Критерии диагностического контроля изоляции

Дефекгы внугренней изоляции диэлектрических оснований ГМП недоступны для обнаружения традиционными средствами контроля. Основными их источниками являются локальные расслоения, вкрапления пыли, волокон целлюлозы и т.п. Такие дефекты приводят к образованию микрополостей, наполненных ионогенными продуктами химической обработки печатных плат. Такие микрополости не поддаются очистке. Металлизация отверстий создает дополнительные загрязнения и запечатывает их в объеме диэлектрического основания. Диффузия атмосферной влаги создает в загрязненных микрополостях осмотическое давление, расклинивающее их вплоть до образования сплошного канала утечки тока между металлизированными отверстиями. Если между отверстиями присутствует постоянное напряжение (например, между слоями цепей питания), в канале протекают электрохимические процессы, завершающиеся образованиям металлического мостика. Если короткозамкнутыми оказываются цени питания, отказ изоляции вызывает возгорание плат. Горение продолжается до тех пор, пока не будут отключены источники питания.

Большая часть таких дефектов обнаруживается при параметрическом контроле по сопротивлению изоляции, предусмотренном стандартами. Остающаяся не обнаруженной незначительная часть дефектов никак не проявляет себя при измерении сопротивления изоляции. Например, канал с поперечными размерами 20 мкм протяженностью 0,3 мм, загрязненный остатками раствора безэлектролизной металлизации с частичным восстановлением меди до полунроводящей закиси, имеет сопротивление сотни МОм, что делает его неразличимым при автоматическом контроле плат [142].

Такой локальный дефект выявляется только при определенном уровне испытательного напряжения, при котором возникает тепловой пробой вдоль канала проводимости. Исходя из статического и динамического равновесия получаемой в дефекте мощности Р_г — U~ [ехр(—Е / /?Г)] и отводимой (рассеиваемой) P=S_p(T-T₀).

В преддверии пробоя, можно записать: Р_г — Р и

dP_r / dT = dP_p / dT. Температурная зависимость проводимости в зоне канала утечки тока подчиняется соотношению: у — у₀ехр(аТ). Решение системы этих уравнений позволяет найти напряжение пробоя при длительном приложении

напряжения (г —> эо; Г = 670К):

где S - площадь рассеивания мощности, м²; L - длина канала

утечки - дефекта изоляции, м; S - эффективное сечение канала проводимости, м²; /?- коэффициент теплопередачи, который может быть определен экспериментально по температуре перегрева нагруженного током проводника внутреннего слоя ГМП. При Р = 1,3 10³ Вт/Ксм², а = 0,016 К'¹ и приведенной выше геометрии канала утечки U(ос) = 280 В.

Особенности выбора режимов контроля применительно к использованию автоматических средств состоят в необходимости обеспечения кратковременности приложения испытательного напряжения. Представляя разогрев дефекта диэлектрика в момент теплового пробоя как динамический процесс, описывающий нагрев объема канала с содержащимися в нем продуктами проводимости, запишем

Решение уравнения (4.13) относительно г имеет вид [17, 37]:

если считать, что верхний предел интегрирования - температура канала в момент пробоя - равен бесконечности.

Подинтегральную функцию можно разложить в ряд и ироинтегрировагь почленно. При этом величина z/3S / kV, характеризующая динамику процесса разогрева канала до пробоя, оказывается выраженной в виде функции отношения U(г) / U(оо), где (У(ос) - пробивное напряжение при бесконечной выдержке, рассчитываемое по (4.12), a U(z) - напряжение пробоя, соответствующее времени выдержки т испытательного напряжения при контроле изоляции, к - коэффициент объемной теплоемкости материала в зоне дефекта, V - нагреваемый объем при тепловом пробое.

Если [5 и к не зависят от времени (ввиду кратковременности процесса), величина fiS^/kV являегся мерой выдержки. Для решения этой задачи вычислены значения zpS_p/kV для разных значений соотношения U(z) / U(oc) и найден масштаб времени по значениям /3S_p / kV . Значение kV определяется, например, из условия, что удельная теплоемкость содержимого канала и его стенок равна С = 0,4 Вг с/(гК), объем дефекта V = 10'⁵ см' и плотность 2 г/см'. В табл. 4.2 приведены значения z[iS_р / kV, вычисленные для разных значений соотношения U(z)/U(oo), и значения времени пробоя г дефектов для разных значений испытательного напряжения [/_исп [143].

Таблица 4.2. Испытательное напряжение для диагностики изоляции ГМП

Испытания на электрическую прочность образцов ГМП с заранее воспроизведенными дефектами показали, что они выдерживают в течение нескольких минут напряжение 250 В, а при напряжении 300 В пробой наступает примерно через 10 с. При напряжении 500 В время пробоя дефектов составляет 1... 1,5 с. Эти и другие результаты экспериментальных исследований подтверждают достоверность теоретических выкладок для определения критериев диагностического контроля изоляции ГМП.