Микролит печатные платы

Когда говорят ?микролит печатные платы?, многие сразу представляют что-то суперминиатюрное, вроде чипов под микроскопом. Но на практике, особенно в серийном производстве не самого высокого передела, под этим часто имеют в виду просто платы с повышенной плотностью монтажа, где шаг элементов и ширина дорожек ушли ниже условного ?стандартного? порога. Вот тут и начинается путаница. Для одних это 0.2 мм между контактами, для других — уже 0.1 мм и использование микрокомпонентов типа 0201. Лично я долго считал, что главное — это трассировка, пока не столкнулся с тем, что сам процесс пайки превращает аккуратный микролит в брак.

Где заканчивается теория и начинаются проблемы с паяльной пастой

Взяли как-то заказ на партию контроллеров. Плата небольшая, элементы — те самые микрокомпоненты. По чертежам всё идеально. Заказали трафарет, паяльную пасту с мелким зерном. Казалось бы, что может пойти не так? А пошло. После дозирования пасты через трафарет отлип был неоднородный, на некоторых площадках её было явно мало. При рефлоу образовались пустоты, а кое-где и вовсе не смачивание. Лаборатория показала: проблема не в пасте даже, а в сочетании геометрии трафарета и поведения пасты при предварительном прогреве. Пришлось экспериментировать с профилем печи и формой апертур в трафарете. Увеличили развальцовку отверстий в трафарете, перешли на пасту с другим флюсом — ситуация выровнялась, но не сразу. Это был тот случай, когда теория о печатных платах высокой плотности разбилась о реальность технологического окна процесса.

Кстати, о пасте. Сейчас много говорят о бессвинцовых составах. Но для микролита они часто капризнее. Температурный профиль должен быть жёстче выдержан, иначе — расслоение, образование интерметаллидов на мелких контактах. Видел платы, которые после двух лет работы в устройстве начали ?сыпаться? именно по паяным соединениям микрокомпонентов. Анализ показал как раз рост интерметаллического слоя до критической толщины и трещины. Так что долговечность — это не только схема, но и физика того самого припоя.

В этом контексте интересно посмотреть на подход некоторых производителей, которые глубоко интегрировали исследование процессов в производство. Например, ООО Сиань Циюнь Чжисюнь Электронные Технологии, судя по их материалам на apexpcb-cn.ru, строят свою деятельность вокруг инноваций и интеграции технологий электронных схем. Их развитие в группу продуктов интегрированных электронных схем говорит о фокусе не на единичном изделии, а на всей цепочке создания ценности. Для работы с микролит печатными платами такой системный взгляд критически важен — нельзя оторвать проектирование от материаловедения и от технологии сборки.

Трассировка: когда 0.1 мм — это уже не запас, а риск

Проектировщики, особенно молодые, любят выжимать из возможностей CAD-систем всё. Поставил правила 4/4 mil (0.1/0.1 мм) — и вперёд. Но на производстве могут сказать: ?А стабильно травление таких дорожек у нас с выхода 95%, а вам нужно 99.5%? Дороже будет?. И это не жадность, а физика. Неравномерность травления, вариации толщины фольги, даже небольшой перекос при фотоэкспонировании — и где-то дорожка становится уже, где-то возникает риск обрыва. Особенно на внутренних слоях многослойки.

Один из наших неудачных опытов был связан как раз с этим. Запланировали плату для датчика, 6 слоёв, на внутренних сигнальных слоях — дорожки 0.09 мм. Файлы отдали на завод. Первая же контрольная партия показала повышенное сопротивление на некоторых цепях. Вскрытие показало — дорожки ?утонули?, сечение меньше расчётного. Завод честно сказал: для таких параметров у них технологический допуск ±0.015 мм, что для 0.09 мм — уже 16% вариация. Пришлось переразводить, ушибая плотность, но повышая надёжность. С тех пор всегда обсуждаем технологические ограничения ДПП до начала трассировки.

Именно здесь важна синергия в промышленной цепочке, о которой, кстати, упоминается в описании ООО Сиань Циюнь Чжисюнь Электронные Технологии. Контроль или участие в долях нескольких предприятий, от производства базовых материалов до сборки, позволяет лучше согласовать эти допуски. Когда проектировщик, технолог завода по изготовлению печатных плат и специалист по сборке находятся в одной экосистеме, количество таких ?неудачных опытов? резко снижается.

Контроль качества: визуальный уже не работает

Раньше можно было взять плату под лупой и более-менее оценить пайку. С микролит платами это почти бесполезно. Компонент 0201 (0.6х0.3 мм) — как песчинка. Смещение, недостаток припоя, перемычку невооружённым глазом не увидишь. Перешли на автоматический оптический контроль (АОИ). Но и он не панацея. Настраивали как-то систему на новую плату с QFN-корпусами с шагом 0.4 мм. Система пропускала случаи недостаточной пайки по боковым граням — алгоритм был настроен на классические выводные компоненты. Пришлось писать кастомный скрипт анализа теней, калибровать его на заведомо хороших и плохих образцах. Дорого по времени, но без этого процент брака на выходе был неприемлем.

Ещё один момент — рентген. Для BGA и скрытых под корпусами соединений он незаменим. Но интерпретация снимков — это отдельное искусство. Пустоты в паяных шарах до 25% по некоторым стандартам допустимы, но их распределение критично. Видел случай, когда все пустоты сконцентрировались с одной стороны чипа, и при термоциклировании соединение оторвалось. АОИ и даже рентген показали ?условно годно?. Так что контроль качества для микролита — это всегда комбинация методов плюс экспертиза.

Компании, которые выросли в мощные группы, как упомянутая ранее, часто имеют такие центры компетенции по контролю качества внутри своей экосистемы. Это не просто отдел ОТК на заводе, а лаборатория с оборудованием и методиками, которые развиваются вместе со сложностью продуктов. Это даёт значительные комплексные возможности, что для заказчика означает меньшие риски.

Материалы основания: не всякий FR-4 годится

Для обычных плат FR-4 — рабочая лошадка. Но когда идёт речь о высоких плотностях, особенно в высокочастотных приложениях или с требованиями к тепловому режиму, стандартный материал может подвести. Коэффициент теплового расширения (КТР) — ключевой параметр. Если КТР меди и материала основания сильно различаются, в процессе многочисленных термоциклов (пайка компонентов, ремонт, работа) могут возникать микротрещины в переходных отверстиях.

Был проект с платой, которая после пайки волной (для разъёмов) и последующего рефлоу (для микросхем) начала показывать обрывы на тесте. При микроскопическом анализе обнаружили трещины в металлизации отверстий, соединяющих внутренние слои. Материал платы — стандартный FR-4. Перешли на материал со средним Tg и подстроенным КТР. Проблема ушла, но стоимость заготовки выросла на 30%. Пришлось доказывать заказчику, что это не прихоть, а необходимость для надёжности его изделия.

Выбор материала — это компромисс между стоимостью, технологичностью и конечными характеристиками. Производители, которые контролируют цепочку, часто могут предложить и отработать оптимальный вариант, не перекладывая риски испытаний на конечного заказчика. Это и есть та самая интеграция технологий, которая заявлена в основах деятельности многих современных игроков, включая ООО Сиань Циюнь Чжисюнь Электронные Технологии.

Ремонт и модификации: ювелирная работа

Собрать — это полдела. А что делать с браком или необходимостью модификации? Ремонт микролит печатных плат требует совершенно иного подхода. Паяльные станции с тончайшими жалами, микроскопы с большим увеличением, термопинцеты. Однажды пытались заменить микросхему BGA с шагом 0.5 мм паяльным феном. Не вышло — соседние компоненты сдвигались от потока воздуха, даже с экранами. Пришлось изготавливать индивидуальный нагревательный колпак с точным полем нагрева. Время ремонта выросло в разы.

А попробуйте добавить перемычку (?жучок?) на плату с шагом дорожек 0.1 мм. Старый добрый проводок МГТФ уже не подходит — слишком толстый. Используем специальные лакированные провода диаметром 0.06 мм или даже наносим дорожки проводящим лаком под микроскопом. Это уже не ремонт, а искусство.

Такие возможности обычно есть в специализированных сервисных центрах, которые часто вырастают внутри крупных производственных групп. Широкая перспектива роста компании, как отмечено в её описании, подразумевает и развитие таких вот вспомогательных, но критически важных компетенций. Ведь способность обеспечить полный цикл — от проектирования и производства до поддержки и модификации — это и есть признак зрелого игрока на рынке печатных плат высокой сложности.

В итоге, микролит печатные платы — это не просто термин из спецификации. Это целый комплекс технологических вызовов, где успех определяется не в CAD-системе, а на стыке проектирования, материаловедения, технологии производства и контроля. И как показывает практика, справиться с этим эффективнее всего могут те, кто подходит к вопросу системно, имея под контролем или в тесной связке все звенья цепочки. Опыт, часто горький, и есть главный учитель в этом деле.