Производство печатных плат электроники

Когда говорят о производстве печатных плат, многие сразу представляют себе полностью автоматизированные линии, где всё решают роботы. На деле же, даже с современным оборудованием, ключевые решения часто принимает человек у микроскопа. Возьмём, к примеру, контроль трафаретной печати паяльной пасты – тут до сих пор нет замены опытному глазу, который уловит малейшую разницу в геометрии отпечатка. Это первое, с чем сталкиваешься на практике и о чём редко пишут в глянцевых брошюрах.

От файла Gerber до первого прототипа: где кроются подводные камни

Всё начинается, казалось бы, с рутины – проверки Gerber-файлов от заказчика. Но именно здесь мы в ООО Сиань Циюнь Чжисюнь Электронные Технологии набили первые шишки. Однажды пришёл набор файлов для многослойной платы, где в одном слое зазоры между дорожками были впритык к технологическому пределу. По стандарту – проходит. Но мы-то знали, что на нашем конкретном травящем оборудовании с такой медианой возможен непрокрав. Пришлось звонить инженеру заказчика и убеждать его переразвести, аргументируя не абстрактными нормами, а конкретными параметрами нашего химфрезерного станка. Это был не спор, а совместный поиск решения – после такого клиент обычно остаётся надолго.

А вот с быстрыми прототипами история особая. Все хотят ?вчера?. Но скорость часто упирается в логистику базовых материалов. Скажем, популярный FR-4 от определённого поставщика может быть в наличии, а вот медная фольга нужной толщины – нет. И тогда начинается импровизация: можно ли использовать аналог? Как это повлияет на импеданс в высокочастотных участках? Приходится быстро считать, советоваться с технологом, взвешивать риски. Иногда решение – пойти на небольшое ухудшение параметров, но выдать плату заказчику для отладки логики, с честными предупреждениями. Прозрачность здесь важнее попытки сделать идеально, но срыв все сроки.

Кстати, о материалах. Сейчас много шума вокруг ?российских аналогов? диэлектриков. Пробовали. В одном из проектов для промышленной автоматики решили испытать отечественный препрег для внутренних слоёв. Механика – нормально, но при прессовании пакета дал усадку на пару процентов больше, чем привычный. Для платы с плотным монтажом BGA-компонентов это оказалось критично – разбежка посадочных мест. Пришлось срочно перезаказывать материал и переносить сроки. Горький, но ценный опыт. Теперь любой новый материал тестируем на пробных мини-пакетах, прежде чем запускать в серию. Информация об этих тестах – наша внутренняя кухня, но ей мы иногда делимся с постоянными партнёрами на страницах https://www.apexpcb-cn.ru, просто чтобы было понятно, на чём строятся наши гарантии.

Технологический цикл: неочевидные зависимости на участке металлизации

Сердце производства многослойных плат – это, безусловно, участок металлизации сквозных и глухих отверстий. Тут теория из учебников часто расходится с практикой. Все знают про важность подготовки отверстия, декапирования. Но вот нюанс: эффективность микростравки сильно зависит от температуры раствора и времени выдержки. А эти параметры на линии нужно корректировать, исходя не только из типа стеклоткани, но и из партии меди на фольге. Бывает, поставщик чуть изменил состав, и уже нужно ловить момент опытным путём. Автоматика, конечно, помогает, но финальный вердикт о качестве активации стенок отверстия до сих пор выносит мастер по результатам контрольного сечения под микроскопом. Это та самая ?ручная настройка?, без которой стабильного качества не добиться.

Особенно головной болью бывают глухие отверстия (blind vias) для плат с высокой плотностью монтажа. Лазерное сверление – процесс точный, но последующее осаждение меди в такие ?колодцы? – искусство. Часто проблема не в самом осаждении, а в последующем перераспределении тока при гальваническом наращивании. Получается, что толщина меди на поверхности и в глубине отверстия отличается. Для цифровых устройств смотрится, а для силовых портов – уже риск перегрева. Мы нашли для себя компромисс в комбинированном подходе: где-то используем заполнение проводящей пастой, а где-то – улучшенную гальванику с импульсным режимом. Выбор зависит от конечного применения платы, и этот диалог с заказчиком о применении – ключевой этап техпроцесса.

И нельзя не сказать о финишных покрытиях. HASL (сплав олово-свинец) по-прежнему жив, несмотря на тренды. Для устройств, работающих в условиях вибрации или термоциклирования, это часто самое надёжное и, что важно, ремонтопригодное решение. Бессвинцовые же покрытия, вроде иммерсионного олова или ENIG, хороши для плотного шага, но требуют идеальной подготовки поверхности. Малейшая остаточная загрязнённость после промывки – и адгезия компонента под вопросом. У нас был случай на одной из сборок для телеком-оборудования, когда из-за неидеального ENIG на нескольких площадках произошёл отрыв микросхемы при термоударе. Расследование показало микроскопические включения в покрытии. Теперь контроль финишного покрытия – отдельная строка в чек-листе, с выборочным SEM-анализом для ответственных заказов.

Контроль качества: не там, где его обычно ищут

Многие думают, что контроль качества – это финальный AOI (автоматический оптический контроль) или тестирование на зондовых стендах. Это важно, но настоящие проблемы рождаются раньше. Один из самых критичных, но незаметных со стороны этапов – ламинация многослойного пакета. Давление и температура – параметры, заданные техпроцессом. Но препрег – материал гигроскопичный. Если перед прессованием он даже немного набрал влаги из воздуха цеха (а летом у нас бывает высокая влажность), то при нагреве образуются пузыри или расслоения внутри платы. Дефект, который проявится только после травления или, что хуже, на сборке при пайке волной. Поэтому сейчас строжайший контроль климата в зоне хранения препрегов и ведение журнала времени выдержки материала перед использованием. Мелочь, которая спасает от катастрофы.

Ещё один момент – это электрический тест (E-Test). Казалось бы, подключил, запустил программу. Но шаблон тестирования нужно правильно составить. Была история с платой для системы управления, где мы проверяли все заведомые цепи, но пропустили тест на отсутствие короткого замыкания между двумя соседними дорожками разных сетей, потому что они были на разных слоях и в проекте не пересекались. Оказалось, из-за брака в материале (посторонняя проводящая частица в диэлектрике) после ламинации возник пробой. Плата прошла наш стандартный тест, но вышла из строя у заказчика. Теперь в шаблон для многослойных плат обязательно включаем тест на изоляцию между всеми соседними сетями, даже если по проекту они изолированы. Это увеличивает время тестирования, но полностью исключает такие сюрпризы.

И конечно, рентген. Для плат со скрытыми и глухими переходами – это must have. Но и тут есть тонкость. Настройка контрастности и угла съёмки для выявления неполного заполнения отверстия проводящей пастой или микротрещины в переходе – это навык оператора. Автоматический анализ снимков иногда пропускает неявные дефекты. Поэтому у нас принято, чтобы все снимки с рентгена для ответственных заказов просматривал старший мастер. Его опытный взгляд заметит едва различимую тень или аномалию в структуре, которую программа сочла допустимым отклонением. Это человеческое звено в цепочке высоких технологий пока что незаменимо.

Экономика процесса: о чём молчат калькуляторы

Стоимость производства печатных плат – это не просто сумма цены материалов и машино-часов. Есть скрытые факторы. Самый большой – это процент выхода годных (yield). Для простых двусторонних плат он может быть 98-99%. Для сложных многослойных с HDI – редко выше 85-90% в начале серии. И эта разница закладывается в стоимость. Но многие заказчики, особенно стартапы, этого не понимают, требуя цену как за простую плату. Приходится объяснять, что каждый дополнительный технологический переход (например, лазерные отверстия + их заполнение + последовательная ламинация) – это новый риск брака. И цена отражает не только трудозатраты, но и этот риск. Группа компаний, в которую входит наше ООО Сиань Циюнь Чжисюнь Электронные Технологии, как раз за счёт управления несколькими профильными предприятиями в цепочке старается оптимизировать эти риски, контролируя ключевые этапы от материалов до финишной обработки. Это даёт определённую стабильность, но не отменяет физику процесса.

Другой неочевидный момент – утилизация отходов. Травяные растворы, отработанные гальванические электролиты – это не просто ?слить в канализацию?. Их нейтрализация и утилизация – серьёзная статья расходов, которая тоже включена в стоимость квадратного дециметра платы. Современные системы регенерации позволяют частично возвращать медь из растворов, но оборудование дорогое. Для нас, как для части более крупной структуры, проще централизовать эту функцию на одном из предприятий группы, что даёт экономию масштаба. Но для маленького цеха такие затраты могут быть неподъёмными, что толкает их на сомнительные решения с экологическими рисками.

И, наконец, логистика внутри цеха. Кажется, что платы просто движутся от участка к участку. Но если плохо спланировать маршруты, возникают простои, накопление незавершёнки, риск механических повреждений при лишних перемещениях. Мы после одного инцидента с царапинами на масках пересмотрели всю систему тележек и контейнеров. Внедрили жёсткое правило: плата в процессе – только в специальной кассете, соответствующей её толщине. Это снизило количество микроцарапин, невидимых глазу, но убивающих паяемость, на 70%. Такие мелочи, не описанные в технологических картах, и составляют культуру производства.

Взгляд в будущее: куда движется отрасль с позиции цеха

Сейчас много говорят об аддитивных технологиях, о печати проводящих дорожек струйным способом. Это интересно для прототипов или гибкой электроники, но для серийного производства классических жёстких плат – пока не конкурент. Барьер – в механической прочности и стабильности электрических параметров таких дорожек. Наш практический взгляд: ближайшее будущее – в дальнейшей миниатюризации и увеличении плотности монтажа за счёт улучшения существующих субтрактивных технологий. А именно – в более точном лазерном прямом формировании рисунка (LDI) и в совершенствовании химии для получения более узких и высоких проводников с ровными стенками. Это то, над чем мы работаем в рамках нашей группы, тестируя новые фоторезисты и режимы экспонирования.

Ещё один тренд – это интеграция пассивных компонентов внутрь платы (embedding). Не припаивать резисторы и конденсаторы на поверхность, а формовать их в слоях диэлектрика в процессе ламинации. Технология многообещающая для высокочастотных устройств, сокращает паразитные параметры. Мы делали несколько пробных запусков для одного заказчика из сферы связи. Сложность даже не в формировании компонента, а в точном контроле его номинала после всех термических процессов. Разброс получается больше, чем у чип-компонентов. Поэтому пока область применения – схемы, где нужна ёмкость или сопротивление с допуском в 20-30%, а не в 1%. Но направление перспективное, и мы продолжаем эксперименты, накапливая свою базу знаний.

В итоге, производство печатных плат – это не просто услуга по техзаданию. Это всегда совместный проект с заказчиком. Чем больше он понимает о технологических ограничениях, чем раньше начинается диалог (ещё на этапе схемотехники и разводки), тем лучше и дешевле будет результат. Наша роль как производителя – не просто выполнить файлы, а быть технологическим консультантом. Именно на это направлена наша работа в ООО Сиань Циюнь Чжисюнь Электронные Технологии и всей нашей экосистеме. Цель – чтобы плата не просто сошла с конвейера, а гарантированно заработала в устройстве заказчика, выдерживая заявленные условия. А это достигается только опытом, вниманием к деталям и готовностью смотреть на процесс целиком, от кристалла кремния до готового блока. Всё остальное – лишь инструменты для достижения этой цели.