Pozorování a měření průchozích otvorů a připojovacích ploch PWB
Smartphony, tablety, nositelná zařízení a další podobné produkty jsou konstruovány jako stále menší, tenčí a vybavenější funkcemi. Proto jsou i PCB a součástky navrhovány jako stále menší, hustší a s více vrstvami. V důsledku toho je stále obtížnější pozorovat drobné díly (například průchozí otvory, připojovací plochy a podklady) a měřit a vyhodnocovat 3D tvary (například nerovnosti povrchu) pro účely výzkumu, vývoje a zajištění kvality osazených (Printed Circuit Board, PCB) a neosazených (Printed Wiring Board, PWB) desek plošných spojů. Tato část uvádí základní informace o osazování PWB a PCB a příklady pozorování a měření detailů PWB s využitím našeho nejnovějšího digitálního 4K mikroskopu.
- Typy, struktury a charakteristiky PWB
- Metody osazování PCB
- Příklady pozorování a měření průchozích otvorů a připojovacích ploch PWB
- Digitální 4K mikroskop, který výrazně podporuje výzkum, vývoj a zajišťování kvality PWB a PCB
Typy, struktury a charakteristiky PWB
Kvalita po osazení součástek při výrobě PCB závisí na PWB. Níže jsou uvedeny typy PWB a struktura, charakteristiky a názvy dílů jednotlivých typů.
Typy PWB
Reprezentativní typy, charakteristiky a struktury jsou vysvětleny níže pomocí obrázků.
Jednostranná (jednovrstvá) deska
Měděná fólie je natištěna jen na jednu stranu substrátu. Protože jde jen o jednu vrstvu, hovoříme o jednovrstvé desce. Do substrátu jsou vyvrtány nebo proraženy nepokovené průchozí otvory, do nichž se zasouvají vývody nebo elektrody součástek. Vnitřky těchto otvorů jsou nevodivé, protože nejsou pokoveny mědí. Připojovací plochy nebo podklady na substrátu jsou potaženy měděnou fólií, aby byly v kontaktu s osazovanými součástkami. Vzhledem k nízkým výrobním nákladům se jednostranné desky často používají při hromadné výrobě spotřební elektroniky.
- A
- Nepokovený průchozí otvor
- B
- Substrát
- C
- Měděná fólie
Oboustranná (dvouvrstvá) deska
Měděná fólie je natištěna na obě strany substrátu. Tento typ se nazývá dvouvrstvá deska. Vnitřky průchozích otvorů používaných pro montáž součástek jsou vodivé, protože jsou pokoveny mědí. Výrobní náklady jsou vyšší než u jednostranných desek. Přesto se tento typ v elektronice široce používá, protože oblast pro zapojení a montáž je dvakrát větší než u jednostranné desky, což omezuje potřebnou velikost použitého substrátu.
- A
- Průchozí otvor
- B
- Substrát
- C
- Měděná fólie
Vícevrstvá deska
U vícevrstvých desek se vrství měděná fólie a izolační vrstvy nazývané prepreg. Podle počtu vrstev na sobě se těmto typům desek říká čtyřvrstvé, šestivrstvé nebo osmivrstvé. Čím více vrstev deska má, tím složitější je její struktura. Úměrně tomu se zvyšují i konstrukční a výrobní náklady. Vícevrstvé desky mohou navíc mezi vrstvami obsahovat napájecí obvody a obecná signální vedení, což zvětšuje plochu povrchu použitého pro montáž a také hustotu této montáže.
- A
- Průchozí otvor
- B
- Prepreg (izolační vrstvy)
- C
- Substrát
- D
- Měděná fólie
Metody osazování PCB
Osazování PCB je proces pájení elektronických součástek na PWB, která pak funguje jako PCB. Při osazování elektronických součástek na PWB se běžně používají dvě metody: technologie montáže skrz otvory a technologie povrchové montáže. Charakteristiky obou technologií jsou představeny níže pomocí obrázků.
Technologie montáže skrz otvory (IMT)
U této technologie se vývody nebo elektrody připájí po prostrčení průchozími otvory na PWB. Pájka nanesená na vnitřní stěnu průchozího otvoru mírně snižuje impedanci spoje. Nevýhodou této technologie je, že součástky uspořádané na povrchu potřebují větší substrát, takže je obtížné PCB miniaturizovat.
Vývody osazovaných součástek jsou rovné a směřují dolů, aby je bylo možné zasunout do průchozích otvorů. Taková součástka se nazývá dual in-line package (DIP).
Technologie povrchové montáže (SMT)
Technologie povrchové montáže (SMT) se dnes u osazování PCB používá nejčastěji. Elektronické součástky se osadí na pájku nanesenou na připojovací plochy na povrchu PWB a připojí se zahřátím v peci. Průchozí otvory se nepoužívají. Říká se tomu pájení přetavením. Na rozdíl od technologie IMT se vývody nebo elektrody nemusí prostrkávat skrz PWB, takže lze u technologie SMT efektivně a velmi flexibilně uspořádat součástky na obou stranách PWB. Technologie SMT umožňuje osadit větší počet elektronických součástek a PCB tak mohou být menší a hustší.
Součástky pro montáž na povrch, označované jako součástky pro povrchovou montáž (Surface Mount Devices, SMD), jsou pouzdra, která mají hroty vývodů rovnoběžné s připojovacími plochami nebo elektrody na obou spodních okrajích nebo po stranách.
Příklady pozorování a měření průchozích otvorů a připojovacích ploch PWB
Průchozí otvory a připojovací plochy na PWB hrají důležitou roli při připojování součástek k PWB i při vzájemném propojování součástek v obvodech. Během procesu osazování je třeba kontrolovat různé aspekty, například nanesení pájky, stav pájecí lázně a teplotní profily přetavovacích pecí. I při maximální pozornosti věnované jednotlivým procesům a materiálům se mohou vyskytnout vadné průchozí otvory a připojovací plochy, které mohou vést k poruchám vedení nebo funkce PCB.
Průchozí otvory a připojovací plochy PWB mívají nerovnosti povrchu a odrazy typické pro měděnou fólii. Optickým mikroskopem je obtížné sledovat PWB pod úhlem, částečně proto, že to vyžaduje spoustu času a úsilí a zaostřit lze vždy jen na část povrchové nerovnosti. Kromě toho je obtížné na velmi malých PWB měřit 3D tvary a rozměry mikroskopických průchozích otvorů a připojovacích ploch.
Digitální 4K mikroskop KEYENCE řady VHX používá optickou pozorovací soustavu s vysokým rozlišením a velkou hloubkou ostrosti, což řadu problémů řeší.
Tento mikroskop je vybaven nejrůznějšími funkcemi ovládanými prostřednictvím jednoduchých úkonů, mezi něž patří například bezproblémové pozorování s náklonem, pozorování prostřednictvím plně zaostřených 4K snímků zachycených pomocí hloubkové kompozice a dalších souvisejících funkcí, pořizování vysoce kontrastních snímků a velmi přesné 3D měření, což zvyšuje pokročilost a efektivitu práce při zajišťování kvality, výzkumu a vývoji PCB a PWB. Níže se můžete seznámit s příklady skutečných pozorování a měření průchozích otvorů a připojovacích ploch na PWB pomocí mikroskopů řady VHX.
Pozorování průchozích otvorů s náklonem
Měděný povlak sloupnutý z vnitřku průchozího otvoru může způsobit poruchy kontaktu. Pro pozorování hlubokých otvorů optickým mikroskopem je nutné opakovat pozorování s náklonem na vzorku upevněném v určitém úhlu pomocí přípravku, což je obtížné a náročné na čas a úsilí.
Digitální 4K mikroskop řady VHX používá pozorovací stojan pro práci pod jakýmkoliv úhlem s velmi přesným tříosým (XYZ) motorizovaným stolkem, který umožňuje pozorování s náklonem se snadným zarovnáním zorného pole, rotací a pohybem po šikmé ose. Objekt zůstává vycentrovaný v zorném poli, i když je objektiv nakloněný nebo otočený, což umožňuje plynulé a rychlé pozorování s náklonem prostřednictvím snímků s vysokým rozlišením 4K.
Kromě toho lze pomocí funkce hloubkové kompozice provádět pozorování s náklonem v zapuštěných místech, například uvnitř průchozích otvorů, pomocí zřetelných snímků, které jsou i při velkém zvětšení plně zaostřené v celém zorném poli.
U řady VHX je také možné určit náročné světelné podmínky pomocí jednoduchých úkonů a bez nutnosti nastavování. Pomocí funkce vícenásobného osvětlení, která umožňuje stisknutím tlačítka získat data snímků automaticky pořízených za všesměrového osvětlení, může obsluha zahájit pozorování pouhým intuitivním výběrem snímku vhodného pro daný účel.
Na následujícím obrázku je příklad pozorování s náklonem uvnitř průchozího otvoru, tedy v místě, které se obtížně osvětluje, pomocí jasného a zřetelného snímku pořízeného pomocí kombinace kruhového osvětlení a podsvícení. Lze zde podrobně pozorovat i mikroskopické vady jako odloupnutí měděné fólie z povrchu otvoru.
Pozorování povrchových nerovností připojovacích ploch (snímek v režimu optického stínového efektu)
Na površích připojovacích ploch pokovených mědí se vyskytují nepatrné povrchové nerovnosti. Vzhledem k nízkému kontrastu je však obtížné zřetelně zachytit stav povrchu.
Digitální 4K mikroskop řady VHX disponuje režimem optického stínového efektu, který umožňuje snadno pořizovat snímky s vysokým kontrastem a zároveň eliminuje potřebu příprav, například vakuování. Stav povrchu lze detailně pozorovat a vyhodnocovat pomocí snímku, který zvýrazňuje nerovnosti povrchu připojovací plochy.
3D měření a měření profilu vadného pokovení připojovacích ploch
Vadné připojovací plochy na PWB, například kvůli odlupování měděného pokovení, mohou způsobit chybnou funkci PCB nebo problémy při osazování součástek. Měřit mikroskopické 3D tvary připojovacích ploch pomocí kontaktních měřicích přístrojů nebo optických mikroskopů je však obtížné.
Digitální 4K mikroskop řady VHX umožňuje provádět velmi přesné 3D měření pomocí pozorovacích snímků s vysokým rozlišením. Měřené hodnoty nerovných povrchů a 3D snímky lze získat i zachycením nepatrných povrchových nerovností a drsnosti pomocí snímku pořízeného přímo shora.
Obsluha může také měřit profily v požadovaných místech po jednoduchém výběru místa myší při sledování obrazovky. Z 2D měření tvaru průřezu vadné oblasti lze pro povrchové nerovnosti získat hodnoty měřené na submikronové úrovni, což umožňuje rychle provést velmi přesnou analýzu.
Digitální 4K mikroskop, který výrazně podporuje výzkum, vývoj a zajišťování kvality PWB a PCB
Digitální 4K mikroskop řady VHX umí provádět na PWB pokročilé pozorování při zvětšení a velmi přesné 3D měření průchozích otvorů a připojovacích ploch, což je nezbytné pro dosažení vyšší spolehlivosti PCB. Tento mikroskop dokáže také hladce podporovat kompletní sérii operací, včetně automatické tvorby zprávy, s využitím jediného přístroje. Různé funkce ovládané prostřednictvím jednoduchých úkonů usnadňují dříve složité úkoly, čímž zkracují čas potřebný na tyto úkoly a zlepšují efektivitu práce.
Mikroskop řady VHX, který lze použít pro nejrůznější pozorování a měření potřebná v průmyslu elektronických zařízení, je vybaven i řadou dalších funkcí, které zde ani nejsou popsány. Pokud potřebujete další informace o produktu nebo máte dotazy, klikněte na tlačítka níže.
