Применение критериев IPC для приемки печатных плат и электронных блоков. Часть 2. Сквозные отверстия печатных плат

Сергей Шихов

Продолжение. Начало в № 6 `2008

При использовании спецификаций IPC в качестве критериев приемки выделяется три
класса готовых изделий, в соответствии с ними определяются приемлемые и неприемлемые характеристики ПП и электронных блоков.

• Класс 1 — изделия, к которым не предъявляются
  высокие требования по надежности: бытовая электроника, приборы, в которых допустимы косметические дефекты. Основная цель — принципиальная функциональность печатной платы.
• Класс 2 — изделия с повышенными требованиями к надежности: системы связи и управления, другие устройства, функционирование которых необходимо в течение длительного срока, однако выход из строя не является критическим. Допустимы
  небольшие косметические дефекты.
• Класс 3 — изделия с максимальными требованиями к надежности: оборудование, которое должно
  функционировать при любых обстоятельствах,—
  системы поддержания жизнедеятельности, системы управления полетом и т. д. Недопустимы любые отклонения от предполагаемых характеристик, влияющие на функциональность и надежность устройства.

Рассмотрим характеристики сквозных отверстий
ПП с точки зрения приемлемости или неприемлемости в соответствии с данными классами готовых
изделий.

Допуски размеров отверстий, точность взаимного
расположения, а также допуски на смещение отверстий относительно проводящего рисунка должны
быть специфицированы в конструкторской документации. Соблюдение допусков диаметров должно проверяться на образце печатной платы отдельно для
каждого типа отверстия. Число проверяемых отверстий одного диаметра определяется производителем
и должно быть достаточным для корректного контроля всей партии, исходя из текущего показателя качества. Допуски расположения проверяются только
для тех отверстий, расположение которых критично
(и отражено на чертеже в конструкторской документации). В случае если это не указано в конструкторских требованиях на ПП, взаимное расположение остальных отверстий (как металлизированных, так и неметаллизированных) не контролируется, так как их
расположение задано в технологических файлах на
ПП, контролируется только соблюдение требований
к минимальному гарантированному пояску вокруг
отверстия. Неровности металлизации отверстий допускаются в случае, если при этом диаметры отверстий не выходят за рамки допусков, указанных в конструкторской документации.

Сквозные металлизированные
отверстия

Сквозные металлизированные отверстия (plated
trough holes, PTH) могут выступать в качестве переходных отверстий (обеспечивать электрический контакт между элементами проводящего рисунка на разных слоях ПП) или в качестве монтажных и крепежных отверстий.

Повреждения (пропуски)
металлизации отверстий

Предпочтительным (идеальным) условием является полное отсутствие дефектов покрытия стенок
металлизированных отверстий, то есть весь «колодец» отверстия равномерно и без разрывов должен
быть покрыт гальванической медью (рис. 1). Соблюдение данного условия является обязательным для
плат, относящихся к классу 3.

Рис. 1. Повреждение металлизации стенки
отверстия (источник — IPC-600-F)

Для ПП, относящихся к более низким классам, устанавливаются менее жесткие требования.

Для класса 2 допустимым является:

• наличие не более одного повреждения металлизации в любом отверстии;
• количество отверстий с подобными дефектами не превышает 5% от общего числа отверстий на ПП;
• размер любого повреждения металлизации
  не превышает 5% глубины отверстия (толщины ПП);
• протяженность дефекта по окружности не
  превышает 90°.

Для класса 3 допустимым является:

• наличие не более трех повреждений металлизации в любом отверстии;
• количество отверстий с подобными дефектами не превышает 10% от общего числа отверстий на ПП;
• размер любого повреждения металлизации
  не превышает 10% глубины отверстия (толщины ПП);
• протяженность дефекта по окружности не
  превышает 90°.

Печатные платы, не удовлетворяющие данным условиям, считаются дефектными в своем классе изготовления.

Гарантийный поясок отверстия

Минимальная ширина гарантийного пояска отверстия (рис. 2) — это расстояние между
краем отверстия (после металлизации) и краем соответствующей контактной площадки
в самом узком месте. Сужение гарантийного
пояска связано, в основном, со смещением отверстия относительно проводящего рисунка
(контактной площадки).

Рис. 2. Гарантийный поясок отверстия
(источник — IPC-6012B)

Сильное смещение отверстия относительно проводящего рисунка может привести
к разрыву контактной площадки. В качестве
численной характеристики разрыва применяется так называемый угол разрыва (рис. 3).

Рис. 3. Разрыв контактной площадки:
а) 90°; б) 180°

Предпочтительным (идеальным) условием
является точное совпадение центра отверстия
и геометрического центра соответствующей
контактной площадки. Однако абсолютного
отсутствия смещения отверстий относительно проводящего рисунка добиться невозможно, поэтому вводятся следующие критерии,
в зависимости от класса ПП:

Для класса 3:

• Допускается смещение центра отверстия относительно центра контактной площадки,
  при этом минимальное значение гарантийного пояска составляет 0,050 мм.
• Минимальное значение гарантийного пояска для внешних слоев ПП может уменьшаться на 20% по отношению к вышеприведенному значению из-за таких дефектов,
  как ямки, зубчики, проколы или сколы.
  Для класса 2:
• Допускается разрыв контактной площадки
  вне зоны контакта с проводником, угол разрыва не должен превышать 90°.
• В зоне контакта с проводником угол разрыва не должен превышать 90°, при этом остаточная ширина проводника должна составлять не менее 80% от исходной.
  Для класса 1:
• Допускается разрыв контактной площадки
  вне зоны контакта с проводником, угол разрыва не должен превышать 180°.
• В зоне контакта с проводником угол разрыва не должен превышать 180°, при этом остаточная ширина проводника должна составлять не менее 70% от исходной.
• Дефекты не должны оказывать влияние на
  функциональность печатной платы и препятствовать нормальному монтажу элементов.

Толщина металлизации (стенки)
отверстия

В спецификации IPC-6012B содержатся следующие данные по минимальной толщине
металлизации сквозных отверстий, в зависимости от класса изделия (таблица).

Таблица. Данные по минимальной толщине
металлизации сквозных отверстий
(источник — IPC-6012B)

Сквозные неметаллизированные
отверстия

Для неметаллизированых отверстий применяются следующие критерии приемки:

1. Класс 3:
   – Допускается смещение центра отверстия
   относительно центра контактной площадки, при этом минимальное значение гарантийного пояска составляет 0,15 мм.
   – Минимальное значение гарантийного пояска для внешних слоев ПП может уменьшаться на 20% по отношению к вышеприведенному значению из-за таких дефектов,
   как ямки, зубчики, проколы или сколы.
2. Класс 2:
   – Не допускается разрыва контактной площадки, минимальная ширина гарантийного пояска не оговаривается.
3. Класс 1:
   – Допускается разрыв контактной площадки, исключая зону контакта с проводником.

Литература

1. IPC-A-600f — Acceptability of printed boards.
2. IPC-TM-650 — Test methods manual.
3. IPC-T-50 — Terms and Definitions for Interconnecting
   and Packaging Electronic Circuits.
4. IPC-6012B — Qualification and Performance
   Specification for Rigid Printed Boards.