26 Технология оптического и электрического контроля электронных модулей. Автоматизация контроля. Адаптеры, летающие зонды и матрицы. Рентгеновский контроль качества паяных и микросварных соединений.

Обязательными контрольными операциями после сборки и монтажа РЭУ являются визуальный и электрический контроль. Дефекты при сборке сборочных единиц возникают в результате неправильного программирования, технических отказов или субъективных факторов. Поэтому целесообразно проверить качество и правильность сборки до монтажа. Визуальным контролем проверяют:

1) внешнее соответствие изделия чертежу, образцу;

2) качество крепления деталей, сборочных единиц (совмещается с операцией стопорения резьбовых соединений);

3) качество паяных и сварных соединений;

4) отсутствие внешних дефектов (трещин, вмятин, следов коррозии и т.д.);

5) качество отделки поверхности в сравнении с эталоном или образцами;

6) маркировку изделий и отдельных сборочных единиц.

Визуальный контроль проводят как правило с помощью оптических приборов : приспособление (лупа (х4) на штативе), микроскопа бинокулярного типа МБС-9 с увеличением х50 или новейших стереоувеличителей и рабочих мест контроля. Фирма Vision Engineering поставляет на мировой рынок рабочее место визуального контроля VS8 и стереоувеличители Mantis, имеющие хорошие эргономические показатели, светодиодную матрицу (40 шт –9500 люкс) для освещения объекта, идеальную цветопередачу, увеличение х5 , уменьшение утомляемости оператора. Автоматизируют визуальный контроль с помощью систем технического зрения (СТЗ), что становится предпосылкой создания систем адаптивного управления, которые приобретают такие положительные качества, как универсальность и гибкость динамической перестройки. В современных СТЗ зрительная информация, преобразованная в матричный массив цифровых данных, обрабатывается на ЭВМ по определенным алгоритмам. Структурная схема СТЗ включает (рис): оптическую систему (ОС); телевизионный преобразователь светового изображения наблюдаемого объекта в видеосигнал; устройство обработки видеосигнала в массив цифровых данных; ЭВМ, осуществляющую обработку информации по определенным алгоритмам распознавания и выделения объекта.

Автоматизация контроля достигается применением установок, работающих по принципу неуравновешенного моста. Схемы автоматизации контроля применяются 2-х видов. Первая (рис. .6 а) предназначена для контроля цепей с короткозамыкающими перемычками, замыканиями на корпус и индуктивностями с малым омическим сопротивлением, а вторая - для проверки цепей с омическими сопротивлениями.

Рис. 6. Схема электрического контроля малых сопротивлений (а) и больших сопротивлений (б)

Для обеспечения доступа к внутренним контактам приборы технической диагностики (автоматические тестеры) имеют матрицу подпружиненных контактов– адаптер (рис. 14.7), состоящую из фиксированной (1) и подвижной (2) плат, контактных игл (5), установленных с заданным шагом, пружин (6) для перемещения изделия.

Подвижные зонды. Для мелкосерийного производства высокоплотных электронных модулей широкой номенклатуры оптимально тестовое оборудование с подвижными зондами. Установки этого типа имеют несколько зондовых головок с приводами по осям X, Y, Z, которые поочередно, по заранее разработанной программе, контактируют с платой (рис. 14.11). Во время контактирования происходит подача и измерение сигнала. Для контроля этим методом не требуется дополнительных адаптеров, а для перехода от одной платы к другой достаточно лишь изменить программу тестирования.

Отсутствие необходимости изготовления тестовых адаптеров, а также разработка программы перемещения зондов методом трансляции из САПР значительно сокращают время подготовки тестовой программы и перехода от одной платы к другой. Вместе с тем данный метод не обеспечивает высокой производительности тестирования.

Рис. 14.11 Метод «летающих зондов»

Последовательный контроль различными системами. Некоторые компании предлагают совместно использовать установки различных типов, например, сначала адаптерные, а затем с «летающими» щупами. Это позволяет снизить стоимость и сложность адаптеров за счет переноса части тестируемых цепей на установки с «летающими» щупами. Так же производится дополнительная проверка выявленных на первом тестировании ошибок. К недостаткам такого подхода можно отнести: большую стоимость системы; сложное программное обеспечение, совместимое со всеми установками; сложности переналадки на новое изделие; уменьшение эффективности системы при увеличении количества областей высокой плотности контактных площадок. Этот подход целесообразно применять в следующих случаях: модернизация этапа контроля (наличие адаптерной установки с недостаточной плотностью сетки); небольшая номенклатура выпускаемых изделий и наличие в этих изделиях нескольких областей с высокой плотностью контактов.

Летающие матрицы. Метод относительно новый. При его разработке предполагалось решить основные проблемы существующих систем тестирования: сложность переналадки (системы с адаптером) и низкая производительность (системы с подвижными зондами). При этом методе на каждой каретке размещается матрица щупов, каждый щуп которой может независимо перемещаться по оси Z. Каждая матрица состоит из зондов, расположенных с определенным шагом (обычно 25 мм). Как правило, тестовые установки имеют четыре матрицы, по две на каждую сторону, между которыми располагается тестируемая ПП (рис. 14.12). Благодаря этому возможно проведение 100%-ного контроля для любого варианта размещения тестируемых контактных площадок (на верхней стороне, на нижней стороне, на разных сторонах ПП). Матрицы перемещаются на короткие расстояния по осям X и Y с высокой скоростью, при этом наиболее близко расположенный к точке тестирования зонд активизируется и производит подачу сигнала или измерение. Среднее расстояние перемещения очень мало (обычно около 1 мм), что дает огромное преимущество в скорости тестирования.

Рис. 14.15. Метод «летающих матриц»

Среди физических методов диагностики и неразрушающего контроля ЭА особая роль принадлежит рентгеновским, основанным на поглощении излучения веществом и позволяющим наблюдать изображение внутренней структуры просвечиваемого изделия благодаря различным коэффициентам поглощения. По способу регистрации информации эти методы подразделяются на рентгенографические, рентгеноскопические, рентгенотелевизионные, рентгеностробоскопические. Рентгеноскопические методы позволяют фиксировать теневую картину на рентгеночувствительной пленке, обладающей высокими разрешением и чувствительностью, что дает возможность документировать результаты анализа. Рентгенотелевизионная микроскопия основана на том, что изображение попадает на мишень рентгеночувствительного видикона. Для наблюдения получаемых изображений используется телевизионная система, что позволяет наблюдать скрытые микродефекты, обеспечивает высокую производительность, оперативность и безопасность контроля.

Схема рентгенотелевизионного метода контроля

1 – источник рентгеновского излучения; 2 – исследуемая плата; 3 – мишень видикона;

ПУ – предварительный усилитель, ПУПР - пульт управления; С – синхронизатор;

ОК – оконечный усилитель;

ВКУ – видеоконтрольное устройство; ТВУ – телевизионное устройство;

БП – блок питания

Метод рентгенотелевизионной микроскопии отличается высокой оперативностью и эффективностью контроля, непосредственным наблюдением увеличенных в 20÷500х изображений при изменении ориентации объекта, а также высокой контрастной чувствительностью (~1,5%), разрешением (100 пар лин/мм) и просвечиваемой толщиной (по алюминию – 30 мм).

27 Контроль, диагностика неисправностей РЭС, регулировка и технологическая тренировка. Неразрушающие методы технической диагностики электронных модулей: рентгенотелевизионный, тепловизионный, фотоакустический. Области применения методов и используемое оборудование.

Техническая диагностика — это комплекс мероприятий, направленных на изучение отказов в процессе проектирования, производства и эксплуатации аппаратуры и разработку возможных методов повышения надежности изделий.

Техническая диагностика включает проведение испытаний ИЭ:

на функционирование при работе в течение относительно короткого времени;

на воздействие окружающих условий, при повышенных значениях температуры, ударных нагрузок, вибраций и электрических нагрузок;

на надежность, в ходе которых устанавливают соответствие характеристик изделия требованиям ТУ при работе в течение всего заданного интервала времени.

Существуют две группы методов: контактные и бесконтактные способы измерения электрических параметров.

К бесконтактным относятся неразрушающие методы контроля

Рентгеновские методы контроля: рентгенографические, рентгеноскопические, рентгенотелевизионные, рентгеностробоскопические.

Позволяют фиксировать теневую картину на рентгеночувствительной пленке, обладающей высоким разрешением и чувствительностью, что дает возможность документировать результаты анализа.

Принцип: изображение попадает на мишень рентгеночувствительного видикона, для наблюдения получаемых изображений используется телевизионная система, что позволяет обеспечить возможность наблюдения скрытых микродефектов, высокую производи-тельность, опера-тивность и безопасность контроля.

Рентгенотелевизионным методом выявляют следующие дефекты:

- неточности сборки полупроводниковых приборов и ИМС;

- нарушение сплошности паяных и сварных соединений, поры, трещины, расслоений в материалах;

- нарушения внутренней геометрии изделий и разрушение механических связей и деталей приборов после вибрационных, ударных и тепловых воздействий.

Применение : является контроль сплошности паянного шва при посадке микрополосковых плат на основание корпуса ( 96 - 98% спая ) , а также герметичности паянного шва интегральных схем.

Тепловые методы - для контроля тепловых режимов, обнаружения зон локального перегрева, выявления областей повышенного или пониженного сопротивления.

Принцип: регистрация температуры или её распределения по поверхности изделия с помощью жидких кристаллов, термокрасок, термобумаги, термоэлектрических датчиков (термопар, полупроводниковых терморезисторов, термотранзисторов и др. ), контактируемых с поверхностью.

Тепловые бесконтактные методы основаны на регистрации собственного излучения элементов в диапазоне электромагнитных волн с длиной 0.5 - 1000 мкм с помощью оптико-электронных приборов.

Инфракрасные приборы: ИК -радиометры и тепловизоры обычно состоят из оптической системы, работающей в ИК - диапазоне сканирующего устройства , ИК - приёмника и фиксирующего устройства. В пирометрах используют фоторезисторы типа СФИ-1 с размерами чувствительной площадки 1 мм² и пороговой чувствительностью 2^. 10^-10 Вт.

Тепловизоры преобразуют тепловое излучение в видимое на экране, что позволяет качественно и количественно с помощью контрольных точек оценить тепловой режим работы отдельных участков изделия. В тепловизорах с оптико-механическим сканированием осуществляется последовательное преобразование ИК- излучения в видимое за счёт пространственной развёртки наблюдаемого изображения путём движения оптических элементов: зеркал, призм и др. Такие тепловизоры обладают высокой чувствительностью, достигающей сотые доли градуса, однако имеют плохое разрешение вследствие малого количества строк в кадре и малой частоты строк.

Тепловизоры с электронным сканированием с использованием ИК- видиконов имеют температурный порог чувствительности десятые доли градуса, разрешающая способность - 2%, аппаратурную погрешность измерения температуры 0,5 - 1%.

Формируемый камерой (ТВК) стандартный видеосигнал несет информацию о тепловом распределении на поверхности контролируемого объекта (О). Для точного измерения температуры в любой точке обнаружения формируются в генераторе (ГМ) и управляют работой аналогово-запоминающего устройства (АЗУ). Вычитание осуществляется для исключения теплового тока видикона. (АЦП) преобразует сигнал в цифровой код, который с помощью знакогенератора (ЗГ) выводится на экран видеоконтрольным устройством (ВКУ) Рисунок 1 – схема тепловизора

Акустические методы диагностики – акустическая микроскопия (АМ), сканирующая лазерная акустическая микроскопия (СЛАМ) и фотоакустическая микроскопия (ФАМ) – наиболее перспективны при контроле контактных микросоединений в изделиях микроэлектроники и электронной техники, как на этапе разработки, так и в их производстве.

Первый отечественный фотоакустический микроскоп с разрешающей способностью 0,5 мкм ФМ–3М был создан Н.В. Рабодзеем (КБТМ) в 1986 г. и экспонировался на международной выставке Метрология-86.

Обнаружение не выявляемые ранее неоднородности адгезии металлизационных покрытий, дефектов паяных, сварных диффузионных микросоединений.

• Лазерная фотоакустическая микроскопия имеет следующие преимущества перед акустической и сканирующей лазерной акустической микроскопией :

• бесконтактное возбуждение акустических колебаний в твердом теле сфокусированным лучом лазера открывает широкие возможности сканирования объектов сложной конфигурации и относительно больших площадей;

• зависимость фотоакустического сигнала от величины оптического поглощения сканируемой поверхности позволяет получать одновременно и топограммы распределения оптического поглощения, а при использовании лазера с перестройкой по длине волны – видеоспектральные топограммы поглощения;

• - конструкции АМ и СЛАМ и методики их применения требуют иммерсионного контакта акустической части с объектом, что в случае применения АМ значительно ограничивает площадь сканирования (не более 2x2 см), а для СЛАМ требует полного погружения объекта в ванну с жидкостью. Эти требования исключаются при исследованиях с использованием ФАМ.

Принцип действия фотоакустического микроскопа основан на генерации и распространения в объекте тепловых волн, возбуждаемых зондирующим лазерным излучением, модулированными по интенсивности I₀ . Поглощенное излучение I_a приводит к генерации периодических тепловых потоков Q_s и Q_g , распространяющихся соответственно в объекте и от его границы в окружающую газовую среду . Решением уравнения термодиффузии являются температурные волны, затухающие в е раз на длине распространения тепла L_s,g в твердом теле и окружающей среде :

где k_s,g – теплопроводность, ρ_s,g – плотность, с_s,g – теплоемкость твердого тела и газа соответственно, ω – угловая частота модуляции излучения.

Техническая характеристика комплекса лазерного фотоакустического диагностирования

– увеличение геометрическое - от 1:1 до 2500:1 крат на экране монитора 19";

– число градаций отображаемого параметра - 16;

– максимальное поле сканирования - 100х100 мм;

– размеры образца - до 10 мм (микросканирование) и до 65 мм (макросканирование);

– пространственная разрешающая способность - от 0,5 до 100 мкм;

– чувствительность к нарушению сплошности структуры - до 10 нм;

– число строк сканирования - 256.

Технологическая тренировка

Технологическая тренировка ЭА представляет собой испытания аппаратуры с целью выявления и устранения приработочных отказов. Интенсивность отказов элементов зависит от их типа, режима работы, технологии изготовления, условий эксплуатации и изменения во времени.

Период приработки характеризуется низкой надежностью, что объясняется действием технологических дефектов. С целью их устранения и проводится технологическая тренировка, продолжительность которой обычно 10—200 ч в зависимости от типа ЭА. Для сокращения времени технологической тренировки ее совмещают с испытаниями на воздействие вибраций, термоциклирования, повышенного напряжения.

После окончания "жестких" технологических испытаний аппаратура должна проработать такое же время в нормальных условиях. Поскольку в процессе технологической тренировки происходит иногда отклонение параметров за пределы ТУ, необходимо предусмотреть регулировочную операцию и повторить технологический прогон. Нарушение режимов и продолжительности технологической тренировки оборачивается значительным браком готовой продукции.

При проектировании технологической тренировки определяют:

1. • время тренировки (10—200 ч);

2. • последовательность и жесткость технологических испытаний, при которой постепенно уменьшается "жесткость" режима (термоудар, циклическое воздействие температур и др);

3. • периодичность проверки параметров;

4. • объем контролируемых параметров, автоматизацию контроля ряда параметров аппаратуры.