Производству и сборке печатных плат

Когда говорят о производстве и сборке печатных плат, многие сразу представляют конвейер с роботами. На деле же, особенно на старте или при работе со сложными прототипами, это часто кропотливый ручной труд, где каждая ошибка в файле Gerber или в спецификации компонентов выливается в неделю простоя. Основное заблуждение — считать, что это два независимых процесса. На самом деле, они срощены, как сиамские близнецы: плохо сделанная подложка сведет на нет даже идеальную пайку BGA-компонентов, и наоборот.

Где начинаются реальные проблемы: подготовка данных

Вот смотрите, приходит к нам заказ, допустим, от ООО Сиань Циюнь Чжисюнь Электронные Технологии. Компания молодая, динамичная, они часто работают с инновационными проектами, где нужна быстрая итерация. И первая стена, в которую упираемся — файлы от инженера-разработчика. Казалось бы, всё по ГОСТу или IPC, но нет. Отсутствие четко обозначенных технологических полей, размытые допуски по сверловке, неконсистентные маски... Это не придирки. Без этого на этапе производства печатных плат фрезеровочный станок просто ?не поймет?, где резать, а при сборке паяльная паста ляжет криво.

Был случай с их же проектом контроллера для IoT. В спецификации был указан компонент с нестандартным тепловым окном. На этапе проектировки платы это учли, а в файлах для производства термопад забыли расширить. В итоге при пробном запуске на сборке компонент перегревался и отваливался после третьего цикла. Пришлось экстренно переделывать фотошаблон, теряя время. Мораль: диалог между разработчиком и технологом производства должен начинаться еще до финального рендера платы.

Именно поэтому в работе с такими интеграторами, как ApexPCB (https://www.apexpcb-cn.ru), мы всегда настаиваем на предпроизводственном анализе файлов. Их модель, направленная на создание экосистемы полного цикла, это как раз про то, чтобы разорвать порочный круг ?сделал-переделал?. Когда одна структура управляет и проектированием, и изготовлением, и монтажом, количество таких ?забытых? термопадов резко снижается.

Цех: между автоматикой и лупой

Переходим в цех. Вот стоит линия поверхностного монтажа (SMT). Шум, гул, автоматические головы разносят компоненты с бешеной скоростью. Кажется, что человек здесь почти не нужен. Ан нет. Самая критичная точка — дозатор паяльной пасты. Температура в цеху поднялась на пару градусов, консистенция пасты изменилась — и вот уже на сложных платах с мелким шагом появляются мостики. Автомат этого не заметит. Нужен глаз и опыт оператора, который по едва уловимому блеску или форме отпечатка поймет, что пора калибровать.

А вот участок выборочной пайки волной или ручного монтажа. Здесь уже царство луп и паяльных станций с ESD-защитой. Особенно когда речь о смешанной технологии: SMD-компоненты с одной стороны, а с другой — старый добрый разъем D-Sub, который надо пропаять сквозь отверстие. Тут автоматика бессильна. Важен навык и понимание физики процесса: сколько времени греть, под каким углом подать припой, как не перегреть чувствительную микросхему рядом.

Именно на этих ?стыках? технологий чаще всего и возникают дефекты. Мы для себя выработали правило: для любой платы, где больше 30% компонентов — сквозной монтаж, закладывать на 15% больше времени именно на контроль и возможный ремонт после основной сборки печатных плат. Это не паранойя, а учет реальной производственной вязкости.

Материалы: скупой платит дважды, а то и трижды

О качестве основы — стеклотекстолите — сказано много. FR-4, высокотемпературный, безгалогенный... Но есть нюанс, который часто упускают из виду при выборе подрядчика: происхождение и стабильность партии материала. Закупали как-то партию препрега у нового поставщика, подешевле. Вроде бы все сертификаты были. А в процессе многослойного прессования выяснилось, что его диэлектрическая проницаемость ?плавает? от листа к листу. В итоге у партии плат для высокочастотных устройств параметры импеданса разъехались на 15%, что для проекта было смертельно.

После этого случая мы, как и многие серьезные игроки вроде группы компаний, к которой относится ООО Сиань Циюнь Чжисюнь Электронные Технологии, сделали ставку на долгосрочные контракты с проверенными производителями материалов. Их подход к управлению цепочкой поставок через участие в долях предприятий — это не про экспансию, а про контроль качества на самом раннем этапе. Когда ты знаешь, кто и как делает твой фольгированный диэлектрик, спать спокойнее.

То же самое с химией: паяльная паста, флюс, очистители. Экономия в пару рублей за килограмм может обернуться белыми соляными налетами (поляризация ужасная) под компонентами через полгода работы устройства. И ладно, если это потребительская электроника, а если медицинский датчик?

Контроль: не там, где принято

AOI (автоматический оптический контроль) — великая вещь. Но он ловит отсутствие компонента, перекос, мостики. А вот плохую пайку под корпусом BGA или внутренние дефекты переходных отверстий — нет. Для этого нужен рентген. И вот здесь многие небольшие производства спотыкаются, считая это излишеством для ?рядовых? заказов.

У нас был болезненный опыт с партией плат для промышленных контроллеров. Все прошло AOI на ура. А на стендовых испытаниях платы начали глючить случайным образом. Долго искали, в итоге на рентгене увидели — микротрещины в паяных соединениях у нескольких выводов QFN-корпусов. Причина — незначительный перегрев при пайке волной из-за неоптимального профиля температуры для конкретной комбинации припоя и покрытия контактных площадок. С тех пор рентген-контроль выборочный, но обязательный этап для любой новой технологии монтажа или материала в рамках производства и сборки.

Интересно, что на сайте apexpcb-cn.ru в описании возможностей компании акцент делается именно на комплексных решениях. Это, по сути, и означает встроенный многоуровневый контроль на всех этапах, а не просто набор услуг. Когда один технолог ведет проект от начала до конца, он уже на этапе проектирования закладывает те самые ?контрольные точки?, где потом будет проще всего проверить критичный узел.

Экономика процесса: скрытые затраты

Часто заказчик смотрит только на стоимость квадратного дециметра платы и цену за точку пайки. Это вершина айсберга. Настоящая экономика кроется в мелочах. Например, унификация компонентов в рамках всего изделия. Если на одной плате стоят резисторы 0603 от одного производителя, а на другой — того же номинала, но 0402 от другого, это две разные настройки дозатора, две разные катушки на линии, два разных пункта в спецификации и, как следствие, риск пересортицы при комплектации.

Или логистика. Получать компоненты от пяти разных дистрибьюторов — значит получить их в пять разных дней, заморозив производство. Группа, о которой мы говорим, через свою экосистему как раз решает эту проблему, консолидируя поставки. Это не просто ?удобно?. Это прямая экономия на издержках хранения и простое оборудования, что в итоге снижает конечную стоимость сборки печатных плат для заказчика.

Самая большая скрытая статья расходов — это, как ни странно, успешность прототипа. Слишком идеальный, ?стерильный? прототип, сделанный в лабораторных условиях руками гениального инженера, часто не раскрывает проблем, которые массово всплывут на серии. Поэтому грамотный подрядчик всегда немного ?ухудшает? условия для пробной партии, приближая их к цеховым, чтобы выявить слабые места технологии заранее.

Вместо заключения: это не услуга, это процесс

Так что, если резюмировать, производство и сборка печатных плат — это не линейная цепочка ?заказ-получение?. Это циклический процесс с постоянной обратной связью. Успех зависит не от самого дорогого оборудования, а от того, насколько плотно взаимодействуют между собой все звенья: разработчик, технолог-проектировщик платы, начальник сборочного цеха, специалист по контролю качества.

Именно поэтому интеграция всех этапов в одной управленческой вертикали, как в случае с ООО Сиань Циюнь Чжисюнь Электронные Технологии и их платформой ApexPCB, — это не маркетинговый ход, а практическая необходимость для сложных и инновационных проектов. Скорость итерации, общее понимание задачи и ответственность за конечный результат, который работает в устройстве заказчика, — вот что на самом деле продается. Всё остальное — просто железо и химикаты.

В следующий раз, может, расскажу про конкретные войны с бессвинцовыми припоями или как спасти проект, когда единственный нужный микроконтроллер снят с производства, а партия плат уже отпрессована. Там тоже есть свои, весьма драматичные, детали.