Электрические испытания ПП

Существуют следующие виды электрических испытаний ПП:

• определение электрического сопротивления проводников;

• определения электрического сопротивления межслойного соединения;

• определения изменения сопротивления сквозных металлизированных отверстий при воздействии теплового удара, смене температур;

• проверка целостности печатных проводников;

• проверка отсутствия короткого замыкания;

• оценка способности покрытия в металлизированных отверстиях выдерживать установленное значение испытательного тока;

• оценка способности проводников, контактных площадок и мест контакта с покрытием сквозных металлизированных отверстий выдер­живать заданную величину тока;

• определение сопротивления изоляции на наружных слоях или слоях МПП перед прессованием;

• определение сопротивления изоляции на внутренних слоях МПП;

• определение сопротивления изоляции между соседними слоями МПП;

• определение электрической прочности изоляции наружных слоев; между слоями;

• определение изменения частоты под влиянием внешней среды;

• определение полного входного сопротивления электрической принципиальной схемы, реализованной печатным монтажом.

Электрическое сопротивление печатных проводников измеряют на двух длинных и узких проводниках в двух местах, фиксируя при этом значение ширины, толщины, длины проводника, а также материал из которого он изготовлен. Погрешность измерения не должна превышать 5 %, а сила тока должна быть такой, чтобы не было существенного нагрева проводника.

Электрическое сопротивление межслойного сопротивления определяют четырехзондовым методом между двумя отверстиями на серийной ПП или тест-купоне. Предварительно измеряют диаметр отверстий, толщину ПП, покрытий в металлизированных отверстиях, а также выбирают один из спо­собов подключения измерительных приборов, представленных на рис. 1.2.

Рис. 1.2. а – 1-й способ подключения измерительных приборов (1 – зажимы для измерения тока; 2 – зажимы для измерения напряжения; 3 – вывод); б – 2-й способ подключения из­мерительных приборов (1 – контактные штыри для измерения тока; 2 – контактные штыри для измерения напряжения)

В 1-м случае (см. рис. 1.2, а) в выбранные отверстия впаивают соединительные проводники, а во 2-м (см. рис. 1.2, б) – две пары контактных штырей. Электрический ток в обоих случаях не должен превышать 0,1 А. Измеренное значение сопротивления фиксируется в протоколе испытаний и сопоставляется с заданным в ЧТУ (табл. 1.3).

Определение изменения сопротивления сквозных металлизированных от­верстий при воздействии теплового удара (например, при пайке или при циклической смене температур) производится на готовой ПП, имеющей ряд металлизированных отверстий, соединенных последовательно, на кото­рой не должно быть покрытия олово–свинец (рис. 1.3). В том случае, если оно имеется, его необходимо удалить химическим путем в растворе со следующими компонентами:

• азотная кислота 60 % (плотность 1,36 г/см3 при 20 °С) — 330 мл;

• борфтористоводородная кислота 40% (плотность 1,32 г/см3 при 20 °С) - 3 мл;

• деионизованная вода.

Электрическое сопротивление (или падение напряжения) соединенных последовательно отверстий измеряется четырехзондовым методом при по­стоянном токе равным (100+5) мА. Значения сопротивления фиксируются при помощи записывающего устройства в течение всего испытания. Увеличение сопротивления является показателем качества металлизированно­го отверстия.

 

Рис. 1.3. Рисунок тест-купона для измерения сопротивления металлизированного отверстия при смене температур

Испытания на тепловой удар при погружении в жидкость проводят мето­дом двух ванн попеременно. Одна ванна должна быть с кремнийорганиче-ской или эквивалентной ей жидкостью с низкой вязкостью температуры Т= (225±2) °С, измеряемой на глубине 25 мм, а вторая ванна — с такой же жидкостью температуры Т= (260±5) °С. Время выдержки — (20+1) с.

Образцы погружают в жидкость в вертикальном положении, так чтобы концевой соединитель с подсоединенным записывающим устройством находился на 30 мм выше уровня жидкости. Образцы погружают поперемен­но в ванны с температурой 225 и 260 °С, а затем в ванну с температурой 25 °С, в которой выдерживают до установления постоянного значения сопротивления. Число циклов устанавливается ЧТУ.

В каждом конкретном случае проведения испытаний устанавливается:

• количество погружений в ванну с Т= (260+5) °С;

• максимально допустимое увеличение значения сопротивления (в %) между первым и последним погружением в ванну с Т- 225 °С;

• то же самое — в ванну с Т= (260±5) °С;

• то же самое во время любого одного погружения в ванну с Т= (260±5) °С.

Изменение значений сопротивления (напряжения), зафиксированное записывающим устройством, представляется в виде графика, приведенного на рис. 1.4.

Проверка целостности печатных проводников и проверка на наличие ко­роткого замыкания определенных проводящих участков ПП проводится одна за другой на одном и том же образце или одновременно на автоматических стендах с контактирующими устройствами, имеющими испытатель­ные подпружиниваемые щупы («ложе из гвоздей») подсоединяемых к про­водникам и контактным площадкам ПП.

Испытания проводятся на выбранных участках проводящего рисунка на поверхности или между любыми слоями серийной ПП. Испытательные щупы подсоединяются к различным участкам конкретной цепи. Величина подводимого напряжения выбирается таким образом, чтобы при наличии короткого замыкания (КЗ) ток на участке цепи не отключался. Необходимо также ограничивать значения тока, чтобы он не превышал токовую на­грузку цепи, дабы избежать ее перегрева. Для испытания на отсутствие-на­личие КЗ используют простой индикатор, например индикаторную лампу или измерительный прибор.

Рис. 1.4. Изменение сопротивления металлизированных отверстий при смене температур: 1 — значение сопротивления при первом погружении при Т= 25 °С; 2 — значение сопротив­ления при первом погружении при Т= 260 °С; 3 — значение сопротивления при последнем погружении при Т= 260 °С; 4 — значение сопротивления при последнем погружении при Т= 25 °С; 5 — максимально допустимое увеличение сопротивления между первым и послед­ним погружениями в ванну с Т= 260 °С; 6 — максимально допустимое увеличение сопротив­ления во время любого одного погружения в ванну с Г= 260 °С; 7 — максимально допустимое увеличение сопротивления между первым и последним погружениями в ванну с Т= 225 °С; 8 — исходное значение сопротивления

 

Если оцениваются особые требования, то сопротивление изоляции между отдельными испытываемыми проводниками должно быть больше 1 МОм или должно соответствовать ЧТУ.

Перед проведением испытаний необходимо установить:

а) испытуемое напряжение;

б) минимально допустимое сопротивление, если оно отличается от 1 МОм;

в) участки ПП;

г) максимально допустимый ток.

Проверка целостности электрической цепи по схеме соединений проводящего рисунка ПП проводников осуществляется путем подвода заданного напряжения к каждому отдельно подсоединенному к контрольному устройству проводнику по очереди через любую доступную точку цепи (например, КП, печатный контакт, соединитель) и по очереди к каждой дру­гой внешней точке, с которой должен соединяться этот проводник. Для этого применяют приспособления, которые ограничивают максимальный ток в пределах допустимой токовой нагрузки испытываемой цепи. При этом не должно быть электрического разрыва между выбранными точками цепи. Считается, что целостность между отдельными точками имеется, если сопротивление цепи менее 5 Ом или соответствует ЧТУ.

Перед проведением испытаний на целостность проводников обговари­вают: испытательное напряжение; максимально допустимое сопротивле­ние, если оно отличается от 5 Ом; максимально допустимый ток.

Оценка способности покрытия в металлизированных отверстиях выдер­живать установленное значение испытательного тока. Испытания прово­дятся на серийной ПП. В соответствии с табл. 1.1 в течение 30 с через по­крытие металлизированного отверстия пропускают электрический ток от

источника переменного или постоянного тока. Щупы прикладывают с уси­лием примерно 1 Н. Перед проведением испытаний обговариваются параметры отверстия.

Таблица 1.1

Значения испытательного тока

Диаметр отверстий, мм	Испытательный ток, А
0,6
0,8
1,0
1,3
1,6
2,0

 

Оценка способности проводника и соединений между проводниками и по­крытием сквозных металлизированных отверстий выдерживать заданные значения электрического тока проводится на серийных ПП; тест-купонах или на составных тест-купонах.

Через проводник в течение заданного времени пропускается ток (переменный или постоянный) установленной величины.

При этом обговаривают: проводник и точки соединения; величину и время приложения тока;

Определение сопротивления изоляции на наружных слоях или на слое МПП перед прессованием. Сопротивление изоляции характеризует качество мате­риала и ТП изготовления ПП и рассчитывается по формуле:

R_и

где R_и — сопротивление изоляции фольгированного материала, МОм;

R_МАТ — сопротивление материала, МОм;

W — расстояние между проводниками, мм;

L — длина параллельных проводников, мм.

Сопротивление изоляции измеряют между любыми двумя точками проводящего рисунка серийной ПП или слоев МПП перед прессованием.

Перед измерением сопротивления изоляции необходимо провести пред­варительное кондиционирование образца в нормальных атмосферных усло­виях в течение 24-х ч для получения устойчивых результатов измерений.

Испытательное напряжение на участке, на котором измеряется сопротивление изоляции, должно быть (10±1) В, (100+15) В или (500±50) В в со­ответствие с ЧТУ.

Время приложения напряжения составляет 1 мин.

Перед проведением испытаний необходимо установить:

• участок проводящего рисунка ПП;

• испытательное напряжение;

• температуру и (или) влажность, если отличаются от нормальных зна­чений;

• минимальное значение сопротивления.

Определение сопротивления изоляции на внутренних слоях МПП. Это со­противление зависит от поверхностного и объемного сопротивления ПП В качестве образца используют серийную ПП, тест-купон.

Измерение сопротивления изоляции проводится между любыми двумя точками проводящего рисунка на внутреннем слое МПП. Применяется тот же метод, что и в испытании на наружных слоях.

Перед проведением испытаний устанавливается:

• участок проводящего рисунка;

• испытательное напряжение;

• температура окружающей среды и(или) влажность;

• минимальное значение сопротивления изоляции;

Определение сопротивления изоляции между соседними слоями МПП. Со­противление изоляции в данном случае характеризует качество обработки; качество материала; недостаточность толщины материала основания или склеивающих прокладок.

При испытаниях проверяют сопротивление изоляции между двумя точками проводящего рисунка на различных, на соседних слоях ПП.

Метод проведения испытаний тот же, что и в предыдущих двух случаях.

Перед проведением испытаний устанавливается:

• участок проводящего рисунка для измерения сопротивления изоляции;

• испытательное напряжение;

• температура окружающей среды и (или) влажность, если они отличаются от нормальных;

• минимальное значение сопротивления изоляции.

Определение электрической прочности изоляции наружных слоев ПП. Целью испытаний является оценка способности участка рисунка выдерживать заданное испытательное напряжение без разрушения электрическим разрядом, таким как искрение (разряд на поверхности), дуговой разряд (воздушный разряд) или пробой (пробивной разряд).

Перед проведением испытаний проводится выдержка образцов в тече­ние 24-х ч (предварительное кондиционирование) в нормальных атмосфер­ных условиях. При приложении испытательного напряжения, постоянного или переменного тока частотой от 40...60 Гц. Приборы должны указывать электрический пробой и (или) утечку тока, если повреждение визуально не обнаружено. Напряжение прикладывается в течение 1 мин (повышая до установленного значения за 5 с).

Особо обговариваются: точки приложения напряжения, напряжение, максимальный ток утечки.

Испытание напряжением между слоями МПП проводятся с целью проверки отсутствия электрических пробоев или утечки между проводящими участками соседних слоев МПП.

Электрический пробой характеризует:

• нарушение в ТП;

• недостаточную толщину материала;

• недостаточную толщину склеивающих прокладок.

Испытания проводят на выбранных участках проводящего рисунка на соседних слоях серийной ПП. Метод проведения испытаний аналогичен предыдущим.

В частных ТУ указывается:

• точки приложения напряжения;

• напряжение;

• максимальный ток утечки;

• минимальные значения сопротивления изоляции.

Определение изменения частоты под действием внешней среды. Испыта­ния проводятся с целью определения влияния внешних воздействий на участках рисунка ПП, образующего часть колебательного контура.

Испытания проводятся на серийных ПП или тест-купонах.

Определяемый участок рисунка ПП подсоединяется к колебательному контуру внешнего ВЧ-генератора. Частота должна соответствовать ЧТУ.

Измерения проводятся частотомером после предварительного кондиционирования и после восстановления.

Перед испытаниями обговаривают:

• участок выбранного рисунка;

• условия внешней среды;

• точки измерения в последовательности воздействия внешней среды;

• частота;

• допустимый уход частоты.

Определение полного входного сопротивления (импеданс) схемы, реализо­ванной печатным монтажом. Существует несколько методов, выбор кото­рых зависит от ПП (диапазон частот) и от измерительных приборов.

Механические испытания ПП

Различают следующие виды механических испытаний ПП:

• определение адгезии проводников к материалу основания в нормальных атмосферных условиях в том числе и гибких ПП;

• определение прочности на отрыв контактных площадок неметаллизированных отверстий от материала основания ПП;

• определение прочности на вырыв покрытий сквозных металлизированных отверстий без контактных площадок;

• определение отклонения от плоскостности ПП;

• установление способности ГПП выдерживать изгиб во время эксплуатации.

Определение адгезии проводников к материалу основания ПП в нормальных атмосферных условиях. Испытания проводятся с целью определения влия­ния различных операций ТП изготовления ПП (например, гальваническо­го осаждения меди, покрытия металлорезиста олово—свинец и др.) на ад­гезию проводников к материалу основания ПП, которая зависит от толщи­ны медной фольги и других осажденных металлов и сплавов. В качестве критерия оценки адгезии используют силу отрыва (отделения) проводника от материала основания, приходящегося на единицу ширины проводника.

Испытания проводят на нескольких проводниках (не менее 4-х) серийной ПП, длина которых должна быть более 75 мм, а ширина — менее 0,8 мм. Перед проведением испытаний на каждом из 4-х проводников дол­жен быть отделен от материала основания участок проводника длиной примерно, 10 мм. Отделенный участок проводника по всей ширине захва­тывают зажимом и начинают отрывать со скоростью приблизительно 50 мм/мин, прикладывают возрастающее усилие в направлении, перпенди­кулярном плоскости предварительно закрепленной на монтажном столе ПП. На каждом из 4-х проводников отрывается участок длиной 25 мм и при этом измеряется усилие отрыва проводника. Максимальное значение усилия отрыва, приходящееся на единицу ширины проводника, определяет прочность на отслаивание проводников от материала основания ПП в нор­мальных атмосферных условиях и выражается в ньютонах на миллиметр ширины проводника.

В протоколе испытаний указываются:

• испытываемые проводники ПП;

• минимальное значение прочности на отрыв.

При испытании ГПП, плата закрепляется (зажимается) между двумя пластинами с вырезом или на барабане.

Определение прочности на отрыв контактных площадок неметаллизированных отверстий от материала основания ПП. Испытания проводятся для определения силы сцепления контактных площадок с материалом основа­ния ПП при воздействии теплового удара после нескольких перепаек.

В качестве критерия оценки прочности на отрыв контактных площадок применяют усилие, необходимое для отрыва КП от материала основания ПП в направлении, перпендикулярном к поверхности ПП, которое приблизительно оценивает прочность на отрыв КП после операции пайки.

Испытания проводят на круглых КП, отделенных от проводников.

Предпочтительные размеры КП, отверстий и проволоки для проведения испытаний приведены в табл. 1.2.

 

Таблица 1.2.

Предпочтительные размеры КП, отверстий и проволоки для проведения испытаний

Диаметр КП, мм	Диаметр отв., мм	Диаметр проволоки, мм
	1,3	0,9...1,0
	0,8	0,6...0,7

 

В частном ТУ могут быть приведены другие размеры контактных площадок, отверстий и проволоки.

Испытания проводятся либо при помощи паяльника, либо при помощи многократного погружения образца в припой.

1. Испытание при помощи паяльника. При ручной пайке паяльник должен иметь медное жало длиной (39±5) мм, с диаметром (5±1) мм, с уг­лом заточки (45±10)° и температурой во время испытаний, равной (210±10)°С.

В качестве припоя применяется прутковый припой ПОС-61 диаметром не более 1,5 мм с канифольным сердечником.

Испытания проводят в определенной последовательности:

• облуживают контактную площадку в течение (4+1) с паяльником;

• впаивают облуженную проволоку в отверстие, перпендикулярно ПП в течение (4±1) с;

• охлаждают контактную площадку;

• отпаивают проволоку вторым касанием паяльника в течение (4±1) с и извлекают из отверстия;

• после охлаждения проволоку повторно впаивают в отверстие в тече­ние (4±1) с;

• количество циклов испытаний указывается в ЧТУ;

• после последнего цикла пайки образец остывает в течение 30 мин в нормальных атмосферных условиях;

• помещают на разрывную машину, на которой прикладывается постепенно увеличивающееся усилие перпендикулярно ПП со скоростью не более 50 Н/с до полного отделения контактной площадки от ос­нования ПП.

2. Испытания методом многократного погружения в припой. При испытаниях методом многократного погружения в припой в качестве оборудования применяется ванна, глубина припоя в которой должна быть не ме­нее 75 мм. Температура припоя (ПОС-61) в течение всего испытания долж­на находиться в пределах (260+5) "С на глубине 25 мм.

Этапы первого цикла испытаний:

• облуживают контактную площадку в течение (4±1) с;

• впаивают проволоку в отверстие в течение (4±1) с;

• образец с проволокой флюсуют и закрепляют в зажимном устрой­стве;

• образец погружают в расплавленный припой в течение (4±0,5) с на глубину 26,5 мм;

• охлаждают КП до температуры Т= (25+10) °С;

• повторно погружают в течение (4±0,5) с имитируя тепловой удар;

• охлаждают КП до Т= (25+10) °С;

• третье погружение, имитирующее повторную пайку проволоки. Первый цикл пайки состоит из приведенных выше трех погружений.

При выполнении нескольких циклов для каждого последующего цикла до­бавляют два погружения. Необходимое число циклов указывается в ЧТУ.

После последнего цикла пайки образец остывает в течение 30 мин при нормальных атмосферных условиях и затем его помещают на разрывную машину.

Прочность на отрыв контактных площадок определяется минимальным усилием, необходимым для отрыва десяти контактных площадок от основания ПП.

Перед проведением испытания необходимо установить:

• на каких КП будут проводить испытания;

• способ пайки;

• число циклов пайки;

• минимальное значение прочности на отрыв.

Определение прочности на вырыв покрытий сквозных металлизированных отверстий без контактных площадок. Испытания проводятся для оценки способности металлизированных отверстий без контактных площадок вы­держивать повторные операции пайки.

В качестве образцов используются серийные ПП, тест-купоны или составные тест-купоны, на которых определяется десять металлизированных отверстий без контактных площадок для проведения испытаний.

Перед проведением испытаний облуженный конец проволоки впаива­ют в отверстия ПП (образца) таким образом, чтобы он выступал на противоположной стороне ПП на расстояние более 1,5 мм. Испытания проводятся паяльником или погружением в расплавленный припой в соответст­вии с методиками, приведенными в предыдущем испытании. Число циклов указывается в ЧТУ.

После последнего цикла пайки ПП, образец охлаждают в течение 30 мин при нормальных атмосферных условиях и помещают на разрыв­ную машину. К проволоке ПП под прямым углом прикладывают посте­пенно увеличивающееся усилие со скоростью не более 50 Н/с до тех пор, пока столбик металлизации в отверстиях не отделится от материала осно­вания ПП.

На каждой стороне ПП проводят пять испытаний. Прочность на вырыв металлизации из отверстий ПП определяется минимальным усилием, необходимым для отрыва покрытия из десяти отверстий.

При этом заранее устанавливается:

• испытываемые металлизированные отверстия;

• способ пайки;

• число циклов пайки;

• минимальное значение прочности на вырыв.

Определение отклонения от плоскостности ПП. Испытания проводятся на серийной ПП, которая размещается на столе вогнутой стороной вверх и измеряется максимальный зазор между линейкой, лежащей на вогнутой поверхности и ПП с точностью до 0,1 мм.

Значение плоскостности ПП на 100 мм длины, К, мм, рассчитывают по следующей формуле:

где Н — максимальное расстояние от поверхности ПП до линейки, мм;

L — расстояние между точками опоры линейки, мм.

 

 

Плоскостность оценивается радиусом кривизны R, мм:

За показатель плоскостности принимают минимальный радиус кривизны при указанных размерах ПП. Заранее устанавливается минимальное значение плоскостности.

Установление способности ГПП выдерживать изгиб во время эксплуата­ции. Испытания проводятся на серийной ПП, из которой вырезают образец размером 100 х (22+2) мм. Испытуемый образец устанавливают таким обра­зом, чтобы внутренний диаметр петли был равен (9,6+0,4) мм, а возвратно-поступательное движение петли образца ГПП находилось бы в пределах 25...27 мм. При этом должно выполняться не более 10 циклов в минуту.

Возвратно-поступательное движение образца выполняется до тех пор, пока или не произойдет обрыв печатного проводника ГПП, что вызывает остановку мотора, или до тех пор, пока не будет выполнено требуемое чис­ло испытаний без повреждения токопроводящих участков ГПП.

Испытания проводятся на двух образцах для двух случаев:

• когда рисунок печатных проводников находится внутри петли;

• когда рисунок печатных проводников находится на внешней стороне петли.

Такие же испытания выполняют и в поперечном направлении.

Показателем усталости от изгиба ГПП является минимальное число циклов, вызывающее разрыв печатного проводника в любом направлении (продольном или поперечном) с расположением рисунка печатных проводников внутри или снаружи петли.

В частном ТУ оговаривается:

• положение сторон пайки ГПП относительно зажимного устройства;

• направление изгиба;

• число циклов изгиба;

• допускаемое расслоение;

После испытаний на усталость от изгиба, проводят визуальный осмотр печатных проводников с использованием лупы с линейным трехкратным увеличением при рассеянном свете.