличения срока службы, должна храниться в темном герметичном контей­ нере. Срок хранения бумаги составляет 4— 6 месяцев. Возможно применение электрографического способа при использовании бумаги, пропитанной другими составами. По принципу действия эти процессы не отличаются от описанного выше.

Испытания оснований однослойных печатных плат. И с п ы ­ т а н и е на п р о г и б и к о р о б л е н и е . Испытание механических свойств и устойчивости к внешним воздействиям плакированных металлов оснований печатных плат проводится на специально подготовленных образцах. Испытанию на прогиб подвергается образец длиной 1 м аналогично методу, указанному для испытаний печатных плат. Максимально допустимый про­ гиб D для образца длиной L определяется соотношением

48

горизонтальной поверхности таким образом, чтобы три угла образца касались этой поверхности. Степень коробления оцени­ вается расстоянием от горизонтальной поверхности до четвертого угла. Допустимая степень коробления задается техническими условиями. Она зависит от типа и толщины материала, из которого сделан испытуемый образец, и его величины.

тание на отслаивание. Методика испытаний аналогична указан­ ной выше. Однако эти испытания проводят после воздействия следующих факторов: теплового удара, повышенной температуры, паров растворителя и др.

Тепловой удар моделируется путем погружения образца в ванну с силиконовой жидкостью с температурой 1 260° С. При этом образец полностью погружают в жидкость на время, указан­ ное в технических условиях, и следят за тем, чтобы температура жидкости не снижалась ниже 260° С. Измерение прочности отслаи­ вания производят после охлаждения образца до 15—35° С.

Повышенной температурой при испытаниях на отслаивание воздействуют на образец в течение 500 ч. Температуру устанавли­ вают в соответствии с техническими условиями. Образец уста­ навливают в камеру тепла таким образом, чтобы большая поверх­ ность образца находилась параллельно воздушному потоку, циркулирующему в камере.

Выдержку образца в парах растворителя производят в течение 2 мин ± 5 с, подвешивая последний над парами кипящего три­ хлорэтилена.

Кроме указанных выше основных испытаний проводятся испытания на механическую обработку, по проверке чистоты по­ верхности, испытание прочности материала на изгиб, пластиче­ скую деформацию при повышенной температуре, воспламеняе­

которые имеют высоту, равную толщине материала основания. Длина образца L должна равняться L = 20h, где h — высота образца. При проведении испытаний необходимо соблюдать требования по соответствующей ориентации вырезанных образцов из материала основания. Испытания для определения проч­

1 Температуру замеряют на глубине 25 мм от поверхности жидкости.