Печатная плата в разрезе

Когда говорят ?печатная плата в разрезе?, многие представляют себе просто красивую картинку из каталога — этакий полированный срез, где разноцветные слои лежат ровно, как торт. На практике, если ты реально занимаешься контролем качества или анализом отказов, этот самый разрез редко бывает идеальным. Чаще это немного кривой спил под микроскопом, по которому нужно судить о качестве ламинации, толщине меди в внутренних слоях или наличии расслоений после термоудара. Вот об этих практических деталях, которые не пишут в учебниках, и хочется порассуждать.

Зачем вообще резать плату? Практические цели, а не картинки

Основная цель — это, конечно, деструктивный контроль. Спецификация говорит одно, а что получилось на производстве — другое. Особенно это касается многослойных плат для ответственных применений. Вот, например, был у нас случай с заказом для телекоммуникационного оборудования. Плата, 12 слоев, всё вроде бы прошло электрические тесты. Но на термоциклировании начались случайные сбои. Вскрытие — в прямом смысле — показало проблему: печатная плата в разрезе обнаружила микротрещину в переходном отверстии между 3-м и 4-м слоем. Дело было не в проекте, а в технологическом процессе: химическая медь плохо легла на стенку отверстия после сверловки.

Или другой аспект — проверка толщины диэлектрика. По документам между 4 и 5 слоем должно быть 0.1 мм. На срезе меряешь — а там 0.085. Казалось бы, мелочь. Но для импеданс-контролируемых линий это уже критичное отклонение, которое может сдвинуть волновое сопротивление. Такие вещи не увидишь на рентгене, только физический срез.

Ещё один момент — оценка состояния медной фольги после травления. Особенно во внутренних слоях с тонкими дорожками. Под микроскопом на краю дорожки видно, был ли перетрав, образовались ли ?зубцы?, которые в будущем могут стать точкой для концентрации напряжений и трещины. Это уже не про электрику, а про механическую надёжность.

Технология подготовки среза: от болгарки до полировки

Чтобы получить информативный разрез, недостаточно просто отломить кусок платы. Нужен специальный препарат. Обычно используют отрезной станок с алмазным диском, чтобы минимизировать деформацию краёв. Потом этот кусок заливается в прозрачную смолу — это важно, чтобы при дальнейшей шлифовке и полировке хрупкие слои не выкрашивались.

Самое кропотливое — это полировка. Сначала грубыми абразивами, потом всё мельче и мельче. Цель — получить зеркальную поверхность среза, где не будет царапин, маскирующих реальную структуру. Часто на этом этапе можно испортить образец, если перегреть его или слишком сильно давить. Бывало, из-за спешки стирали тонкий слой припоя с контактных площадок, и картина искажалась.

После полировки часто проводят травление специальным реактивом, который подкрашивает разные материалы. Например, эпоксидную смолу текстолита делает одним цветом, а стеклоткань — другим. Медь остаётся яркой. Это позволяет чётко видеть границы. Без этого, особенно на платах с тёмным ламинатом, слои могут сливаться.

Оборудование и его влияние на результат

Тут многое зависит от лаборатории. В кустарных условиях часто пытаются обойтись просто хорошим микроскопом и ручной шлифовкой. Но для точных измерений, особенно в спорах между заказчиком и производителем, нужна сертифицированная лаборатория с прецизионным оборудованием. Компания ООО Сиань Циюнь Чжисюнь Электронные Технологии, с которой мы иногда сотрудничаем по сложным многослойным проектам, как раз делает акцент на таком глубоком анализе. На их сайте apexpcb-cn.ru видно, что они позиционируют себя как интегратор технологий, и контроль качества на уровне физического анализа слоёв — часть этой философии. Основанная в 2018 году, компания быстро выросла именно за счёт внимания к таким, казалось бы, ?мелочам?.

Что можно увидеть: интерпретация артефактов

Идеальный срез — это редкость. Чаще видишь артефакты, и нужно понимать, какие из них допустимы, а какие — брак. Классическая проблема — расслоение (delamination). На срезе видна тонкая тёмная линия между слоем меди и диэлектриком. Если она локальная и не распространяется — возможно, это последствие механического напряжения при резке образца. Если же расслоение идёт по всей длине или видно на нескольких слоях — это критично. Плата не переживёт пайки оплавлением.

Ещё один частый дефект — ?слеза? (resin smear). При сверлении отверстий смола из диэлектрика размазывается по стенке и покрывает медную фольгу внутреннего слоя. В идеальном разрезе печатной платы после последующего химического меднения отверстие должно иметь чёткий контур меди по всей глубине. Если видишь разрыв — это ?слеза?, которая ухудшила электрический контакт. Борются с этим правильными режимами сверления и последующей десмолдинг-обработкой.

Толщина гальванической меди в отверстиях — отдельная тема. Она должна быть равномерной. На практике часто видно, что в центре платы медь тоньше, чем по краям (эффект ?воротничка?). Это проблема разброса параметров в гальванической ванне. Для силовых плат, где через отверстия идут большие токи, это может быть важно.

Связь с реальными отказами и анализом

Всё это не академический интерес. Пару лет назад мы разбирали отказ платы управления от инвертора. Плата работала полгода и сгорела. Визуально — обугленная область около мощного MOSFET. Рентген показал норму. А вот печатная плата в разрезе через это место показала интересное: внутренняя силовая земляная плоскость была разорвана... нет, не разорвана, а изначально спроектирована с узким перешейком. На срезе было видно, что медь в этом перешейке потемнела и стала пористой от длительного перегрева. Токовая нагрузка была рассчитана верно, но не учли термоциклирование и тепловое расширение, которое в конце концов привело к микротрещинам и росту сопротивления. Проблема была в проекте, а не в производстве.

Или другой пример — межслойные короткие замыкания. Иногда они носят плавающий характер. На электрическом тесте плата то проходит, то нет. Физический срез по подозрительной области может выявить крошечный медный ?ус?, оставшийся после травления и пробивший тонкий диэлектрик. Это уже чистый производственный брак.

Мысли о стандартах и субъективизме

Несмотря на кажущуюся объективность, в оценке срезов много субъективного. Стандарты IPC, конечно, дают критерии, но глазомер и опыт лаборанта играют огромную роль. Что один специалист назовёт ?незначительным расслоением?, другой может трактовать как ?отклонение, требующее уведомления?. Поэтому в серьёзных контрактах всегда заранее оговаривают, по какому именно классу IPC (1, 2 или 3) будет проводиться приёмочный контроль, включая анализ срезов.

Часто производители, особенно те, кто делает ставку на глубокую интеграцию процессов, как ООО Сиань Циюнь Чжисюнь Электронные Технологии, сами проводят такой контроль на ключевых этапах и предоставляют отчёты заказчику. Это элемент доверия. На их ресурсе apexpcb-cn.ru видно, что они строят экосистему, контролируя предприятия полного цикла. Для них такой анализ — не разовая проверка, а часть технологической культуры, позволяющей демонстрировать ?значительные комплексные возможности?, как указано в их описании.

Вместо заключения: разрез как история платы

В конечном счёте, печатная плата в разрезе — это не просто технический отчёт. Это её история. По нему можно прочитать, как её сверлили, как наносили медь, как ламинировали. Видны все удачи и огрехи технологического процесса. Для инженера это мощный инструмент обратной связи. Не для того, чтобы искать виноватых, а для того, чтобы в следующий раз сделать надёжнее. Поэтому, когда видишь идеальную картинку в рекламе, стоит помнить, что за ней стоит множество неидеальных, но очень информативных реальных срезов, которые и определяют, будет ли устройство работать годами или выйдет из строя в самый неподходящий момент. И компании, которые это понимают и вкладываются в глубокий анализ, вроде упомянутой мной группы, в долгосрочной перспективе оказываются в выигрыше, даже если их продукт чуть дороже.