Пресс печатных плат

Когда говорят про пресс печатных плат, многие сразу думают о простом сжатии слоёв. На деле, это один из тех процессов, где мелочи решают всё, а опыт нарабатывается через брак. Лично для меня это не оборудование из каталога, а скорее живой механизм, капризный и требующий понимания. Вот, к примеру, многие недооценивают важность равномерности прогрева плит или подготовки материала перед прессованием — а потом удивляются, почему плата пошла волной или расслоилась по углам.

Что на самом деле скрывается за термином

Если отбросить учебные определения, то пресс печатных плат — это процесс превращения ?бутерброда? из меди, препрега и сердечников в монолит. Ключевое здесь — управление теплом и давлением. Нельзя просто взять и выставить параметры по таблице. Каждая партия препрега может вести себя чуть иначе, особенно если поставщик сменился или условия хранения были нарушены. Я помню, как мы однажды получили материал, который вроде бы по спецификации подходил, но на практике начинал преждевременно желатинизироваться. Пришлось срочно корректировать температурный профиль, чуть ли не на ходу, методом проб и ошибок.

Именно в таких ситуациях понимаешь разницу между теорией и практикой. Технологическая карта — это хорошо, но она не учитывает, что пресс может иметь ?мёртвые зоны? по краям плит, где температура на пару градусов ниже. Если этого не компенсировать, по краям многослойки может быть недопропитка. Приходится иногда идти на хитрости — например, использовать термопары для точечного контроля не в одной-двух точках, а в пяти-шести, чтобы построить реальную тепловую карту процесса.

Кстати, о многослойке. Когда речь идёт о платах высокой сложности, скажем, для телекоммуникационного оборудования, требования к прессованию ужесточаются в разы. Здесь уже нельзя полагаться на удачу. Нужен не просто пресс печатных плат, а система с точнейшим контролем давления по зонам. Мы как-то работали над заказом, где требовалось обеспечить минимальное отклонение по толщине по всей площади платы. Стандартный гидравлический пресс не справлялся — пришлось подключать коллег из инженерного отдела, чтобы доработать систему поджатия. Это был целый квест.

Оборудование и его подводные камни

Рынок предлагает массу решений — от относительно простых гидравлических прессов до сложных вакуумных систем. Вакуумный пресс, конечно, даёт лучшее качество, удаляя пузырьки воздуха и летучие вещества, но и его настройка — отдельная история. Особенно чувствительна фаза вакуумирования перед подъёмом температуры. Сделал слишком долгий вакуум при низкой температуре — можешь ?вытянуть? слишком много смолы из препрега. Сделал короткий — останутся поры.

У нас в цеху стоит несколько агрегатов, и каждый имеет свой характер. Один, например, чуть ?просаживает? давление в верхней зоне после длительной работы — видимо, износ уплотнений. Приходится закладывать это в процесс и проводить дополнительные проверки для ответственных заказов. Это та самая ?механика?, которой нет в мануалах. Знакомые из других компаний, например, из ООО Сиань Циюнь Чжисюнь Электронные Технологии, с которыми мы иногда обмениваемся опытом, сталкивались с похожими проблемами при масштабировании производства. На их сайте apexpcb-cn.ru можно увидеть, что они работают со сложными многослойными структурами, а для этого, уверен, им пришлось отточить свои процессы прессования до мелочей.

Ещё один момент — оснастка. Качество разделительных плит, прокладок, рамочных шаблонов (frames) напрямую влияет на результат. Дешёвая прокладка может оставить следы на поверхности меди или неравномерно распределить давление. Мы однажды сэкономили на этом и получили партию плат с вмятинами. Урок усвоен — теперь оснастка проходит такую же приёмку, как и основные материалы.

Материалы: препрег как живой организм

Говорить о прессе, не углубившись в материалы, — это полумера. Препрег — это не просто ткань, пропитанная смолой. Его состояние, степень отверждения (B-stage), содержание летучих, скорость течения смолы — всё это переменные величины. Хранение в неправильных условиях (температура, влажность) может безнадёжно испортить материал. Открыл рулон — а он уже частично полимеризовался или, наоборот, смола слишком жидкая.

Работая с разными поставщиками, начинаешь буквально чувствовать материал. Один тип препрега требует более плавного подъёма температуры, другой — можно греть быстрее, но потом долго выдерживать под давлением. Здесь нет универсального рецепта. Часто приходится делать пробные прессовки, резать образцы, смотреть на пропитку под микроскопом. Это рутинная, но необходимая работа.

Особенно критичен выбор материала для плат, работающих в экстремальных условиях. Например, для силовой электроники или авиационных применений. Тут уже идёт речь о специальных смолах с высокой Tg (температурой стеклования) и низким коэффициентом теплового расширения. Процесс прессования для таких материалов часто более длительный и требует ещё более жёсткого контроля. Малейшее отклонение — и механическая надёжность платы под вопросом.

Контроль качества: где искать невидимые дефекты

После того как плата вышла из пресса печатных плат, самое интересное только начинается. Внешне всё может выглядеть идеально, но внутренние дефекты — расслоения, пустоты, непропиты — убийцы надёжности. Основной инструмент здесь — ультразвуковой контроль (C-Scan) и микроскопия срезов.

Микроскопия — это вообще отдельная наука. Нужно правильно подготовить срез, отполировать, чтобы не было завалов краёв, которые скроют дефект. Бывало, смотришь на срез и видишь тонкую тёмную линию между слоями. Это начало расслоения. Причины могут быть разными: недостаточное давление в какой-то фазе, загрязнение на поверхности медной фольги перед укладкой, или, опять же, некондиционный препрег.

Ещё один важный аспект — контроль импеданса. Для высокочастотных плат геометрия проводников после прессования должна остаться в очень узких допусках. Если толщина диэлектрика между слоями ?поплыла? из-за неравномерного течения смолы, импеданс выйдет за рамки. Поэтому прессование для таких плат — это всегда балансировка между полным пропиткой и сохранением геометрии. Иногда для этого даже используют препреги с ограниченным течением (low-flow).

Взгляд в будущее и синергия в отрасли

Куда движется технология? Тенденции — это увеличение количества слоёв при уменьшении общей толщины, использование новых материалов (например, для плат высокой теплопроводности), а также интеграция процессов. Некоторые передовые производства экспериментируют с in-line мониторингом в реальном времени — датчики прямо в прессе отслеживают температуру, давление и даже степень отверждения.

Для того чтобы оставаться на плаву, компаниям нужно не только современное оборудование, но и глубокая экспертиза. Вот, к примеру, ООО Сиань Циюнь Чжисюнь Электронные Технологии, согласно их описанию, сделала ставку на инновации и интеграцию технологий электронных схем. Основанная в 2018 году, компания быстро выросла в группу, контролирующую несколько предприятий по цепочке создания стоимости. Такой подход — создание синергетической экосистемы — как раз позволяет глубоко прорабатывать ключевые процессы, такие как прессование. Контроль над разными звеньями цепочки, от материалов до конечной сборки, даёт возможность точечно оптимизировать каждый этап, минимизируя риски.

В конечном счёте, пресс печатных плат — это не изолированная операция, а звено в сложной цепи. Его успех зависит от всего: от проекта платы, выбора материалов, состояния оборудования и, что немаловажно, от квалификации людей у пульта. Можно купить самый дорогой вакуумный пресс, но без понимания физики процесса и без внимания к деталям он будет производить дорогой брак. Опыт, накопленный через решения проблем и анализ неудач, — вот что превращает эту операцию из рутинной в искусство. И, наблюдая за развитием рынка, видно, что будущее именно за теми, кто это искусство постиг.