Obserwacja i pomiary otworów przelotowych i powierzchni łączących na płytkach PWB
Urządzenia takie jak smartfony, tablety i urządzenia ubieralne stają się coraz bardziej funkcjonalne, mniejsze i cieńsze. Z tego względu płytki PCB i ich elementy także stały mniejsze, gęstsze i wielowarstwowe. W rezultacie coraz trudniej jest obserwować małe części (takie jak otwory przelotowe, powierzchnie łączące i podłoża) oraz mierzyć i oceniać kształty 3D (takie jak nierówności powierzchni) na potrzeby badań, rozwoju i zapewnienia jakości obwodów drukowanych (Printed Circuit Board — PCB) i płytek z obwodami bez nadruku (Non-Printed Wiring Board — PWB). Ta część zawiera podstawowe informacje na temat montażu PWB i PCB oraz przykłady obserwacji i pomiarów detali PWB przy użyciu naszego najnowszego mikroskopu cyfrowego 4K.
- Typy, struktury i cechy PWB
- Metody montażu PCB
- Przykłady obserwacji i pomiarów otworów przelotowych i powierzchni łączących na płytkach PWB
- Mikroskop cyfrowy 4K, który znacząco wspomaga zapewnienie jakości, badania i rozwój PWB i PCB
Typy, struktury i cechy PWB
Jakość elementów po montażu w produkcji PCB zależy od płyty PWB. Poniżej przedstawiono typy PWB oraz strukturę, charakterystykę i nazwy części każdego typu.
Typy PWB
Reprezentatywne typy, cechy i struktury są wyjaśnione poniżej wraz z rysunkami.
Płyta jednostronna (jednowarstwowa)
Folia miedziana jest nadrukowana tylko z jednej strony podłoża. Ponieważ jest to tylko jedna warstwa, mówimy o płytce jednowarstwowej. W podłożu wierci się lub wykrawa niepowlekane otwory przelotowe, w które wkłada się bolce lub elektrody komponentów. Wnętrza tych otworów nie przewodzą prądu, ponieważ nie są pokryte miedzią. Powierzchnie łączące lub podłoża na podłożu są pokryte folią miedzianą, aby utrzymać je w kontakcie z elementami, które mają być zamontowane. Jednostronne płytki są często używane w masowo produkowanej elektronice do użytku konsumenckiego ze względu na niskie koszty produkcji.
- A
- Niepowlekany otwór przelotowy
- B
- Podłoże
- C
- Folia miedziana
Płyta dwustronna (dwuwarstwowa)
Folia miedziana jest nadrukowana z obu stron podłoża. Ten typ nosi nazwę płytki dwuwarstwowej. Wnętrza otworów przelotowych używanych do montażu komponentów przewodzą prąd, ponieważ są pokryte miedzią. Koszty produkcji są wyższe niż w przypadku płyt jednostronnych. Mimo to ten typ jest szeroko stosowany w elektronice, ponieważ powierzchnia przeznaczona na okablowanie i montaż jest dwa razy większa niż w przypadku płytki jednostronnej, co ogranicza wymagany rozmiar stosowanego podłoża.
- A
- Otwór przelotowy
- B
- Podłoże
- C
- Folia miedziana
Płyta wielowarstwowa
W przypadku płyt wielowarstwowych nakłada się folię miedzianą i warstwę izolacyjną zwaną prepregiem. Ten typ nazywany jest płytą czterowarstwową, sześciowarstwową lub ośmiowarstwową w zależności od liczby laminowanych warstw. Im więcej warstw ma płyta, tym bardziej złożona jest jej struktura. Odpowiednio wzrastają koszty projektowania i produkcji. Jednocześnie płytki wielowarstwowe mogą zawierać obwody zasilania i ogólne linie sygnałowe pomiędzy warstwami, zwiększając powierzchnię używaną do montażu, a także zwiększając gęstość montażu.
- A
- Otwór przelotowy
- B
- Prepreg (warstwy izolacyjne)
- C
- Podłoże
- D
- Folia miedziana
Metody montażu PCB
Lutowanie PCB to proces lutowania elementów elektronicznych na płycie PWB, która następnie pełni rolę płytki PCB. Do montażu elementów elektronicznych na płytkach PWB powszechnie stosuje się dwie metody: technologię montażu przelotowego i technologię montażu powierzchniowego. Poniżej przedstawiono charakterystykę każdej z technologii wraz z rysunkami.
Technologia montażu przez otwór (IMT)
W tej technologii przewody lub elektrody są lutowane po przepchnięciu przez otwory przelotowe na płytce PWB. Lut naniesiony na wewnętrzną ściankę otworu przelotowego nieznacznie zmniejsza impedancję połączenia. Wadą tej technologii jest to, że elementy ułożone na powierzchni wymagają większego podłoża, co utrudnia miniaturyzację płytki PCB.
Przewody dopasowanych elementów są proste i skierowane ku dołowi, tak by można je było włożyć w otwory przelotowe. Taki element jest nazywany pakietem DIP (Dual In-line Package).
Technologia montażu powierzchniowego (SMT)
Technologia montażu powierzchniowego (SMT) jest obecnie najczęściej używana do montażu płytek PCB. Elementy elektroniczne są montowane na lutach naniesionych na powierzchnie PWB i łączone przez wygrzewanie w piecu. Otwory przelotowe nie są stosowane. Jest to tak zwane lutowanie rozpływowe. W przeciwieństwie do IMT, przewody lub elektrody nie muszą przechodzić przez płyty PWB, dlatego w technologii SMT można efektywnie rozmieszczać komponenty po obu stronach płyty PWB, zachowując dużą elastyczność. W technologii SMT można montować większą liczbę elementów elektronicznych, dzięki czemu płytki PCB są mniejsze i gęstsze.
Komponenty do montażu na powierzchni, nazywane urządzeniami do montażu powierzchniowego (SMD), to pakiety, których końcówki przewodów są równoległe do podłoża lub mają elektrody na obu dolnych krawędziach lub po bokach.
Przykłady obserwacji i pomiarów otworów przelotowych i powierzchni łączących na płytkach PWB
Otwory przelotowe i powierzchnie łączące na PWB odgrywają ważną rolę w łączeniu komponentów z PWB, a także w łączeniu komponentów w obwodach. Podczas procesu montażu trzeba kontrolować różne aspekty, takie jak nakładanie lutu, stan kąpieli lutowniczej i profile temperaturowe pieców rozpływowych. Nawet przy najwyższej dbałości o indywidualne procesy i materiały mogą pojawić się wadliwe otwory przelotowe i powierzchnie łączące, co może doprowadzić do awarii okablowania lub płytki PCB.
Otwory przelotowe i powierzchnie łączące na płytach PWB mają nierówności powierzchni i odbicia charakterystyczne dla folii miedzianej. Trudno jest obserwować PWB pod kątem za pomocą mikroskopu optycznego, częściowo dlatego, że wymaga to dużo czasu i wysiłku, a ponadto zawsze można uzyskać ostry obraz tylko części chropowatości powierzchni. Trudno jest też zmierzyć kształty 3D i wymiary mikroskopijnych otworów przelotowych i powierzchni łączących na bardzo małych płytkach PWB.
Mikroskop cyfrowy 4K firmy KEYENCE serii VHX wykorzystuje systemy optyczne i obserwacyjne, które osiągnęły zarówno wysoką rozdzielczość, jak i dużą głębię ostrości, co pozwala rozwiązywać różne problemy.
Ten mikroskop jest wyposażony w wiele funkcji, którymi można sterować za pomocą prostych czynności, w tym płynną obserwację w nachyleniu, obserwację na ostrych w całości obrazach 4K zarejestrowanych za pomocą kompozycji głębi i innych pokrewnych funkcji, rejestrowanie obrazów o wysokim kontraście i precyzyjne pomiary 3D, co zwiększa postęp i wydajność zapewniania jakości PCB i PWB oraz realizacji prac badawczo-rozwojowych. Czytaj dalej, aby zapoznać się z przykładami rzeczywistych obserwacji i pomiarów otworów przelotowych i powierzchni połączeń na PWB przy użyciu mikroskopów serii VHX.
Obserwacja pod kątem otworów przelotowych
Miedziana powłoka złuszczona z wnętrza otworów przelotowych może spowodować uszkodzenie styków. Aby zaobserwować głębokie otwory za pomocą mikroskopu optycznego, trzeba powtarzać obserwacje w nachyleniu na próbce zamocowanej pod kątem za pomocą uchwytu (jig), co jest trudne i wymaga dużo czasu i wysiłku.
Mikroskop cyfrowy 4K serii VHX jest wyposażony w system obserwacji pod dowolnym kątem i napędzany silnikiem stolik XYZ umożliwiający wysoce dokładną obserwację w nachyleniu z łatwym wyrównaniem pola widzenia, obrotem i ruchem po osi skośnej. Obiekt pozostaje wyśrodkowany w polu widzenia nawet wtedy, gdy obiektyw jest przechylony lub obrócony, co pozwala na płynną i szybką obserwację pod kątem z wykorzystaniem obrazów 4K o wysokiej rozdzielczości.
Dodatkowo, funkcja kompozycji głębi umożliwia obserwację pod kątem obszarów zagłębionych, takich jak wnętrza otworów przelotowych, przy użyciu wyraźnych obrazów, które są całkowicie ostre w całym polu widzenia, nawet przy dużych powiększeniach.
Seria VHX może też określić trudne warunki oświetleniowe za pomocą prostych operacji i bez konieczności regulacji. Korzystając z funkcji multioświetlenia, która po naciśnięciu jednego przycisku pozwala uzyskać dane obrazów automatycznie zarejestrowanych przy oświetleniu wielokierunkowym, operator może rozpocząć obserwację, intuicyjnie wybierając obraz odpowiedni do danego celu.
Poniższa ilustracja przedstawia przykład obserwacji w nachyleniu wnętrza otworu przelotowego, który jest trudny do oświetlenia, z wykorzystaniem jasnego i wyraźnego obrazu uzyskanego dzięki kombinacji oświetlenia pierścieniowego i podświetlenia. Można dokładnie obserwować nawet mikroskopijne defekty, takie jak folia miedziana odklejona od powierzchni otworu.
Obserwacja nieregularności powierzchni łączących (obraz w trybie efektu cienia optycznego)
Na powierzchniach łączących pokrytych miedzią występują subtelne nierówności. Trudno jest jednak wyraźnie uchwycić warunki powierzchniowe ze względu na niski kontrast.
Mikroskop cyfrowy 4K serii VHX jest wyposażony w tryb efektu cienia optycznego, co ułatwia wykonywanie zdjęć o wysokim kontraście, eliminując potrzebę przygotowań, takich jak odsysanie próżniowe. Warunki powierzchniowe można dokładnie obserwować i oceniać za pomocą obrazu uwydatniającego nierówności powierzchni łączącej.
Pomiar 3D i pomiar profilu wadliwego pokrycia galwanicznego powierzchni łączących
Uszkodzone powierzchnie łączące na płytkach PWB, np. z powodu złuszczonej miedzi, mogą prowadzić do wadliwego działania płytek PCB lub problemów z montażem komponentów. Jednak trudno jest zmierzyć mikroskopijne kształty 3D powierzchni łączących za pomocą stykowych przyrządów pomiarowych lub mikroskopów optycznych.
Mikroskop cyfrowy 4K serii VHX może wykonywać bardzo dokładne pomiary 3D za pomocą obrazów obserwacyjnych o wysokiej rozdzielczości. Wartości pomiarowe nierównych powierzchni i obrazy 3D można również uzyskać, wychwytując subtelne nierówności i chropowatości powierzchni za pomocą obrazu wykonanego bezpośrednio z góry.
Operatorzy mogą też mierzyć profile w wybranych miejscach, po prostu wskazując je myszą i obserwując ekran. Wartości pomiarowe na poziomie submikrometrowym można uzyskać dla nieregularności powierzchni z dwuwymiarowego przekroju uszkodzonego obszaru, co pozwala na szybkie przeprowadzenie bardzo dokładnej analizy.
Mikroskop cyfrowy 4K, który znacząco wspomaga zapewnienie jakości, badania i rozwój PWB i PCB
Mikroskop cyfrowy 4K serii VHX może prowadzić zaawansowane obserwacje w powiększeniu i bardzo dokładne pomiary 3D otworów przelotowych i powierzchni łączących na płytkach PWB, co jest niezbędne do osiągnięcia większej niezawodności płytki PCB. Mikroskop ten może również bezproblemowo obsługiwać całą serię operacji aż do automatycznego tworzenia raportów za pomocą jednego urządzenia. Różne funkcje, które są dostępne za pomocą prostych operacji, ułatwiają trudne zadania, skracając czas potrzebny na ich wykonanie i zwiększając efektywność pracy.
Seria VHX, która może być używana do różnych obserwacji i pomiarów wymaganych w przemyśle urządzeń elektronicznych, jest wyposażona w wiele innych funkcji, które nie zostały tu przedstawione. Aby uzyskać dodatkowe informacje o produktach lub zadać pytanie, kliknij poniższe przyciski.
