ГОСТ IEC 61189-3-2013. Межгосударственный стандарт. Методы испытаний электрических материалов, печатных плат и других структур межсоединений и печатных узлов. Часть 3. Методы испытаний материалов для структур межсоединений (печатных плат)

12.11 Испытание 3X11: Оценка многослойных печатных плат (после термоудара) на неисправность переходов внутренних слоев и микротрещины фольги внутренних слоев

12.11.1 Цель

Метод испытаний описывает способ металлографической подготовки, шлифовки и полировки образцов печатных плат и способ оценки двух часто встречающихся отказов.

a) Неисправность переходов внутренних слоев (отрыв переходов)

Отрыв переходов внутренних слоев - это отделение или отсутствие соединения (частичное или полное) покрытий, нанесенных химическим или электролитическим способом, с фольгой или пленкой внутренних слоев в металлизированных сквозных отверстиях многослойной печатной платы.

b) Трещина фольги на внутренних слоях

Трещины в фольге или пленке на внутренних слоях, как правило, происходят вблизи области соединения покрытий, нанесенных химическим или электролитическим способом в металлизированных сквозных отверстиях многослойной печатной платы.

Метод испытания - дополнение к методу 3X09, который является главным металлографическим методом (метод микрошлифа), используемым при оценке многих параметров печатных плат.

В этом методе не приведены все возможные отказы, которые можно идентифицировать с помощью метода термоудара кондиционирования и последующего контроля под микроскопом.

12.11.2 Образец для испытаний

Как правило, образец для испытания содержит образец A или B в соответствии с IEC 62326-4-1. Берут не менее четырех образцов, из них не менее трех проходят микрошлиф перпендикулярно к поверхности образца и не менее одного параллельно к поверхности образца.

Образец также может содержать подходящую многослойную готовую плату. Необходимо анализировать не менее пяти отверстий с соединениями с внутренними слоями, распределенными между одним и более образцом. Количество микрошлифов должно соответствовать размеру партии, причем не менее 75% должны быть перпендикулярны к поверхности образца, а 25% должны быть параллельны поверхности образца.

В любом случае участок платы, выбранный в качестве образца, должен вырезаться из платы способом, не вызывающим внутреннего или внешнего повреждения проверяемых отверстий. Вырез выполняют на расстоянии не менее 5 мм от проверяемых отверстий.

12.11.3 Испытательное оборудование и материалы

Должны быть использованы следующие материалы и испытательное оборудование:

a) печь с циркуляцией воздуха, способная поддерживать температуру не менее (125 +/- 5) °C;

b) тигель с припоем, способный поддерживать температуру 260 °C - 265 °C (измеренную на 25 ниже поверхности припоя). Размеры тигля должны быть не менее чем 25 мм в длину, ширину и глубину. Припой может представлять собой состав олово/свинец с соотношением 60:40 или 63:37;

c) допускается использовать запатентованное вращательное шлифовальное и полировальное оборудование с комплектом наждачной бумаги;

d) для облегчения полировки может быть составлено подходящее смазочное вещество, состоящее из:

- 65%-ной дистиллированной или деионизированной воды,

- 25%-ного метанола,

- 10%-ного глицерола,

- капли моющей присадки;

e) травильный раствор для оценки внутреннего слоя на отсутствие трещин фольги следует готовить для каждой оценки или ежедневно в следующем составе:

- 50 см³ дистиллированной или деионизированной воды,

- 25 см³ аммиачного раствора (удельная плотность 0,88),

- 20 см³ перекиси водорода (% по объему);

f) травильный раствор для оценки наличия неисправности переходов внутренних слоев. Его следует готовить для каждой оценки или ежедневно в следующем составе:

- 65 см³ дистиллированной или деионизированной воды,

- 25 см³ аммиачного раствора,

- 10 мг персульфата аммония.

Примечание - Перед использованием раствор необходимо выдержать не менее 2 ч;

g) установка для сушки нагретым воздухом для сушки струей горячего воздуха;

h) микроскоп с диапазоном увеличения не менее 400^х - 1000^х.

12.11.4 Метод

Выполнить следующие действия.

12.11.4.1 Предварительное кондиционирование

Образец выдержать в печи с циркуляцией воздуха в течение 1 ч при температуре (125 +/- 5) °C, затем снова установить лабораторные окружающие условия на период не более 8 ч.

12.11.4.2 Кондиционирование (термоудар)

Нанести на образец флюс, используя материал, указанный в IEC 60068-2-20 (пункт 6.6.2).

12.11.4.3 Подготовка образцов

Образцы, на которых необходимо выполнить вертикальный микрошлиф, следует шлифовать наждачной бумагой номер 180 - 320, используя воду в качестве смазочного материала, под прямым углом к краю платы до состояния, когда через слоистый материал чуть виден цилиндр металлизированного сквозного отверстия с параллельными сторонами. Шлифованные края должны быть параллельны оси сверленого отверстия. Образцы, на которых необходимо выполнить горизонтальный микрошлиф, следует шлифовать до удаления поверхностного мениска припоя. До герметизации все образцы должны быть высушены.

12.11.4.4 Герметизация образца

Образцы монтируют с использованием пасты для заливки/запрессовки из эпоксидной или акриловой смолы с холодным отвердением. Должны быть использованы способы монтажа с принудительным отвердением и повышенным давлением или же методы горячего прессования.

Образцы, на которых необходимо выполнить вертикальный микрошлиф, монтируют с использованием подходящего разделительного зажима, удерживающего образец в вертикальном положении и по центру формы.

Образцы, на которых необходимо выполнить горизонтальный микрошлиф, в форме должны быть установлены плашмя. При необходимости для ограничения скорости шлифования по обеим сторонам образца могут быть установлены металлические штыри.

Микрошлифы следует маркировать таким образом, чтобы можно было установить их принадлежность к партии испытания/контроля. Необходимо принять меры, чтобы маркировка не удалялась в результате герметизации или шлифования.

Паста для заливки/запрессовки должна заливаться в форму таким образом, чтобы обеспечивалось заполнение всех отверстий образца и до полного покрытия образца обеспечивалось удаление всех пузырей захваченного воздуха. После отвердения герметизированный образец должен быть полностью извлечен из формы.

12.11.4.5 Шлифование микрошлифа

В начале смонтированный образец следует шлифовать наждачной бумагой номер 180 с водой в качестве смазки. Вертикальные микрошлифы следует шлифовать до уровня, находящегося непосредственно рядом с осевой линией металлизированного сквозного отверстия, причем все отверстия следует шлифовать до одинакового уровня. Горизонтальные микрошлифы следует шлифовать до глубины, находящейся непосредственно рядом с первым внутренним слоем.

Затем микрошлифы необходимо слегка прошлифовать последовательно наждачной бумагой номеров 320, 600 и 1200. После этого при необходимости можно использовать наждачную бумагу номер 2400. В качестве смазочного материала необходимо использовать воду. После каждой стадии шлифования образец необходимо промывать и поворачивать на 90° для следующей стадии. Шлифование на каждой стадии необходимо продолжать до состояния, когда признаки предыдущей стадии шлифования становятся невидимы.

12.11.4.6 Полировка микрошлифа

Затем микрошлифы необходимо полировать легким нажатием руки с использованием подходящей ткани для полировки, при этом вращая образец против направления полировального круга. Необходимо последовательно использовать более тонкие полировальники и полировальные составы и полировать в течение указанных периодов времени:

- алмазный круг <= 6 мкм - 30 с;

- алмазный круг <= 3 мкм - 20 с;

- алмазный круг <= 1 мкм - 10 с.

Смазочный материал, подходящий для полировки, описан в перечислении c) 12.11.3 настоящего метода испытания.

После каждой стадии полировки микрошлиф следует промывать подходящим патентованным очищающим средством до удаления всех следов алмазной пасты и/или смазочного средства. После сушки следует выполнить завершающую промывку микрошлифа спиртом.

12.11.4.7 Проверка качества подготовки микрошлифа

После полировки, но до травления, микрошлиф необходимо проверить при 400^х увеличении. На поверхности микрошлифа не должно быть царапин, пятен и других дефектов, способных затруднять контроль элементов образцов.

При необходимости микрошлифы следует подвергнуть повторной шлифовке наждачной бумагой номеров от 1200 или 2400, а затем повторной полировке в соответствии с 12.11.4.5.

Примечание - Контроль внутренних переходов до травления образца способен выявить плохое соединение металлов, осажденных на внутренние слои, а также другие дефекты, которые при последующем травлении могут быть скрыты.

12.11.4.8 Травление микрошлифа

После первоначального контроля необходимо выполнить травление микрошлифа с целью выявления отделения или отсутствия соединения металлов, осажденных на внутренние слои, или трещин фольги внутренних слоев. Необходимо выполнить два отдельных процесса травления.

Примечание - Указанные травильные растворы предназначены для электроосажденной меди и медной фольги внутренних слоев. Травильные растворы имеют ограниченное время хранения и должны готовиться заново. Для образцов, имеющих электроосажденный материал и материал фольги внутренних слоев, отличный от меди, могут требоваться другие типы травильного раствора. Травильный раствор следует наносить только на свежеполированные, очищенные и обезжиренные микрошлифы.

12.11.4.8.1 Трещины фольги на внутренних слоях

Необходимо использовать травильный раствор, описанный в перечислении d) 12.11.3. На суспензию гамма-глинозема или альфа-глинозема, осажденного на вращающуюся полировальную ткань, необходимо нанести несколько капель травильного раствора. Затем легким надавливанием руки микрошлиф следует вращать против направления вращения ткани в течение 10 - 15 с. Затем микрошлифы необходимо промыть водой для удаления остаточного травильного раствора, затем промыть спиртом и высушить.

Или травильный раствор на микрошлиф можно нанести с помощью ватной палочки, смоченной суспензией глинозем/травильный раствор.

Рекомендуется сначала выполнить легкое травление, а затем для увеличения глубины травления повторять травление. Перетравления следует избегать, но можно исправить повторной полировкой образца.

12.11.4.8.2 Неисправность переходов внутренних слоев

Необходимо использовать травильный раствор, описанный в 12.11.3. После полировки и промывки микрошлиф следует погрузить в травильный раствор приблизительно на 1 с (в зависимости от активности травильного раствора), а затем промыть в воде, спирте и высушить.

Или же, травильный раствор на микрошлиф можно нанести с помощью ватной палочки, смоченной суспензией глинозем/травильный раствор.

12.11.4.9 Проверка

Протравленный микрошлиф необходимо проверить при увеличении 400^х и 1000^х.

12.11.5 Протокол

Протокол должен содержать (для каждого образца):

a) номер испытания и индекс издания;

b) дату проведения испытания;

c) идентификационную информацию и описание образцов;

d) количество испытанных образцов;

e) тип неисправности, если имеется неисправность;

f) микрофотоснимок в случае визуального контроля в протокол должен быть включен;

g) любое отклонение от настоящего метода испытаний;

h) информацию о специалисте, проводившем испытание.

12.11.6 Дополнительная информация

В процессе подготовки и анализа микрошлифа важное значение имеют уровень опыта и квалификация оператора. Перед применением настоящего метода операторы должны ознакомиться с основами выполнения микрошлифа.

Для обеспечения качественного шлифования необходимо регулярно менять шлифовальные чаши. Другие лабораторные расходные материалы должны регулярно пополняться.

Необходимо использовать цветные микрофотоснимки.