Тест-купон и способ контроля погрешностей совмещения слоев многослойной печатной платы
TEST-COUPON AND METHOD OF MONITORING ERRORS OF COMPATIBILITY OF LAYERS OF MULTI-LAYERED PRINTED BOARD

Изобретение относится к радиоэлектронной технике и может быть использовано для контроля качества изготовления многослойных прецизионных печатных плат для цифровых устройств.
Наиболее близкий к заявленному изобретению тест-купон для измерения параметров многослойных печатных плат (МПП) представлен в государственном российском стандарте [ГОСТ IEC 61188-1-2-2013 Печатные платы и печатные узлы] и международном стандарте [IPC-2141 Controlled Impedance Circuit Boards and High Speed Logic Design].
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании тест-купонов, относится отсутствие в них возможности контролировать погрешности совмещения слоев МПП.
Наиболее близким к заявленному изобретению способа является устройство для контроля слоев печатных плат (патент Российской Федерации на изобретение RU 2001538 С1, МПК Н05K /18).
Сущность изобретения: формирование изображения происходит на рассеянном внутри подложки свете. В систему видеоконтроля слоев ПП, в которой формирование оптического изображения происходит с использованием света, рассеянного внутри подложки, введена считывающая головка со светоизолирующими перегородками, перемещающаяся над контролируемой поверхностью слоя МПП на воздушной подушке. Устройство содержит координатный стол. Сформированное оптическое изображение поверхности контролируемого слоя преобразуют в цифровой вид и обрабатывают оцифрованное изображение по определенному алгоритму контроля с целью выявления дефектов.
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата, относится сложность определения смещений пар соседних слоев, т.к. в получаемом изображении слои сливаются в плоскости обработки изображения, необходимость разработки специального математического аппарата и алгоритмов обработки изображений, высокая стоимость оборудования вместе с математическим обеспечением обработки изображения слоев, низкая производительность операций контроля.
Техническим результатом изобретения является снижение стоимости и повышении производительности контрольных операций, уменьшение сложности процесса измерений и обработки результатов контроля.
i
imin
imin
Поставленная цель в тест-купоне достигается тем, что он состоит из 2n пар печатных проводников, ориентированных вдоль стороны МПП, каждую пару проводников располагают на соседних слоях металлизации МПП один под другим с некоторым смещением δ в направлении, перпендикулярном стороне МПП, пары проводников образуют две группы по n пар, для каждой следующей пары в группе смещение увеличивается на величину дискретного смещения Δ относительно смещения предыдущей пары, величина дискретного смещения Δ определяется минимальным разрешением δ выбранной технологии ПП (Δ≥δ), первая пара проводников в первой группе имеет смещение, равное отрицательному значению дискретного смещения -Δ, первая пара проводников во второй группе имеет смещение, равное положительному значению дискретного смещения Δ, в слоях, расположенных над и под тест-купоном в области размещения пар проводников металлизация отсутствует, один конец первого из пары проводников тест-купона подключен через металлизированное отверстие к контактной площадке на верхнем слое металлизации МПП, рядом с контактной площадкой первого проводника на верхнем слое металлизации МПП располагается контактная площадка для подключения через металлизированное отверстие второго проводника пары, ширина проводников тест-купона должна быть больше максимального конструктивного смещения проводников в парах (w>n⋅Δ), значение дискретного смещения Δ выбирается исходя из требуемой точности измерений, количество пар проводников n выбирается из условия превышения максимальным смещением в парах проводников тест-купона значения допуска θ на смещение слоев МПП (θ≤n⋅Δ), длина проводников тест-купона выбирается исходя из требований к полосковым линиям связи (длинным линиям).
Поставленная цель в способе достигается тем, что на МПП изготавливают тест-купон, состоящий из пар печатных проводников, ориентированных вдоль стороны МПП, каждую пару проводников располагают на двух соседних слоях металлизации МПП один под другим с некоторым смещением в направлении, перпендикулярном стороне МПП, к одному из каждой пары проводников с помощью пробника подключают прибор для измерения волнового сопротивления (рефлектометр), к другому проводнику пары через пробник рефлектометра подключают нулевой потенциал, выполняют измерение волнового сопротивления сигнальных проводников каждой пары, выбирают пару проводников с минимальным значением волнового сопротивления, по значению заданного для выбранной пары исходного смещения сигнального и заземленного проводников определяют смещение слоев МПП в направлении, перпендикулярном проводникам тест-купона.
Перечисленные отличительные признаки заявляемого изобретения позволяют снизить стоимости оборудования, уменьшить сложность процесса измерений и обработки результатов контроля.
Перечень чертежей:
На фиг. 1 изображен послойный чертеж тест-купона с двумя парами проводников.
На фиг. 2 изображен совмещенный чертеж топологии тест-купона из шести пар проводников.
Пример структуры тест-купона с двумя парами проводников приведен на фиг. 1.
imin
imin
На фиг. 1 показаны области размещения тест купона в трех слоях металлизации верхнем слое 1, i-м слое 2 и i+1-м слое 3. В области верхнего слоя 1 размещены контактные площадки 4, 5, 6, 7 для подключения пробника рефлектометра к тест-купону. Контактные площадки 6, 7 верхнего слоя через переходные отверстия связаны с контактными площадками 8, 9 проводников 10, 11 i-го слоя металлизации, контактные площадки 4, 5 верхнего слоя через переходные отверстия связаны с контактными площадками 12, 13 проводников 14, 15 i+1-го слоя металлизации. Ширина проводников тест-купона w и длина (13-15 см) определяется исходя из заданного значения волнового сопротивления длинных линий, образованных парами проводников. Первая пара проводников 10 и 14 смещена относительно друг друга на величину Δ, вторая пара проводников 11 и 15 смещена в обратную сторону относительно друг друга на величину -Δ. Величина смещения выбирается из условий: Δ≥δ, где δ - минимальное разрешение выбранной технологии и Δ≤w, где w ширина каждого проводника в тест-купоне.
На фиг. 2 показаны совмещенный чертеж топологии тест-купона из шести пар проводников. В трех верхних парах проводники смещения будут: первая пара на Δ, вторая на 2Δ, третья на 3Δ. В трех нижних парах проводники смещения будут: первая пара на -Δ, вторая на -2Δ, третья на -3Δ.
imin
imin
Величина смещения выбирается из условий: Δ≥δ, где δ - минимальное разрешение выбранной технологии и 3Δ≤w.
imin
При увеличении количества пар проводников тест-купона правила выбора смещений Δ будут следующими: Δ≥δ, θ≤n⋅Δ≤w, где θ - значения допуска на смещение слоев МПП.
Способ определения и контроля величина смещения слоев металлизации МПП осуществляется следующим образом.
1. На МПП вместе с проводниками схемы устройства в проверяемых слоях металлизации изготавливают тест-купоны в виде 2n пар проводников параллельных стороне МПП.
2. К контактным площадкам каждой пары проводников тест-купона поочередно подключаются пробники динамического рефлектометра и измеряют волновое сопротивление каждой пары проводников.
3. Выбирают пару проводников, имеющих минимальное волновое сопротивление.
4. По данным конструкции тест-купона определяют заданное смещение δ выбранной пары проводников относительно друг друга.
5. По найденному значению смещения пары проводников δ определяют смещение контролируемых слоев МПП относительно друг друга в направлении, перпендикулярном выбранной стороне МПП.
6. Для контроля смещения в направлении, перпендикулярном второй стороне МПП, на контролируемых слоях изготавливают тест-купон с проводниками, параллельными второй стороне МПП.
7. Выполняют измерения по пунктам 2-5 и принимают решение о смещение контролируемых слоев относительно друг друга.
Применение способа не требует проведения визуальных измерений смещения слоев МПП под воздействием погрешностей технологического процесса прессования и систем машинного зрения, позволяет оперативно контролировать параметры технологического процесса изготовления печатных плат, что выгодно отличает предлагаемое техническое решение от существующих трудоемких и дорогостоящих способов контроля.
Предлагаемые технические решения являются новыми, поскольку из общедоступных сведений не известен предлагаемый способ измерения погрешностей изготовления проводников печатных плат.
Предлагаемые технические решения имеют изобретательский уровень, поскольку из опубликованных научных данных и известных технических решений явным образом не следует, что заявленная последовательность операций способа приводят к повышению эффективности контроля смещения слоев МПП.
Предлагаемые технические решения промышленно применимы, так как основаны на технологических процессах, широко применяемых при изготовлении печатных плат и известных способах измерения волнового сопротивления проводников.