Печатная плата (ПП) представляет собой пластину из изоляционного материала с нанесенными на нее токопроводящими дорожками, на которые устанавливаются электронные элементы (резисторы, конденсаторы, полупроводники, микросхемы, реле и др.).
ПП – неотъемлемая часть любых электронных устройств.
Назначение и виды печатных плат
Печатные платы объединяют электронные компоненты в общую электрическую цепь. Основное предназначение ПП заключается в возможности электрического и механического соединения электронных элементов.
Печатная плата
Печатные платы обладают рядом преимуществ в сравнении с другими способами соединения элементов электроники. В первую очередь следует отметить такие, как:
- Уменьшение габаритов электронных устройств;
- Малая длина проводников обеспечивает скорость обработки данных;
- Улучшенный отвод тепла при работе электронной конструкции;
- Надежность экранирования цепей электрического тока;
- Надежность и долговечность работоспособности;
- Повышение ремонтопригодности электронной конструкции;
- Эффективность и удобство эксплуатации электронных изделий.
Имеющиеся недостатки (сложность производственного оборудования при изготовлении ПП, потребность в высококвалифицированном персонале, длительный процесс изготовления плат) компенсируются их преимуществами.
ПП имеют довольно сложную классификацию. Они классифицируются по следующим параметрам:
- Количество проводящих слоев;
- Метод формирования проводников;
- Тип проводников;
- Жесткость;
- Применяемые материалы при изготовлении;
- Функциональные различия;
- Объем производства;
- Стандарт IPC.
По количеству проводящих слоев печатные платы подразделяются на три вида – однослойные, двухслойные и многослойные.
По жесткости ПП подразделяются на твердые и гибкие. Жесткость зависит от применяемого материала при изготовлении плат. Наиболее популярными являются гетинакс и стеклотекстолит.
Печатные платы постоянно совершенствуются. На текущий момент основной тенденцией разработок является их миниатюризация.
Методы испытаний печатных плат
Контроль качества ПП осуществляется в соответствии с требованиями ГОСТ Р 55744-2013, который определяет методы испытаний плат на соответствие техническим требованиям к ним.
Печатные платы подвергаются пяти видам испытаний:
- Визуальный осмотр.
- Контроль размеров.
- Механические испытания.
- Испытания на паяемость и перепайку.
- Электрические испытания.
При визуальном осмотре производится контроль поверхности изделий. ГОСТ устанавливает число точек замера дефектов (проколы, вмятины, царапины, включения) в соответствии с табличными значениями (см. табл. 1).
Таблица 1
Измерения дефектов производится с помощью микроскопа с увеличением 40х и линейки с ценой деления 0,025 мм.
Контроль глубины царапин осуществляется штифтом с острым наконечником или микрошлифом.
Контроль гибких ПП на наличие и размер раковин и включений проводят как со стороны фольги, так и под ней. Для этого применяются микроскоп с увеличением 30х с измерительной сеткой до 0,01 мм и химический травитель металлической фольги.
Состояние поверхности фольги проверяется методом контроля поверхности. Суть метода заключается в обнаружении и замере геометрических неровностей (шероховатости, волнистости, наличия складок и т. п.). С этой целью используются контактный профилометр (измеряет шероховатость в мкм), специальный щуп (для обнаружения неровностей) и микрометрический стол для регулировки положения прибора.
Оценка качества ПП проводится по контролю случайной выборки образцов из партии.
Контроль размеров включает:
- Механический контроль размеров (проверяется все измерения ПП на соответствие чертежам платы. Используются микрометры, лекала, кронциркули, штихмасы);
- Оптический контроль размеров (проводится для размеров менее 3 мм. Из измерительного оборудования применяются масштабная линейка, филярный микрометр, оптический прибор с измерительной сеткой);
- Контроль размеров микрошлифами (контролируются размеры более 1,25 мкм. Из оборудования применяются металлографический микроскоп с увеличением до 200х, металлограф, микрометр, масштабная линейка);
- Измерение размера просверленного отверстия (производится замер внутреннего диаметра. Контроль осуществляется стереоскопическим микроскопом с увеличением 10х);
- Контроль расположения отверстий (контролируется точность расположения центров отверстий. Из оборудования используются портативный или оптический компаратор);
- Контроль толщины гальванического покрытия (метод измерения толщины меди токопроводящего рисунка платы. Измерение производится с использованием металлографического микроскопа с увеличением до 200х).
Механические испытания:
- Определение предела прочности при растяжении и удлинения медного покрытия (проводится на 10 образцах. Испытательное оборудование – тестер с постоянным усилием, термопечь, весы, прецизионный микрометр);
- Определение прочности на отслаивание проводников (определяется адгезия проводников к основанию. Используется четыре образца. Из оборудования необходим тестер с постепенно увеличивающимся усилием);
- Контроль адгезии металлического покрытия (проводится двумя методами – «полировки» и «липкой ленты». Определяется адгезия покрытия ПП к ее основанию. Из оборудования используются стальной стержень с гладким полусферическим концом и липкая лента);
- Определение обрабатываемости паяльной маски (оценивается возможность механической обработки ПП с покрытием паяльной маской. Испытательная аппаратура – сверлильный станок, стандартная фреза, полотно пилы с зубом 0,89 мм, вибрационный резец);
- Плоскостность (метод проверки деформации ПП. Лабораторное оборудование – плита с прецизионной поверхностью, выравнивающие зажимные устройства, индикаторный калибр, измерительные плитки Иогансона, микрометр);
- Усталость от изгиба гибких ПП (определение способности плат к многочисленным перегибам. Аппаратура – специальное устройство с двумя непроводящими стержнями. Испытание проводят на двух образцах);
- Испытание на виброустойчивость (определение возможности ПП сохранять заданные параметры в условиях вибрации. Испытательное оборудование – вибрационная установка с синусоидальной вибрацией);
- Испытание на ударную устойчивость (проверяется работоспособность ПП при воздействии механических ударов. Контроль осуществляется на ударной установке многократного действия с амплитудой ускорения).
Испытания на паяемость и перепайку.
- Испытание паяемости (оценивается паяемость поверхности ПП и сквозных металлизированных отверстий. Из оборудования нужна ванна с припоем и флюс для удаления консервирующего покрытия платы);
- Испытание на перепайку (определяется ремонтопригодность изделия – способность повторной пайки. Испытательное оборудование – паяльник, медная проволока, покрытая оловом, жидкий флюс для пайки, металлограф с увеличением до 200х, система для удаления припоя).
Электрические испытания.
- Контроль сопротивления сквозного металлизированного отверстия (проверяется толщина медного слоя в отверстии. Испытательное оборудование – омметр, измеряющий сопротивление в микроомах, вольтметр, трансформатор, источник постоянного тока);
- Контроль сопротивления межслойного соединения (проверяется качество металлизации на границе отверстие-контактная площадка. При испытании используется оборудование как в предыдущем пункте);
- Контроль сопротивления проводников (измеряется сопротивление проводников);
- Испытание током сквозных металлизированных отверстий (определяется способность продукции выдерживать повышенную токовую нагрузку. Из аппаратуры потребуется источник постоянного тока и специальные нагрузочные щупы).
Дополнительно в электрические испытания входят проверка целостности электрической цепи, контроль коротких замыканий и проверка изоляции наружных слоев ПП.