книги из ГПНТБ / Федоров А.М. Основы контроля печатных схем

где R — микросопротивление металлического цилиндра; р — объемное сопротивление меди; Т — толщина печатной платы;

t — толщина покрытия; D — внешний диаметр.

Приборы, действие которых основано на данном прин­ ципе, используются в США — «Caviderm» фирмы «Susatronic», в отечественной практике — М246, ПР 26307.

Определение скорости осаждения и качества покры­ тия. Для определения качества покрытия электролиз приводится при нескольких значениях рекомендуемых катодных плотностей тока: для сернокислого и борфтористоводородного— 1; 2; 3 А/дм2-, .кремнефтористоводо­ родного и пирофосфорнокислого — 3; 4; 5 А/дм2. Качест­ во покрытия оценивается визуальным осмотром образ­ цов и с помощью микроскопа МБС-1. Применение стек­ лянного электролизера позволяет наблюдать катодный процесс электролиза. По интенсивности выделения во­ дорода на катоде можно судить о сравнительной эффек­ тивности катодного тока. Характеристики процессов электролиза и качества покрытий представлены в табл. 32.

Скорость осаждения покрытия определяется по приве­ су осажденной меди на образце-свидетеле, изготовля­ емом из медной фольги и завешиваемом на катодной штанге рядом с покрываемым образцом. Площадь по­ крытия образца-свидетеля 5 см2. Рассчитывается тол­ щина покрытия по формуле [109]:

S — покрываемая поверхность образца-свидетеля, см2\ 7 — плотность осаждаемого металла, г)см3;

150

Рис. 29. Катод для опреде­ ления кроющей способности электролита

+ \ и \ -

S — с о с у д д л я э л е к т р о л и т а ( д а н в р а з р е з е ) ; U — и с т о ч н и к п о с т о я н н о г о т о к а ; R — р е о с т а т ; Р — р у б и л ь н и к ; . ш А — м и л л и а м п е р м е т р ; А н — а н о д ( м е д н ы й ) ; К — к а т о д ( л а т у н н ы й ) у г л о о о й

Определение кроющей способности электролитов. Кроющая способность исследуемых электролитов из­

меряется в ванночке с плоским анодом и катодом, сог­ нутым под прямым углом (рис. 29). Схема установки приведена на рис. 30.

Электролизер заливается испытуемым электролитом. Катод, во избежание осаждения контактной меди, заве­ шивается под током. Плотность тока и ток в цепи для всех электролитов постоянны: 0 к= ЗА/дм2, I = 1,5А. Время осаждения электролита 10 мин.

151-

По окончании осаждения катоды выпрямляются и графически (при помощи наложенного на поверхность катода стекла с нанесенной сеткой) определяется кро­ ющая способность электролита, то есть та часть поверх­ ности катода в процентах, которая занята покрытием. Размеры сетки должны соответствовать размерам вы­ прямленного катода: каждый ее квадрат на стекле составляет 2% площади катода (рис. 31). Данные кроющей способности электролитов: сернокислого'—72%, борфтористоводородного — 88%, кремнефтористоводо­ родного— 86%.

Определение рассеивающей способности электроли­ тов. Согласно литературным данным, неравномерность толщины гальванического покрытия на различных участ­ ках платы (середина, края, отверстия) объясняется пре­ жде всего неодинаковым сопротивлением столба электро­ лита между анодом и различными катодными участками платы, а следовательно, различной плотностью тока на этих участках. Распределение тока, определяемое только размерами электродов и расстоянием между ними в электролите, называется первичным. Но в процессе эле­ ктролиза необходимо учитывать падение потенциала на границе электролит — катодная поверхность. В результате этого распределение тока на профилированном катодеплате становится более равномерным. Вследствие боль­ шей поляризации на выпуклых участках, где плотность така по сравнению с углубленными участками (отвер­ стий), более удаленными от анода, повышенная, часть то­ ка отвлекается от выпуклых участков и распределяется на участках с меньшей катодной поляризацией. Степень изменения начального распределения тока зависит от того, какова степень изменения поляризации с плотно­ стью тока. При этом сказывается также и сопротивление электролита.

Таким образом, во время электролиза происходит пе­ рераспределение тока (вторичное распределение) в сто­ рону большей равномерности по сравнению с первичным распределением. Вторичное распределение — это факти­ ческое распределение тока, зависящее также от состава электролита и режима процесса. Вторичное распределе­ ние в любом электролите всегда более равномерно, чем первичное. Степень перераспределения тока и соответ­ ственно равномерность толщины осаждаемого металла

152.

на поверхности катода при электролизе характеризует рассеивающую способность электролита.

Рассеивающая способность определяется по привесу электроосажденного металла на катодах, различно уда­ ленных от анода. Схема установки представлена па рис. 32. Ванну для электролиза изготавливают из плекси­ гласа 200 X 65 X 75 мм с предельной стенкой и с пазами

153

для электродов. В качестве катодов используются медные пластины, поверхность которых 0,15 дм2. Расстояние от {інода до одного из катодов для любых электролитов вы­ держивается в два раза большим, чем до другого катода. Ток в цепи в течение процесса электролиза должен быть постоянным 0,45А, что соответствует плотности тока DK= ЗА/дм 2. Время осаждения составляет 20 мин.

+ Ш I -

где Т — рассеивающая способность электролита, %;

К —-отношение расстояния от анода до катода Kf к

расстоянию от анода до катода Кш К = — = 2;

Мп —количество металла, полученного в течение определенного промежутка времени осаждения на катоде Кш

Mf — количество металла, полученного за тот же про­ межуток времени на катоде Ко который раеен по площади катоду Кш

Исследования [109] показали, что кремнефтористово­ дородный электролит наиболее полно удовлетворяет тре­

154

бованиям, предъявляемым к .электролитам и покрытиям из ник в производстве печатных плат.

Чтобы правильно установить режим гальванических покрытий, учесть расход драгоценных металлов, а так­ же в ряде других случаев, необходимо точно определить поверхность печатного монтажа.

Определение поверхности изображения. Осуществля­ ется на основе двух методик: расчета геометрической формы и взвешивания.

Для расчета геометрической формы поверхности изо­ бражения, всю поверхность печатного монтажа разбива­ ют на отдельные участки определенной геометрической формы. Площадь их может быть рассчитана. Метод этот трудоемкий и дает результаты, точность которых'Невы­ сокая.

Более точным является метод определения поверхно­ сти металлизации на основе способа взвешивания. При такам способе из фольгированного материала, покрытого светочувствительной эмульсией, по размерам готовой пе­ чатной платы, вырезается заготовка. С точностью до третьего знака определяется масса заготовки Рі. Затем заготовка экспонируется, проявляется, травится для -по­ лучения изображения печатного монтажа и взвешивается повторно (Р2). Далее осуществляется раздубливание, в травящем растворе полностью удаляется фольга и произ­ водится третье взвешивание (РзД Поверхность металли­ зации S определяется, исходя из площади заготовок S3,

3Рі-Рз

Впоследнее время все более широкое распростране­ ние получает установка для измерения площади метал­ лизируемой поверхности печатного монтажа по его изображению на фотонегативе (рис. 33). На такой уста­

155

Принцип действия установки основан на измерении освещенности, создаваемой на поверхности фотоэлемента светом, проходящим через прозрачные участки негатива. Когда поверхность фотоэлемента освещена, в замкнутой цепи, состоящей из фотоэлемента и магнитоэлектричес­ кого измерителя, возникает ток, отклоняющий подвижную часть измерителя. Освещенность на поверхности фото­ элемента пропорциональна площади прозрачных участ­ ков, через которые проходит 'свет. Следовательно, ток, возникающий в цепи, пропорционален освещенности.

Чтобы обеспечить точность измерении, цена деления люксметра определяется по градуировочному эталону (рис. 34), выполненному по той же фотопленке, что и из­ меряемый негатив. Такой эталон, выполненный на фото­ пленке в негативном изображении, на котором суммарная площадь прозрачных полос правильной геометрической формы вычислена арифметически, помещается на стекло рамки установки. По шкале люксметра, когда свет про­ ходит через эталон, снимается отсчет." Затем на место эталона в рамку установки помещается рабочий негатив. Поля его закрываются черной бумагой и по шкале люкс­ метра снимается второй отсчет. Площадь печатного мон­ тажа:

где S — площадь печатного монтажа;

к— поправочный коэффициент, учитывающий уве­ личение площади за счет металлизируемой по­

верхности отверстий;

.So — площадь прозрачных полос эталона;

So

V= — — цена деления люксметра; п0

п0; Пі — отсчеты люксметра по эталону и измеряемому негативу соответственно.

Для обеспечения паспортной точности измерений на установке, цену деления определяют перед каждым изме­ рением. При этом предел измерения люксметра устанав­ ливается таким образом, чтобы снимать отсчеты, когда

156

I

Рис. 33. Схема установки:

1 — ф о т о э л е м е н т Ф -102; 2 — с в е т о ­ н е п р о н и ц а е м ы й к о ж у х ; 3 — р а м к а со с т е к л о м ; 4 — м а т о в о е с т е к л о ; 5 — л а м п ы Л Д Ц - 1 5 ; 6 — ф о т о н е г а т и в ; 7 — п е р е д н я я п а н е л ь с ф о т о э л е к т р и ­ ч е с к и м л ю к с м е т р о м и т у м б л е р а м и д л я в к л ю ч е н и я л а м п ; 8 — н и ж н и й к о ­

р о б ; 5 — в е р х н и й к о р о б

Рис. 34. Образец градуированного эталона

отклонение стрелки максимальное. При работе с негати­ вами, выполненными из различных материалов и с раз­ личной плотностью вуали, должен быть изготовлен набор соответствующих эталонов.

В случае, если набор эталонов отсутствует, плотность вуали негатива можно определить путем непосредствен­ ного замера фотоэлектрическим денситометром ДФЭ-Ш

157

и в расчетах через непрозрачность -она учитывается. Истинный отсчет п, то есть отсчет, учитывающий влияние вуали, определяют как произведение непрозрачности Т на первый отсчет щ:

Перевод плотностей вуали, измеренных на фотоэлект­ рическом денситометре от 0,01 до 0,2, представлен в табл. 33.

обеспечивать хорошую способность к пайке. В период производства паяных соединений наибольшая доля зат­ рат определяется потерями прочности пайки в непропаянных местах и стоимостью перепаивания отбракован­ ных соединений [52].

Цель определения паяемости — убедиться, что техно­ логические процессы не оказывают неблагоприятного влияния на паяемость плат. Испытание собственно ме­ таллизированной . поверхности диэлектрика проводится для того, чтобы получить подтверждения о паяемости материала до обработки.

158

Согласно определению Института печатных cxeto США, паяемость — это свойство металлической поверх­ ности, способствующее ее смачиванию припоем, нагре­ тым до определенной температуры в присутствии соот­ ветствующего флюса.

Для печатных плат и необработанных металлизиро­ ванных диэлектриков в зарубежной практике использу­ ется три метода испытаний: 1) погружением края; 2) на мениск; 3) методом плавания. Наиболее простой метод— испытание паяемости погружением. Метод используетоя, чтобы проверить паяемость плат [50, 112], Путем оомотра с помощью оптических средств, дающих увели­ чение не менее 10х, определяется равномерность и состо­ яние слоя, припоя, который должен покрывать 95% про­ веряемой поверхности. На поверхности допускаются только очень мелкие несмоченные пятна или непокрытые участки основного металла при условии, что эти дефекты не концентрируются в одной области.

Испытание на мениск требует сложной аппаратуры. Что касается испытания методом плавания, то проверка паяемости металлизированных сквозных отверстий, глаз­ ков и подобных соединений заключается в следующем.

Платы, содержащие сквозные металлизированные от­ верстия, соответствующим образом флюсуются и опуска­ ются на поверхность расплавленного припоя на 5 с. Затем платы с поверхности припоя снимаются и визу­ ально проверяется степень заполнения в малых отверсти­ ях и однородность смачивания стенок в больших отвер­ стиях.

По рекомендации МЭК (Международной электротех­ нической комиссии) при оценке паяемости образцом дол­ жен служить квадрат размером 30±1 мм, вырезанный из: а) одно-или двусторонних печатных плат, б) печатных плат со сквозными металлизированными отверстиями, включая многослойные. Выбирая испытуемый образец, следует учитывать ширину проводников, изоляционные зазоры, контактные площадки, отверстия и тепловые шунтирующие эффекты. Образцы, подвергаемые испы­ танию, изготавливаются в то же время и в тех же усло­ виях, что и серийная партия печатных плат.

Для проведения испытаний используется соответст­ вующая ванна с припоем глубиной не менее 40 мм. Фор­ ма ее круглая (диаметр не менее 120 мм) или прямо-

159