Обнаружение дефектов в многослойной печатной плате методом акустической эмиссии

Цели. При производстве многослойных печатных плат (МПП) в процессе ламинирования в них могут возникать дефекты в виде расслоений. Они не обнаруживаются оптическими и электрическими методами выходного контроля, но в процессе эксплуатации радиоэлектронного средства могут вызвать нарушения механического режима работы и привести к отказам. Для обнаружения таких дефектов предлагается использовать метод акустической эмиссии (АЭ), основанный на возникновении и распространении акустических волн в МПП, вызванных наличием дефектов. Целью данного исследования является изучение возможности использования метода АЭ для обнаружения дефектов МПП, возникающих, в частности, в процессе ламинирования.

Методы. Для исследования распространения акустических сигналов в МПП при наличии дефектов использовались программа моделирования механических процессов (для исследования на модели МПП) и различные образцы двухслойных печатных плат с заранее внесенными дефектами (для экспериментальных исследований). В качестве источника акустических сигналов использовался соленоид, установленный на МПП, а для приема сигналов – пьезоэлектрический датчик. Обработка данных проводилась путем сравнения сигналов АЭ, полученных для исправного образца МПП и для образцов МПП с дефектами.

Результаты. Проведено моделирование распространения акустического сигнала в МПП в исправном и неисправном (с прямоугольным дефектом в виде расслоения) состояниях, которое показало различие полученных сигналов в точке установки датчика. Также были проведены экспериментальные исследования с целью изучения применимости метода АЭ для выявления дефектов различного размера и количества.

Выводы. Исследования показали, что метод АЭ позволяет достаточно эффективно и достоверно обнаруживать наличие дефектов в МПП, возникающих в процессе ламинирования. В данном исследовании предлагается новый подход к неразрушающему контролю МПП с использованием метода АЭ, который может значительно повысить надежность МПП и эффективность процессов их производства.

1. Машагулова Д.А. Сравнительный анализ акустических методов контроля и диагностирования оборудования. Опыт, актуальные проблемы и перспективы развития нефтегазового комплекса: Материалы X Международной научно-практической конференции обучающихся, аспирантов и ученых. Нижневартовск: 01–30 апреля 2020 г. С. 59–63.

2. Азин А.В., Пономарев С.В., Рикконен С.В., Марицкий Н.Н., Сунцов С.Б. Обзор методов поиска латентных дефектов печатных плат. Решетневские чтения: Материалы XXIV Международной научно-практической конференции, посвященной памяти генерального конструктора ракетно-космических систем академика М.Ф. Решетнева. Красноярск: 10–13 ноября 2020 г. 2020;1:244-245.

3. Azin A., Zhukov A., Narikovich A., Ponomarev S., Rikkonen S., Leitsin V. Nondestructive testing method for a new generation of electronics. MATEC Web Conf. 2018;143:04007. https://doi.org/10.1051/matecconf/201714304007

4. Лыу Н.Т., Нгуен К.Д., Демченко С.К., Черноверская В.В. Применение метода акустической эмиссии в задачах контроля и мониторинга технического состояния диагностируемых объектов. Труды международного симпозиума «Надежность и качество». 2021;2:77–82.

5. Zhao W., Feng X., Xu B. Study on defect detection of PCB based on acoustic emission technology during the drilling process. J. Electronic Measurement and Instrumentation. 2015;29(10):1374–1380.

6. Li H., Dong Z., Yang Y., Liu B., Chen M., Jing W. Experimental Study of Damage Development in Salt Rock under Uniaxial Stress Using Ultrasonic Velocity and Acoustic Emissions. Appl. Sci. 2018;8(4):553. https://doi.org/10.3390/app8040553

7. Levikari S., Kärkkäinen T.J., Andersson C., Tammminen J., Silventoinen P. Acoustic Detection of Cracks and Delamination in Multilayer Ceramic Capacitors. IEEE Transactions on Industry Applications. 2019;55(2):1787–1794. https://doi.org/10.1109/TIA.2018.2873989

8. Алтай Е., Федоров А.В., Степанова К.А. Оценка влияния методов фильтрации на погрешность измерения параметров сигнала акустической эмиссии. XXV Международная конференция по мягким вычислениям и измерениям: сборник трудов. 2022;1:24–27. URL: https://scm.etu.ru/assets/files/2022/scm22/papers/stend01_024.pdf

9. Овчарук В.Н., Чье Е.У. Применение методов спектрального анализа в многоканальных системах регистрации сигналов акустической эмиссии. Приборы. 2021;11:35–39.

10. Матвиенко Ю.Г., Васильев И.Е., Чернов Д.В., Иванов В.И., Елизаров С.В. Проблемы локации источников акустической эмиссии. Дефектоскопия. 2021;9:35–44. https://doi.org/10.31857/S0130308221090049

11. Aryan P., Sampath S., Sohn H. An Overview of Non-Destructive Testing Methods for Integrated Circuit Packaging Inspection. Sensors. 2018;18(7):1981. https://doi.org/10.3390/s18071981

12. Bourne K.A., Kapoor S.G. Process Monitoring During Micro-Drilling via Acoustic Emission, Ultrasonic Sound, and Spindle Load Sensors. In: 2012 International Manufacturing Science and Engineering Conference. 2012;7341:781–790. https://doi.org/10.1115/MSEC2012-7341

13. Malikov V., Ananyev M., Ishkov A., Nikonov L. Experimental Studies of Conductive Paths of Printed Circuit Boards by Using Subminiature Eddy Current Transducers. E3S Web of Conferences. 2021;285(4):07037. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202128507037

14. Huang M., Jiang L., Liaw P.K., Brooks C.R., Seeley R., Klarstrom D.L. Using Acoustic Emission in Fatigue and Fracture Materials Research. JOM. 1998;50(11). URL: https://www.tms.org/pubs/journals/jom/9811/huang/huang-9811.html

15. Gao Y., Xiao D. Simulation and feature analysis of modal acoustic emission wave in planar C/SiC composite. J. Vibroengineering. 2018;20(1):748–761. https://doi.org/10.21595/jve.2017.18173