Измерение прогиба и скручивания печатной платы полезно только в том случае, если в результате указаны метод, состояние платы, базовые размеры и критерии приемки. Прогиб — это искривление преимущественно вдоль длины или ширины платы. Скручивание — отклонение от плоскостности, при котором углы или противоположные участки платы не лежат в одной плоскости.
Ни видимое искривление, ни процентное значение сами по себе не свидетельствуют о дефекте. Печатная плата без компонентов может соответствовать согласованному требованию при комнатной температуре, но вести себя иначе при оплавлении припоя. И наоборот, плату, которая выглядит неровной в монтажном приспособлении, может потребоваться оценить установленным методом для плат без компонентов, прежде чем поставщик сможет определить ее соответствие требованиям.
О конструкторских решениях, влияющих на плоскостность, см. статью о контроле коробления с помощью структуры слоев и материалов печатной платы.
Прогиб, скручивание и смысл результата измерения
Прямоугольная плата с прогибом имеет плавное искривление: представьте пологую дугу вдоль ее длины, ширины или обоих направлений. Наибольшее отклонение может находиться вблизи центра, хотя фактическая форма зависит от платы и базовой плоскости.
Скрученная плата имеет отклонение от плоскости с поворотом участков или седлообразной формой. У прямоугольной платы один угол может находиться на другой высоте относительно остальных, либо противоположные участки могут подниматься и опускаться. У платы одновременно могут присутствовать прогиб и скручивание.
Эти описания помогают выбрать места для проверки, но не заменяют установленного испытания. Полученное значение зависит от:
- Поверхности или геометрической плоскости, используемой в качестве базы.
- Мест измерения и направления отклонения.
- Базовой длины, используемой для расчета в процентах.
- Ориентации платы и условий испытания.
- Того, является ли образец отдельной платой, групповой заготовкой или жестким участком жестко-гибкой конструкции.
Максимальный зазор, локальный диапазон значений карты высот и процент, рассчитанный по базовой длине, не являются автоматически взаимозаменяемыми. Указывайте, что именно представляет каждый результат, а не называйте любое числовое значение плоскостности «прогибом и скручиванием».
Сначала выберите метод и критерии приемки
IPC, IPC-TM-650 Test Method 2.4.22C, Bow and Twist, — метод испытания для указанных жестких плат без компонентов, групповых заготовок и жестких участков жестко-гибких плат. Редакция C прямо исключает специальные аспекты, относящиеся к смонтированным платам. Она также предписывает соблюдать осторожность при оценке образцов непрямоугольной формы.
Перед испытанием ознакомьтесь с полным текстом метода и редакцией, на которую ссылается закупочная документация. Не пытайтесь восстановить полную процедуру по краткому изложению, примеру поставщика или расчету в этой статье.
IPC, IPC-9641, High Temperature Printed Board Flatness Guideline, посвящен оценке локальной плоскостности при высокой температуре. В его содержании эта тема отделена от метода для плат без компонентов при комнатной температуре, изложенного в IPC-TM-650 2.4.22. Таким образом, IPC-9641 относится к другому контексту оценки и не заменяет автоматически согласованное приемочное испытание при комнатной температуре.
Метод испытания описывает, как получают результат. Сам по себе он не разрешает все договорные вопросы. До выпуска документации заказчику и поставщику следует определить:
- Применимую спецификацию на изделие и ее редакцию, если она имеется.
- Требование чертежа и его редакцию.
- Метод измерения и его редакцию.
- Приемочный предел, единицы измерения и совокупность изделий для отбора образцов.
- Правило приоритета документов и порядок разрешения противоречий.
Если чертеж и другой применяемый документ, по-видимому, противоречат друг другу, до приемки или отклонения продукции получите документально оформленное решение. Не заменяйте предел, согласованный в заказе, пороговым значением из опубликованного примера.
Выбор измерения в зависимости от ситуации
| Ситуация | Решение по измерению или оформлению результатов | Вопрос приемки |
|---|---|---|
| Прямоугольная плата без компонентов при входном контроле | Укажите идентификацию платы, ориентацию, базовую плоскость, места измерения и редакцию метода. | Какой предел и план выборочного контроля применяются к этой поставленной плате? |
| Производственная групповая заготовка | Зафиксируйте контур заготовки, технологические поля и другие значимые особенности, а также укажите, относится ли результат ко всей заготовке или локально к участку отдельной платы. | Требование относится к групповой заготовке, отделенной плате или к обоим объектам? |
| Жесткий участок жестко-гибкой платы | Укажите оцениваемый жесткий участок и применимые положения метода. | Определяет ли чертеж требование для этого участка и его границ? |
| Плата непрямоугольной формы | Определите соответствующий контур, базовые размеры и места оценки; проверьте применимость метода совместно с поставщиком. | Согласована ли интерпретация для этой геометрии? |
| Смонтированная плата после оплавления | Укажите, что это наблюдение на смонтированной плате, выполненное с собственной измерительной оснасткой и с учетом ее термической истории. | Существует ли отдельное требование для смонтированного состояния или план исследования? |
| Вопрос локальной плоскостности при высокой температуре | Определите вопрос, связанный с температурной зависимостью, и обратитесь к применимому руководству по оценке при высокой температуре. | Какие места, условия и критерии принятия решения согласованы для этой оценки? |
Прямоугольные платы: определите плоскость и ориентацию
Базовая плоскость служит основой для оценки отклонения. В зависимости от согласованного метода и схемы измерения в записи следует указать измерительную поверхность или геометрическую базу, способ расположения относительно нее и места, используемые для определения отклонения.
Для прямоугольного образца укажите направления длины и ширины, а также проверяемую сторону. Если метод предусматривает несколько ориентаций или показаний, сохраните каждый результат, а не указывайте только максимальное значение без пояснений. Эскиз или система координат помогут однозначно указать, какому углу, краю или стороне платы соответствует каждое наблюдение.
Элементы на поверхности могут затруднить интерпретацию. Медные рисунки, покрытия, маркировка и другие элементы могут влиять на выбор места измерения или на контакт щупа. Описывайте значимые точки контакта и следуйте установленному методу, а не меняйте базу без указания этого изменения.
Не добавляйте приспособление, ограничитель или поправку только для получения удобного показания. Любая используемая опора или ограничитель должны соответствовать применимому методу либо явно согласованному альтернативному варианту; их применение необходимо зафиксировать.
Групповые заготовки — это не просто большие отдельные платы
Общая форма групповой заготовки может отличаться от локальной формы любой входящей в нее платы. Технологические поля, геометрия массива, фрезерованные элементы и расположение отдельных плат могут влиять на результат. Измерение только по контуру групповой заготовки не обязательно позволяет установить плоскостность каждой отделенной платы.
В документации на выпуск следует указать, какой объект принимается:
- Поставленная групповая заготовка до разделения.
- Определенный участок платы внутри групповой заготовки.
- Отдельная плата после разделения.
- Несколько из перечисленных объектов с отдельными методами или критериями там, где это необходимо.
В записи укажите сторону групповой заготовки, положение платы в массиве и значимые особенности технологических полей или фрезеровки. Если требуется сравнение после разделения, сохраните идентификацию исходной групповой заготовки и положения платы. В руководстве по проектированию групповых заготовок печатных плат рассмотрены связанные с этим решения; здесь главное — однозначно определить измеряемый объект.
Процентный расчет: иллюстрация, а не процедура испытания
Предположим, что в согласованном расчете используются измеренное отклонение 0.40 mm и базовая длина 100 mm:
(0.40 mm / 100 mm) × 100 = 0.40%
Единицы измерения сокращаются, и получается безразмерное процентное значение. В этом примере предполагается, что отклонение и базовая длина уже выбраны надлежащим образом для расчета.
Это не процедура измерения IPC, не утверждение о том, что 100 mm — правильный знаменатель для конкретной платы, и не определение соответствия или несоответствия. Применимый метод и соглашение определяют, как задаются отклонение и базовая длина. Без этих определений два процентных значения могут выглядеть сопоставимыми, хотя описывают разные измерения.
Составьте протокол измерений, которым смогут воспользоваться другие
Полезный отчет позволяет инженеру, получающему результаты, или поставщику понять, что именно было испытано, и воспроизвести сравнение в согласованных условиях. Приведенные ниже поля служат отправной точкой; применимый метод и закупочная документация могут требовать дополнительных сведений.
| Поле протокола | Что следует указать |
|---|---|
| Идентификация изделия | Номер детали, редакция чертежа, идентификатор заказа или партии и идентификатор образца |
| Испытанный объект | Отдельная плата без компонентов, групповая заготовка или указанный жесткий участок; при необходимости — положение в групповой заготовке |
| Этап и состояние | Плата без компонентов при входном контроле, после разделения, после монтажа или на другом четко указанном этапе |
| Метод и приемка | Метод испытания и его редакция, применимый чертеж или спецификация, предел и ссылка на правило приоритета документов |
| Отбор образцов | Объем партии, количество измеренных образцов, способ отбора и план выборочного контроля или соглашение |
| Геометрия и ориентация | Размеры платы или групповой заготовки, проверяемая сторона, оси, углы и значимые особенности контура |
| База и схема измерения | Базовая плоскость или поверхность, места измерения, используемые опоры или приспособления и, при необходимости, идентификация оборудования |
| Условия среды и история | Значимые условия измерения, время или этап испытания, а также известная история обращения или термического воздействия |
| Первичные результаты | Отдельные показания отклонения, единицы измерения, места и ориентации |
| Расчетные результаты | Формула, базовая длина, единицы измерения и полученный процент, если требуется |
| Решение по результатам | Применимый критерий, результат относительно этого критерия, неразрешенные вопросы и уполномоченное лицо, утверждающее решение |
Фиксируйте как первичные показания, так и расчетные значения. Если решение о приемке ожидает уточнения, укажите это; не отмечайте изделие как соответствующее или несоответствующее на основании предполагаемого предела.
Отбору образцов следует уделить особое внимание. Измерение одной платы дает сведения об этом образце в указанных условиях, но не автоматически обо всей партии. Заказчику и поставщику следует согласовать количество и способ отбора образцов, а также действия при получении несоответствующего результата до использования результатов контроля для принятия решения по партии.
Плата без компонентов при входном контроле и наблюдения после оплавления
Наиболее распространенная ошибка сравнения — помещать результат приемки платы без компонентов и наблюдение на смонтированной плате в одну колонку, не объясняя различий между ними.
| Вопрос | Проверка платы без компонентов при входном контроле | Исследование после оплавления или в процессе монтажа |
|---|---|---|
| Что оценивается? | Указанная плата без компонентов, групповая заготовка или применимый жесткий участок на установленном этапе входного контроля. | Смонтированный узел или плата, подвергшиеся дополнительным технологическим операциям, воздействию компонентов и обращению. |
| Какая основа применяется? | Установленный метод для платы без компонентов, его редакция и документы для приемки. | Отдельно определенные метод измерения и основа для принятия решения, соответствующие вопросу, связанному с монтажом. |
| Какая история имеет значение? | Известная история изготовления, упаковки, транспортировки и обращения, значимая для соглашения. | Указанная история, а также доступные сведения о процессе монтажа и термических циклах. |
| Что может показать результат? | Соответствует ли проверенный образец согласованному критерию для платы без компонентов. | Какая форма или отклонение наблюдались в указанных условиях на этапе монтажа. |
| Чего сам по себе результат доказать не может? | Что все участки останутся плоскими при температуре оплавления. | Что поставщик платы без компонентов вызвал наблюдаемое состояние или что был превышен предел для платы без компонентов при комнатной температуре. |
Для результативного исследования по возможности сохраните прослеживаемость между образцом, проверенным при входном контроле, и тем же изделием после монтажа. Зафиксируйте, проводилось ли последующее наблюдение при комнатной температуре или в определенных термических условиях, какие оборудование и база использовались и оставалась ли плата в групповой заготовке или была отделена.
Одной пары числовых значений «до и после» недостаточно, если схемы измерения различаются. Разные базовые плоскости, стороны платы, места измерения и состояния образца могут создавать видимое изменение, которое нельзя напрямую отнести на счет оплавления.
Связывайте плоскостность с рисками монтажа без преувеличений
Форма платы может влиять на надежность выполнения операций монтажа и контроля. Групповая заготовка, которая располагается в оснастке не так, как ожидается, может вести себя иначе при нанесении паяльной пасты или установке компонентов. Локальная форма платы и компланарность выводов компонента также могут влиять на формирование паяных соединений, особенно там, где доступ к соединениям и их контроль затруднены.
Это не означает, что сам по себе прогиб или скручивание доказывает наличие дефекта пайки. Значение могут иметь также нанесение пасты, состояние компонентов, их установка, термопрофиль, опора платы и метод контроля. Например, при подозрении на проблему с BGA необходимы данные исследования монтажа и паяных соединений, а не только процентное значение для платы без компонентов. См. статьи о дефектах пайки BGA и обзор контроля печатных плат, где рассмотрены связанные вопросы контроля.
Выясните у группы монтажа, какая именно операция или какой участок подвергается риску. Результат для всей групповой заготовки при комнатной температуре может быть значим для обращения с ней, тогда как локальный вопрос при высокой температуре вблизи компонента может потребовать другой оценки. Определите этот вопрос до выбора измерения.
Выявите причину и передайте подтверждающие данные
Если получен неожиданный результат, разделите соответствие требованиям и причину:
- Подтвердите требование. Получите чертеж, заказ на закупку, применимую спецификацию, редакцию метода и все письменные разъяснения.
- Подтвердите образец и этап. Определите, относится ли измерение к поставленной групповой заготовке, отделенной плате без компонентов или смонтированному узлу.
- Проверьте измерение. Проверьте ориентацию, места измерения, базу, первичные показания, расчет и соблюдение согласованного метода.
- Сравнивайте сопоставимые объекты. Проверьте другие идентифицированные образцы из той же партии или групповой заготовки по согласованному плану; не считайте, что внеплановый образец представляет всю партию.
- Сохраните прослеживаемость. Сохраните идентификаторы, доступные протоколы измерений и значимую историю процесса для исследования.
- Согласуйте решение. Уполномоченный представитель заказчика и поставщик должны документально оформить приемку, дальнейшее исследование или другое согласованное действие.
Возможные факторы включают конструкцию платы, геометрию групповой заготовки, историю изготовления, тепловое воздействие при монтаже и обращение с изделием. Эти возможности задают направления исследования, но не устанавливают виновную сторону. Не применяйте универсальные инструкции по доработке, отверждению или сушке к плате, для которой получен необъясненный результат измерения плоскостности. Любое предлагаемое действие требует технической оценки и согласования для конкретного изделия.
Данные для выпуска документации и запроса коммерческого предложения
Для нового заказа включайте требование к плоскостности в управляемую документацию на выпуск, а не полагайтесь на неофициальное примечание. При направлении запроса следующая информация поможет поставщику выявить вопросы до размещения заказа:
- Номер детали, редакция, контур и форма поставки: отдельные платы или групповые заготовки.
- Применимые чертеж, спецификация на изделие и правила приоритета документов.
- Требуемый метод испытания и его редакция, включая порядок оценки непрямоугольного или жестко-гибкого участка.
- Критерий приемки, единицы измерения, этап измерения и указание, относится ли он к групповой заготовке, плате или обоим объектам.
- Требуемое количество образцов, основа их отбора, поля отчета и порядок принятия решения по результатам.
- Значимая проблема монтажа, например известный участок контакта с оснасткой или место, требующее дополнительной оценки.
- Назначенное контактное лицо по техническим вопросам и порядок утверждения решений по расхождениям.
Заказчик отвечает за формулирование требуемого условия и определение полномочий по приемке; поставщик должен рассмотреть запрос, выявить неоднозначности, а также выполнить согласованные работы и предоставить отчет о них в рамках проекта. Оценку и принятие решений на этапе монтажа следует поручить стороне, отвечающей за монтаж, а не предполагать, что они входят в приемку плат без компонентов.
Обсудите требования через службу производства печатных плат HilPCB, передайте контролируемые данные с запросом коммерческого предложения или свяжитесь с HilPCB, чтобы уточнить измерение и передачу данных до выпуска документации. Конкретные испытания и отчетность определяются соглашением по проекту.
Часто задаваемые вопросы
Прогиб и скручивание — это одно и то же?
Нет. Прогиб — это плавное искривление вдоль одного из направлений платы; скручивание — отклонение, при котором углы или противоположные участки не лежат в одной плоскости. У платы могут присутствовать оба вида отклонения.
Устанавливает ли IPC-TM-650 2.4.22C приемочный предел?
Это метод испытания. Определяйте применимый приемочный предел по установленным документам на изделие и соглашению по проекту, включая любое правило приоритета документов.
Может ли результат для групповой заготовки представлять каждую отделенную плату?
Не автоматически. Общая форма групповой заготовки и локальная форма платы — это разные измерения. В требовании следует указать принимаемый объект и этап приемки.
Может ли соответствующий результат для платы без компонентов гарантировать плоскостность при оплавлении?
Нет. Результат для платы без компонентов при комнатной температуре не устанавливает локальную плоскостность на протяжении всего термического цикла. При необходимости определите отдельную оценку при высокой температуре или на этапе монтажа.
Что следует отправить вместе с рекламацией по плоскостности?
Отправьте идентификационные данные детали и партии, применимое требование, этап состояния образца, метод и ориентацию, первичные показания, расчет, а также соответствующие фотографии или протоколы измерений, если они доступны. Укажите все неуточненные условия сравнения.