Печатная плата (ПП) применяется для позиционирования и компактного размещения радиоэлектронных элементов и приборов, а также обеспечения электрического контакта между ними согласно схеме, разработанной на этапе проектирования. Это сложная конструкция, состоящая из диэлектрического основания и токопроводящих элементов.
Любой брак, возникший в результате нарушения технологии или использования некачественных материалов при производстве печатной платы, способен привести к выходу из строя прибор или устройство, созданное на ее основе. Поэтому требования к их качеству, а также классификация возможных дефектов по видам, размерам и степени допуска, регламентируются государственными стандартами. В нашей стране это ГОСТ Р 53432-2009.
Классификация дефектов печатных плат
Дефектом называют любое обнаруженное несоответствие ее конструкции требованиям нормативной документации. Они бывают двух видов:
-
Видимые.
-
Скрытые.
К видимым относятся такие дефекты печатных плат, которые могут быть обнаружены внешним осмотром или выявлены в результате проведенных измерений. К ним относятся трещины, царапины, вмятины и сколы. А также нарушение пропорций диэлектрической основы, ее скручивание или многократные изгибы. Они характерны для моделей с поверхностным SMD монтажом, алюминиевых ПП.
Скрытые дефекты являются результатом нарушения технологии производства или использования некачественного сырья. Они выявляются только инструментальным методом или в ходе эксплуатации – это один из наиболее нежелательных исходов. Чаще всего подвержены им многослойные платы.
Сводная таблица дефектов печатных плат
В таблицах ниже представлены наиболее распространенные и типичные виды дефектов печатных плат, включая их описание и возможную причину появления. Для удобства восприятия они сгруппированы по признаку локализации и функциональной принадлежности.
Дефекты диэлектрической основы
|
Дефект |
Описание |
Причина появления |
|
Трещины |
Расплетение нитей основы, продольные сквозные или поверхностные разрывы массива диэлектрика |
Механическое воздействие, нарушение температурных режимов пайки |
|
Расслоение |
Нарушение целостности соединения элементов платы. Например, отрыв токопроводящих дорожек от диэлектрика. Любые другие двухмерные разделения в пределах платы |
Недостаточная толщина диэлектрической основы (препрега), его низкое качество, нарушения технологии склейки или прессования при производстве многослойных плат |
|
Коробление |
Отклонения от плоскости массива печатной платы (цилиндрическая или сферическая кривизна) при нахождении ее углов в одной плоскости |
Неравномерность толщины токопроводящих дорожек или их расположения на плоскости платы. Нарушение технологии прессования многослойных моделей |
|
Скручивание |
Аналог коробления, при котором углы платы не находятся в одной плоскости |
Нарушение технологии сборки пакета многослойной конструкции, а также прессования |
|
Пузырение |
Локальное отставание слоев основы с их отделением друг от друга |
Некачественный материал основы или нарушение правил его хранения, в результате чего во внутренних полостях диэлектрика скопилась влага |
|
Ткань |
Оголение тканевой основы, недостаточность слоя защитного лака |
Некачественный материал основы или его неправильный выбор |
|
Пятна |
Прерывистые белые пятна, которые визуально расположены ниже поверхности основного материала |
Характерно для диэлектриков из армированных волокон. Появляется в результате нарушения технологии склеивания и прессования |
Дефекты токопроводящих дорожек
|
Дефект |
Описание |
Причины появления |
|
Царапина |
Небольшое по ширине и значительное по длине продольное или поперечное нарушение целостности проводника при сохранении общей электрической проводимости элемента |
Механическое воздействие в результате нарушения правил хранения или транспортировки платы |
|
Вмятина |
Локальная особенность рельефа токопроводящей дорожки, нижняя точка которой находится ниже общего уровня элемента |
Те же, что и с царапиной |
|
Углубление или раковина |
Среднее между царапиной и вмятиной. Толщина проводящего слоя уменьшена |
Заводской дефект заготовки платы или механическое воздействие |
|
Вырыв и заужение |
Уменьшение ширины токопроводящей дорожки. В первом случае соотношение длины и ширины поврежденного участка 1:2. Во втором же протяженность дефекта более выражена |
Нарушение технологии травления (некачественное нанесение защитной маски), а также сочетанное воздействие на готовую плату воды, температуры и солнечного света |
|
Протрав |
Нарушение целостности токопроводящей дорожки с потерей электропроводности |
Нарушение технологии травления, отсутствие защитного состава |
|
Трещина |
Отсутствие металла, локализованное в границах проводника, с оголением диэлектрической основы |
Сочетание влияния факторов разной природы – от локального нагрева до коррозии из-за нарушений правил хранения |
|
Нарушение геометрии контактной площадки |
Контактная площадка имеет неправильную форму, отличающуюся от окружности. Ее размеры уменьшены или есть сплошной разрыв |
Нарушение технологии производства на этапах травления или лужения – малое количество флюса, недопустимый сорт припоя. Дефекты контактных площадок на ПП могут составлять не более 30%. При большем количестве плата отбраковывается |
|
Смещение центра отверстия контактной площадки |
Отверстие в контактной площадке расположено не по центру |
Нарушение технологии производства печатной платы |
|
Размер монтажных отверстий |
Увеличение или уменьшение диаметра отверстий для сквозного монтажа |
Нарушение технологии сверления, использование тупого инструмента, скорости вращения или подачи |
Дефекты металлизации печатных плат
|
Дефект |
Описание |
Причины появления |
|
Заусенцы |
Острые края металлических поверхностей |
Некачественный и плохо заточенный инструмент для раскроя, сверления, иных технологических операций |
|
Шероховатости |
Неровные края и микрорельеф на поверхности платы |
Некачественная раскройка заготовок, оплавление краев с вытеканием эпоксидной смолы |
|
Уменьшение площади металлизации |
Площадь металлизированных участков недостаточна |
Нарушения технологии производства |
Дефекты пайки печатных плат
|
Дефект |
Описание |
Причина появления |
|
Наплывы |
Припой растекся и образовал рельеф неправильной формы |
Нарушение технологии лужения. Не тот флюс, припой, температура плавления или слишком высокая скорость подачи металла в рабочую зону |
|
Участки без лужения |
Токопроводящие дорожки и монтажные площадки без покрытия оловом |
Некачественная обработка поверхности перед лужением, ее окисление в ходе хранения |
Большая часть дефектов ПП спровоцирована технологическими нарушениями, а также неправильными условиями хранения заготовок или их качеством. Не все они по отдельности ведут к тому, что плата становится непригодной к эксплуатации, однако увеличение их количества сверх нормативов является причиной отбраковки.
Методы контроля качества печатных плат
Контроль качества произведенной продукции (печатных плат) осуществляется не только с целью определения соответствия техническим условиям, отраслевым стандартам или ГОСТ, но и конструктивным требованиям. Например, может ли изделие выдержать длительный нагрев при работе на максимуме номинальной мощности. Методы контроля печатных плат можно классифицировать по следующим признакам:
- По характеру тестового воздействия. Они бывают разрушающими и неразрушающими.
- По способу взаимодействия с тестируемым объектом. Это контактные и бесконтактные испытания.
- По результату проведенных испытаний. Это может быть проверка на работоспособность и электрическую прочность. Диагностическое исследование с последующим прогнозированием вероятности отказа.
- Физической сущности метода.
Наибольший интерес представляют именно физические сущности метода испытания, поскольку в них содержатся все остальные классификационные признаки. Поэтому рассмотрим каждый из них отдельно более подробно.
Оптические исследования
Метод относится к неразрушающим и бесконтактным испытаниям. Он позволяет выявить явные дефекты печатной платы. Производится осмотром под большим увеличением, для чего применяются оптические системы разной сложности. От простейшей лупы на штативе, дающей увеличение от 4 до 10 крат, до растрового электронного микроскопа, имеющего кратность от 300 до 1 тыс. крат. Недостаток метода - его субъективность и малая информативность. Ведь никто не может гарантировать, что мелкие дефекты приведут к неработоспособности платы или не окажут на нее никакого влияния.
Рентгеноскопия
Может быть как точечной, так и послойной (томография). Метод основан на способности потока элементарных частиц пронизывать предметы и представлять картину их внутреннего строения за счет различных волновых явлений – рефракции или дифракции, сопровождающих процесс. Используется для определения скрытых дефектов. Как для однослойных печатных плат, так и многослойных. Позволяет получить объективную картину внутреннего строения исследуемого предмета. Однако требует высокой квалификации персонала, способного читать рентгеновские снимки, а также сложной аппаратуры. Кроме того, рентгеноскопия потенциально опасна для окружающих и способна изменять внутреннюю структуру электронных элементов, выводя их из строя.
Ультразвуковое исследование
Например, трещины, расслоения. Этот метод схож с рентгеноскопией как по физическому принципу, так и по получаемым результатам. Он основан на свойстве колебаний, частота которых выходит за границу субъективной слышимости человеком, распространятся в твердом теле и отражаться от неоднородных включений в нем. С его помощью можно обнаруживать скрытые дефекты. Более безопасен для исполнителя.
Тестирование электрического сопротивления цепи
Поскольку одной из важных функций печатной платы является соединение элементов в электрическую цепь, есть метод проверки в определении омического сопротивления цепи. Он проводится с помощью мультиметров и мегаомметров. На отдельных участках электрической цепи или между входными и выходными клеммами. Метод дает вполне объективный результат, но не затрагивает всех аспектов работы печатной платы.
Контроль электрической прочности
По цепям печатной платы пропускают ток большой силы. В местах где контакты неплотные, это приводит к их нагреву и расплавлению. Кроме того, при слишком близком расположении токопроводящих дорожек возможен пробой между ними. Метод относится к разрушающим и применяется для тестирования наиболее ответственных элементов радиоэлектронных схем.
Тепловизионный контроль
Метод основан на свойстве электрического тока выделять тепло при прохождении по цепи. Контролируемый элемент обследуется тепловизором, с помощью которого определяются точки тепловых аномалий. Так можно найти места с уменьшенным сечением проводников, неплотные контакты и другие дефекты.
Все методы поодиночке не могут дать объективной картины состояния и качества изготовления печатной платы. Поэтому их объединяют и производят многоступенчатый контроль. Этот процесс при большом объеме продукции автоматизируют.
Процесс контроля качества печатных плат и разнообразие методов его проведения не менее сложен, чем производственный. Поэтому быть вполне уверенным в работоспособности микроэлектронной продукции на основе ПП можно только в том случае, если она изготовлена на предприятиях с безупречной деловой репутацией.
