Способ неразрушающего контроля соединений электрических цепей печатных плат

 

Использование: неразрушающий контроль качества металлизации и контактных переходов многослойных печатных плат. Сущность изобретения: способ включает знакопеременное изгибное нагружение платы и измерение электрических параметров соединений. Измерение выполняют после изгиба при постоянном значении величины деформации и по отличию параметров при деформациях, равных по модулю и различных по знаку, судят о наличии дефектов, что позволяет снизить погрешность измерений и повысить полноту контроля . 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

СОЮЗ COBE ÒÑÊÈÕ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)ю Н 05 К 1/11, 6 01 R 31/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4643128/21 (22) 25.01.89 (46) 30.03.92. Бюл. М 12

4 (71) Минский радиотехнический институт (72) А,С.Семенов, M.Â.Ìèñüêî, Г.Г.Машара, В.А.Лисовский и А.В.Хижняк (53) 62.396.049(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 1308951, кл. G 01 R 31/02, 1987.

Патент ФРГ М 2441690, кл. G 01 R 31/07, 1974. (54) СПОСОБ НЕРАЗРУШАК)ЩЕГО КОНТРОЛЯ СОЕДИНЕНИЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ

ЦЕПЕЙ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ

Изобретение относится к производству радиоэлектронной аппаратуры, в частности к технологии изготовления многослойных печатных плат и подложек микросхем, и может быть использовано для неразрушающего контроля качества металлизации и контактных переходов.

Цель изобретения — снижение погрешностей и повышение полноты контроля;

На фиг, 1 изображена электрическая цепь печатной платы и расположение электрических измерительных зондов при контроле контактных переходов; на фиг. 2, 3— электрическая цепь платы при симметричных взаимно противоположных направлениях изгиба печатной платы; на фиг. 4 приведена кинематическая схема установки для реализации способа; на фиг. 5 — характеристики коэффициентов тензочувствительности.

Электрическая цепь печатной платы 1 включает в себя печатный проводник 2 и

„„Ы„) „„1723679 À1 (57) Использование: неразрушающий контроль качества металлизации и контактных переходов многослойных печатных плат, Сущность изобретения: способ включает знакопеременное изгибное нагружение платы и измерение электрических параметров соединений, Измерение выполняют fioсле изгиба при постоянном значении величины деформации и по отличию параметров при деформациях, равных по модулю и различных по знаку, судят о наличии дефектов, что позволяет снизить погрешность измерений и повысить полноту контроля. 2 з.п. ф-лы, 5 ил. полые проводящие столбы 3 — 5. Контролируемый контактный переход 6 представляет собой цилиндрическую поверхность сопряжения полого проводящего столба 4 с печатным проводником 2.

Для контроля контактного перехода 6 применена четырехзондовая схема измерения сопротивления перехода. Для этого к торцам полых проводящих столбов 3, 4 подключены токовые зонды 7, 8 от источника тока. В результате по цепи, образованной полыми проводящими столбами 3, 4 и участком печатного проводника 2 между ними, протекает калиброванный ток. При протекании тока через контактный переход 6 на нем возникает падение напряжения, пропорциональное величине сопротивления перехода, В результате между печатным проводником 2 и проводящим столбом 4 возникает разность потенциалов, равная величине падения напряжения на контактном переходе 6. Для выделения и снижения

1723679 погрешности измерения этой разности потенциалов потенциальные зонды 9, 10 измерителя потенциала должны быть подключены к проводящему столбу 4 и печатному проводнику 2 на участке, по которо- 5 у не протекает калиброванный ток от источника тока. В частности, токовый зонд

8 и потенциальный зонд 9 могут быть выполнены "расщепленными" и подключены к торцу проводящего столба 4 или потен- 10 циальный зонд 9 может быть подключен к торцу проводящего столба 4 с противоположной токовому зонду 8 стороны. Потенциальный зонд 10 может быть подключен к торцу проводящего столба 5 с любой сторо- 15 ны, так как проводящий столб 5 электрически соединен с печатным проводником 2, потенциал проводящего столба 5 равен потенциалу печатного проводника 2. При этом погрешность измерения разности потенци- 20 алов не зависит в определенных пределах от качества контактирования потенциальных зондов 9, 10 с проводящими столбами

4, 5 и от качества контактного перехода между печатным проводником 2 и проводя- 25 щим столбом 5. Это обусловлено тем, что измеритель потенциала имеет высокоомный вход и по цепи проводящий столб 4— печатный проводник 2 — проводящий столб

5 не протекает ток. 30

Наличие дефектов на малой площади контактного перехода обуславливает как его потенциальную ненадежность при эксплуатации, так и повышенную тензочувст- 35 вительность.

Статическое изгибающее нагружение в диапазоне деформации 0-10 з отн. ед. в двух взаимно противоположных симметричных направлениях оказывает различное 40 влияние на относительные изменения сопротивления дефектного перехода, Так, растягивающие деформации (фиг. 2) вызывают изменения сплошности дефектного контактного перехода, в частности увеличе- 45 ние пар, раскрытие микротрещин, частичное отслаивание печатного проводника от столба. В результате рост сопротивления дефектного перехода оказывается при равных деформациях большим, чем без- 50 дефектного, что обусловливает высокие значения коэффициентов тензочувствительности, по отличию которых от соответствующих значений эталонной платы судят о наличии дефектов. При этом в ди- 55 апазоне деформаций значения коэффициентов тензочувствительности могут нелинейно изменяться в зависимости от характера нарушения сплошности стадий раскрытия микротрещин, пор.

Сжимающие механические деформации вызывают смыкание границ микротрещин, уменьшение пор, увеличение числа контактных точек в соединении печатного проводника с проводящим столбом,, частичное залечивание дефектов структуры.

При этом микротрещины и микрополости, электрически замкнутые в статическом состоянии, сохраняют стабильность сопротивления действия сжимающих деформаций. В результате сопротивление контактного перехода изменится незначительно и коэффициенты тензочувствительности переходов имеют минимальные значения, близкие к значениям коэффициентов тензочувствительности сплошных металлов или эталонной платы.

Таким образом, по отличию коэффициентов тзнзочувствительности друг от друга при равных, противоположных по знаку деформациях, также судят о наличии дефектов переходов. Беэдефектные контактные переходы имеют малые равные значения коэффициентов тензочувствительности в каждом из двух симметричных взаимно противоположных направлений изгиба печатной платы, Печатная плата 1 (фиг, 4) закреплена между неподвижными опорами 11, 12 и 13, 14, установленными симметрично друг другу на станине 15. По неподвижным опорам

11, 13 и 12, 14 синхронно перемещаются траверсы 16, 17, скрепленные между собой планками 18. Траверсы 16, 17 снабжены подвижными опорами 19, 20 и 21, 22 соответственно, установленными симметрично друг другу относительно печатной платы 1.

Перемещение траверс 16, 17 осуществляется вращением винта 23, имеющего резьбовое соединение с траверсой 16.

При вращении винта 23 по часовой стрелке траверсы 16, 17 перемещаются вниз по неподвижным опорам 11, 12 и 13, 14 соответственно. Подвижные опоры 19, 20 траверсы упираются в печатную плату 1 и изгибают ее вниз. При этом участок печатной платы 1 между подвижными опорами

19, 20 испытывает изгиб с постоянным радиусом кривизны. B результате соединения электрической цепи на верхней стороне печатной платы 1 на участке между подвижными опорами 19, 20 подвергаются равномерной статической деформации сжатия.

При вращении винта 23 против часовой стрелки траверсы 16, 17 перемещаются вверх по неподвижным опорам 11, 12 и 13, 14. При этом подвижные опоры 19, 20 отходят от печатной платы 1, а подвижные опоры

21, 22 траверсы 17 упираются в плату и

1723679 изгибают ее вверх. Участок печатной платы

1 между подвижными опорами 21, 22 испытывает изгиб с постоянным радиусом кривизны; В результате соединения электрической цепи на верхней стороне печатной платы 1 на участке между подвижными опо- 5 рами 21, 22 подвергаются равномерной деформации статического растяжения.

Величину относительной деформации при том или ином прогибе платы рекомендуется рассчитывать по формуле 10

}г го },, 3!2 — 4d2 где El — величина деформации, отн. ед.;

h — толщина печатной платы, м;

d — расстояние от поверхности платы до слоя с контролируемым контактным переходом, м; ! — расстояние между подвижными опорами, м;

f — величина прогиба на участке! между подвижными опорами, м.

Структурная схема для измерения значений коэффициентов тензочувствительности также приведена на фиг. 4. К контролируемому контактному переходу печатной платы 1 подключен измеритель

24 относительных изменений сопротивления.

Величину деформаций измеряют с помощью съемного тензопреобразсзателя 25, вь}полденного на базе проволочного тензорезистора, который установлен на платесвидетеле-геометрическом аналоге контролируемой печатной платы (на чертеже не показано). Тензопреобразователь 25 и печатную плату 1 закрепляют с помощью неподвижных опор 11 — 14 установки и деформируют их подвижными опорами 19 — 22 одновременно, чем достигается идентичность величины их деформации.

Тензопреобразователь 25 подключен к измерителю 26 относительных деформаций, выходной сигнал которого пропорционален величине деформаций платы.

Сигналы с выходов измерителей отно- 45 сительных изменений сопротивления 24 и относительных деформаций 26 поступают в измеритель 27 отношения сигналов, который преобразует сигнал в напряжение, пропорциональное значениям коэффициента тензочувствительности контролируемого контактного перехода. Результат измерения регистрируется индикатором 28, Благодаря тому, что измерения значений коэффициентов тензочувствительности производят при фиксированных величинах статических деформаций контролируемой платы, достигнуто уменьшение в несколько раз погрешностей измерения вследствие снижения помех электростатического и электромагнитного происхождения, присущих способу, использующему вибрационное воздействие, Кроме того, статический характер измеряемых сигналов позволил дополнительно путем фильтрации и интегрирования помех уменьшить в 2-3 раза погрешность.измерений по сравнению с известным способомпрототипом, в котором фильтрация помех затруднена вследствие того, что частичные диапазоны информационного сигнала и помех совпадают.

В качестве измерителя 24 относительных изменений сопротивления применен модернизированный миллиомметр Е6—

18/1, измерителя относительных деформаций-преобразователь-ПА 1. В качестве измерителя отношения сигналов использован цифровой вольтметр В7 — 34. В качестве индикатора значений коэффициентов тензочувствительности использована ПП ЭВМ

ЕС-1840, обеспечивающая регистрацию, накопление, обработку и индикацию результатов контроля, На фиг. 5 приведены характеристики изменения значений коэффициентов тензочувствител ьности контактных переходов при взаимно противоположных симметричных направлениях изгиба в диапазоне деформации 0-10 " отн.ед.

Максимально допустимые значения коэффициентов тензочувствител ьности устанавливает характеристика 29 бездефектной эталонной платы. Характеристика 30 бездефектной печатной платы имеет значения коэффициентов тензочувствительности, во-первых, меньше значений эталонной платы и, во-вторых, равные друг другу при разных, противоположных по знаку, деформацияхх.

Характеристики 31 дефектной платы имеют значения коэффициентов тензочувствительности контактных переходов больше, чем у эталонной платы, отличающиеся друг отдруга при равных, противоположных по знаку деформациях, более чем на 1550%.

Характеристика 32 хотя имеет значения коэффициентов тензочувствительности меньше соответствующих значений эталонной платы, но отличающиеся друг от друга при равных, противоположных по знаку, деформациях более чем на 25 — 50, что свидетельствует о наличии дефектов.

При реализации контроля измерения проводят либо на контактных переходах соединений на рабочем поле контролируемой печатной платы, либо с использованием те1723679 стовых структур на технологическом поле заготовки. Последний вариант не требует сложных контактирующих устройств и более производителен.

Для проверки эффективности предлагаемого способа контроля проводилось сопоставление его с другими методами, в частности с визуальным контролем дефектов контактного перехода. Для этого послг. измерения коэффициентов тензочувствительности контрольных соединений изготавливались микрошлифы проводящих столбов s плоскости печатного проводника и проводилось наблюдение и фотографирование контактного перехода с помощью металлографического микроскопа МИМ-7 при увеличении 1 150.

Анализ подтвердил возможность использования тензочувствительных свойств контактных переходов для контроля качества соединений электрических цепей печатных плат. Так, коэффициент тензочувствительности бездефектных контактных переходов со сплошным соединением проводящего столба с печатным проводником имеет величины в пределах 2 — 4 единиц. При этом коэффициент тензочувствительности практически постоянен при противоположных знаках деформаций.

Дефектные контактные переходы с нарушенной сплошностью соединения проводящего столба с печатным проводником (микротрещинами в контактном переходе) имеют разброс значений коэффициентов тензочувствительности в пределах 5 — 15 единиц и более.

При этом величина коэффициента тензочувствительности меняется в 1,8 — 4 раза при разных противоположных по знаку деформациях.

Из всего количества печатных плат с высокими значениями коэффициентов тенэочувствительности контактных переходов примерно у 70 при исследовании микрошлифов были обнаружены микротрещины и отслаивание печатного проводника от проводящего столба, Примерно у 30 печатных плат видимых дефектов контактного перехода обнаружено не было. Однако после испытаний при термоциклировании такие платы показали повышенный процент отказов.

Способ пригоден также для контроля соединений металлизации интегральных микросхем. Использование способа позволяет оперативно выявлять отклонения технологии изготовления печатных плат и подложек микросхем, своевременно произ5 водить корректировку техпроцессов, Способ может быть также использован для наблюдения за ростом дефектов в соединениях печатных плат микросхем.

10 Формула и зоб ретени я

1. Способ неразрушающего контроля соединений электрических цепей печатных плат, включающий знакопеременное нагружение изгиба и измерение электриче15 ских параметров соединений, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью снижения погрешностей и повышения полноты контроля, измерение электрических параметров соединений выполняют после изгиба

20 при постоянном значении величины деформации и по отличию электрических параметров при деформациях, равных по модулю и различных по знаку. судят о наличии дефектов, 25 2. Способ по и, 1, о тл и ч а ю щи и с я тем, что в качестве электрического параметра используют коэффициент тензочувствительцости соединения, определяемый формулой

30 BR

Е где д Й вЂ” относительное изменение электрического сопротивления при воздействии деформации, отн.ед.;

35 e — величина относительной деформации соединения, отн.ед.

3. Способ по и 1, о тл и ч а ю щи и с а тем, что величину деформации платы при изгибе устанавливают в пределах относи40 тельных единиц, опредеЛяемых формулой

12((1) — 2б)

3!2 402 где! — расстояние между подвижными опо45 рами, м; е — величина относительной деформации Йлаты на участке между подвижными опорами при четырехопорном механическом нагружении, отн,ед.;

f — величина прогиба платы на участке! между подвижными опорами, м;

d — расстояние от поверхности платы до слоя с контролируемым соединением, м:

h — толщина печатной платы, м, 55

1723679

1723679

78

22

Фиг. 4

З2

Составитель Н. Шмелев

Редактор Т. Лошкарева Техред M,Ìîðãåíòàë Корректор О. Ципле

Заказ 1070 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101