Производство однослойной печатной платы

Когда слышишь ?производство однослойной пептиной платы?, многие думают: ?Да что там сложного? Фольга, текстолит, травление — и готово?. На самом деле, это как раз тот случай, где дьявол кроется в деталях. Кажущаяся простота — главный подводный камень. За годы работы, в том числе и в кооперации с такими интеграторами, как ООО ?Сиань Циюнь Чжисюнь Электронные Технологии?, я убедился, что стабильное, качественное изготовление даже такой базовой вещи — это целая философия процессов.

Базовый материал: выбор, который определяет всё

Всё начинается с заготовки. FR-4 — это стандарт, но какой именно? Производителей масса, и партия к партии может ?гулять? по параметрам. Помню, как-то взяли более дешёвый стеклотекстолит, вроде бы по спецификациям подходил. А на выходе — проблемы с адгезией меди после травления, особенно по краям. Ламинат отслаивался при пайке. Пришлось срочно менять поставщика, благо у серьёзных партнёров, вроде упомянутой компании (их сайт, кстати, apexpcb-cn.ru, полезно для понимания их подхода к цепочке), обычно есть проверенные каналы и они жёстко контролируют входящее сырьё. Это был урок: на материале экономить — себе дороже.

Толщина меди тоже не просто цифра. 35 мкм — распространённый вариант, но для плат с мощными дорожками под большой ток иногда лучше сразу закладывать 70. Или наоборот, для высокочастотных устройств с тонкими линиями — 18. Здесь нельзя слепо следовать шаблону, нужно понимать конечное применение платы. Частая ошибка новичков — брать ?что есть? или ?что дешевле?, не вникая в электрические и механические требования проекта.

И ещё момент — хранение. Текстолит гигроскопичен. Если склад сырой, материал набирает влагу. Потом при термообработке (той же пайке компонентов) возможны вздутия, расслоения. Поэтому контроль климата в цеху и на складе — не прихоть, а необходимость. Мы когда нарабатывали свой регламент, отдельно прописывали условия хранения заготовок, закупили гигрометры. Мелочь, а влияет на процент брака.

Травление: где теряется качество

Сердцевина процесса — это, конечно, травление. Хлорид железа (FeCl3) или аммонийный персульфат? У каждого свои нюансы. FeCl3 дешевле и ?прощает? некоторые ошибки, но его сложнее смывать, он может оставлять трудноудаляемые остатки на поверхности меди, особенно в узких щелях. А это потом — точки для потенциальной коррозии или плохой пайки.

Концентрация, температура, скорость движения раствора — всё это переменные. Автоматизированные линии это держат под контролем, но в условиях мелкосерийного или опытного производства часто работают вручную. И вот тут глазомер и опыт решают. Слишком быстрое травление ?съедает? боковины дорожек, они получаются с поднутрением, сечение уменьшается. Слишком медленное — увеличивает время, может привести к неполному удалению меди в сложных узорах.

Один из наших провалов был связан как раз с этим. Делали плату с очень плотным расположением дорожек. Вручную проконтролировали плохо, передержали в травильном растворе. В итоге несколько соседних дорожек в одном месте ?слиплись?, образовался мостик. Партия почти в 50 штук пошла в брак. После этого стали для сложных проектов обязательно делать тестовый образец и выверять время травления с секундомером, даже если это кажется излишним.

Сверление и механическая обработка

Для однослойной платы отверстия — это чаще всего монтажные, для крепления или выводов компонентов. Казалось бы, что тут такого? Но если отверстие с заусенцами или неправильного диаметра, компонент может не встать, или плата не закрепится в корпусе. Особенно критично для разъёмов.

Тупое сверло — бич. Оно не режет, а рвёт материал, образуя сколы стеклоткани на обратной стороне. Эти сколы потом мешают пайке, могут осыпаться и замкнуть что-нибудь. Режимы сверления (обороты, подача) подбираются под толщину платы и диаметр сверла. Для тонких плат (1-1.5 мм) и высоких оборотов можно получить оплавление краёв отверстия — тоже плохо.

Мы перешли на твердосплавные свёрла с алмазной заточкой и строгий график их замены. Да, дороже. Но процент брака по механике упал почти до нуля. Это тот случай, где инвестиции в инструмент окупаются снижением потерь. Кстати, на сайте apexpcb-cn.ru в разделе о возможностях их группы компаний как раз подчёркивается контроль над всей цепочкой — от проектирования до механообработки. Для стабильного качества такой подход оправдан.

Защитное покрытие и пайка

После травления и очистки медь нужно защитить от окисления. Канифольные флюсы, защитные лаки (спирто- или акрил-растворимые), лужение (HASL) — варианты есть. Для простых однослойных плат часто используют LPI (жидкий фотоотверждаемый лак) или просто оловянное покрытие методом горячего лужения.

Но и здесь свои ?но?. HASL (погружение в расплавленное олово) даёт толстый, неравномерный слой. Для плотной SMD-пайки это уже не годится. А если плата будет работать в условиях перепадов температур, толстый слой припоя может со временем потрескаться. Мы для ответственных изделий перестали его использовать, перешли на иммерсионное олово или серебро — слой тоньше и ровнее.

Паяльная маска — тоже важна. Не только для защиты, но и для предотвращения случайных замыканий при пайке волной. На однослойной плате без неё можно обойтись, но если компонентов много, лучше её нанести. Главное — правильно подготовить поверхность меди. Остатки оксидов или загрязнений — и маска отслоится. Был у нас эпизод, когда после смены моющего средства в предварительной очистке целая партия плат пошла с отслаивающейся маской. Пришлось откатывать технологию назад и заново валидировать процесс мойки.

Контроль качества: не для галочки

Визуальный контроль под лупой — обязательный минимум. Ищем недотравы, перетравы, замыкания, целостность дорожек. Но этого мало. Обязательна проверка на целостность цепи (тестером или на специальном стенде). Особенно после механической обработки — где-то могла появиться микротрещина.

Для нас стало открытием, что даже после успешного электрического теста плата может выйти из строя позже. Виной тому — внутренние напряжения в материале, возникшие из-за нарушения режимов термообработки или механического воздействия. Поэтому для критичных серий теперь внедряем выборочное тестирование на термоциклирование (холод-жара). Да, это удорожание. Но так мы спим спокойнее.

В этом плане интересен подход крупных игроков, которые строят экосистему. Взять ту же группу, к которой относится ООО ?Сиань Циюнь Чжисюнь Электронные Технологии?. Их заявленная синергия промышленной цепочки, по сути, позволяет контролировать качество на каждом переделе, от сырья до финального теста сборки. Для заказчика это снижает риски. Для нас, как производителей в нише, это одновременно и вызов, и ориентир.

Вместо заключения: простота как высший пилотаж

Так что производство однослойной печатной платы — это отличная школа. Здесь нет возможности спрятать огрехи за сложностью многослойной структуры. Все ошибки процесса — как на ладони. Каждый этап, от выбора текстолита до упаковки, требует внимания и понимания физики и химии происходящего.

Сейчас, глядя на новые автоматические линии для однослойных печатных плат, понимаешь, что прогресс идёт в сторону исключения ?человеческого фактора? из критичных операций. Но фундаментальные знания о том, почему и как нужно делать те или иные шаги, никуда не деваются. Их не заменит даже самая умная машина. Именно эти знания, набитые шишками и испорченными партиями, и позволяют делать продукт, который работает годами, а не просто соответствует формальным ТУ. И в этом, пожалуй, и заключается настоящий профессионализм в нашей, казалось бы, простой области.