Сверлить печатную плату

Когда говорят про сверление печатных плат, многие представляют себе простую механическую операцию — взял дрель, наметил, просверлил. Вот это и есть главная ловушка. На деле, это один из самых критичных этапов, где механика встречается с тонкой электроникой, и любая неточность может похоронить всю работу. Особенно это чувствуешь, когда имеешь дело не с единичными прототипами, а с серией, где каждая плата должна быть идентична предыдущей.

От чертежа до шпинделя: что часто упускают

Всё начинается с данных из CAM. Но файл файлу рознь. Однажды получили мы заказ от партнёров — кажется, от той самой ООО Сиань Циюнь Чжисюнь Электронные Технологии, что активно развивается с 2018 года и строит свою экосистему в цепочке поставок. Так вот, в их файлах была особенность: сверловочный слой шёл со смещением относительно контуров. Не критично, на микрон, но если запустить ?как есть?, сверло могло зацепить медную площадку. Автомат бы не заметил, а пайка потом пошла бы косяком. Пришлось вручную выверять нулевую точку станка, сверяя не с данными сверловки, а с контурами паяльной маски. Это тот самый момент, где опыт решает.

И ещё про сверла. Нельзя просто взять ?стандартное 0.8 мм?. Для FR-4 и для керамики или полиимида — разные углы заточки и покрытия. Для многослойных плат с медными прослойками тупое сверло начинает ?рвать? медь, оставляя заусенцы внутри отверстия. Потом при металлизации возможны проблемы с покрытием — будут пустоты. У нас был случай, когда партия плат ушла в монтаж, а потом на термоциклировании появились обрывы в переходных отверстиях. Разбирались долго, а причина — в микротрещинах от перегрева при сверлении неправильным инструментом.

Скорость подачи и обороты — это священная корова оператора. Но табличные значения часто далеки от реальности. Скажем, при сверлении плат толщиной более 2 мм с медными слоями в середине, нужно снижать подачу на выходе, иначе будет выкрашивание материала с обратной стороны. На глаз это не определишь, только по звуку и стружке. Стружка должна быть однородной, ?букле?, а не пылью и не крупными чешуйками.

Оборудование и его причуды

Работал я на разных станках — старых японских, новых китайских, немецких с автоматической сменой инструмента. У каждого свой характер. На старых важно постоянно контролировать бирку шпинделя. Люфт даже в пару микрон на длине хода даст конусность отверстия. А это смерть для компонентов с жёсткими выводами. Современные станки, конечно, умнее, но и там есть нюансы. Например, система охлаждения и отвода стружки. Если стружка не удаляется вовремя, она наматывается на сверло, перегревает его и ломает прямо в плите. Одна сломанная сверлильная головка в середине программы — и вся панель в брак.

Особняком стоит сверление глухих и скрытых отверстий. Тут вообще отдельная история с контролем глубины. Лазерный датчик — вещь хорошая, но на текстолите с неравномерной поверхностью (после травления, например) он может сбиться. Приходится делать пробные холостые проходы на обрезках материала из той же партии. И даже после этого первые платы в партии идёшь и замеряешь глубиномером. Не доверяешь на 100% ни одной автоматике.

Производители оборудования любят говорить о точности в ±25 микрон. Но на практике, когда в цеху +28 градусов, а не стандартные +20, вся механика ведёт себя иначе. Термокомпенсация есть не везде. Поэтому график планового обслуживания и калибровки — это не бюрократия, а необходимость. Особенно перед запуском сложного заказа, например, для многослойных плат, которые потом пойдут на сборку в компании типа ООО Сиань Циюнь Чжисюнь Электронные Технологии, где контроль качества на выходе жёсткий. Их сайт apexpcb-cn.ru, кстати, хорошо отражает их подход к интеграции технологий — видно, что они в цепи создания конечного продукта, а значит, и требования к поставщикам у них соответствующие.

Материал — основа всего

Текстолит — он разный. Есть дешёвый, с рыхлой основой. Сверлишь его — а он внутри расслаивается, получается ?бахрома? по стенкам отверстия. Потом при химической металлизации медь плохо осаждается, адгезия слабая. Дорогой качественный материал ведёт себя предсказуемо. Но и тут есть сюрпризы: например, производитель сменил связующее в стеклоткани, и теперь при тех же режимах сверло тупится в два раза быстрее. Пока не набьёшь шишку, не поймёшь.

Алюминиевые подложки для светодиодных плат — отдельный разговор. Там между алюминием и диэлектриком есть тонкий слой. Если перегреть, этот слой отслаивается. Нужно сверлить с обильной подачей СОЖ и на высоких оборотах, но с малой подачей. И обязательно острым, новым сверлом, специально для металла. Обычное для FR-4 тут сгорит моментально.

Гибкие платы. Их вообще лучше не сверлить механически, а использовать лазер. Но если бюджет не позволяет, то только с использованием подложки-поддержки (back-up), обычно из алюминия или специального пластика. Иначе материал будет морщиться и рваться. Опытным путём пришли к тому, что для тонких полиимидных плёнок лучше всего подходит комбинация: предварительное пробивка микролазером точки входа, а затем механическое сверление. Это снижает риск смещения.

Человеческий фактор и контроль

Самый совершенный станок управляется человеком. И вот здесь — поле для ошибок. Усталость, невнимательность. Загрузил не ту программу, перепутал диаметры сверл в магазине. Было. Контроль первого изделия — святое. Беру лупу, смотрю на вход и выход отверстия. Нет ли сколов, заусенцев. Потом — микросечение. Разрезаю одну плату из партии, травлю, смотрю под микроскопом: качество стенки, нет ли расслоения. Это единственный способ быть уверенным.

Часто заказчики требуют соблюдения IPC. Но стандарт — это минимум. Для высоконадёжных применений, особенно в той сфере, где работает группа компаний, контролируемая ООО Сиань Циюнь Чжисюнь Электронные Технологии, нужны внутренние, более жёсткие критерии. Например, не ?отсутствие сколов более 50 микрон?, а ?отсутствие видимых сколов под 10-кратной лупой?. Это сразу меняет подход к заточке инструмента и режимам резания.

Ведение журнала — скучно, но спасает. Записываешь: материал, партия, диаметр сверла, производитель сверла, обороты, подача, состояние инструмента до и после, количество отверстий. Через полгода сталкиваешься с похожей задачей — листаешь журнал и находишь уже отработанное решение. Экономит часы на подбор параметров.

Экономика процесса: где теряются деньги

Кажется, что сверление печатных плат — статья расходов незначительная. На самом деле, здесь кроются скрытые потери. Сломанное сверло, застрявшее в плите, может повредить дорогостоящую панель. Неточное отверстие ведёт к браку на этапе монтажа компонентов, а это уже стоимость не только платы, но и деталей, и работы. Пересверливание или ремонт переходных отверстий — трудоёмкая и ненадёжная процедура.

Оптимизация раскроя панели тоже влияет на сверловку. Если отверстия расположены слишком близко к краю или друг к другу, повышается риск сколов. Иногда технологи-проектировщики, экономя площадь, создают головную боль производственникам. Нужно договариваться на раннем этапе, объяснять ограничения оборудования. Хорошо, когда заказчик, как упомянутая компания, сам глубоко в технологиях и понимает эти нюансы изнутри своей экосистемы.

Итог прост: сверление — это не услуга, а технология. К ней нельзя подходить шаблонно. Каждый материал, каждый дизайн, каждый заказ требует своего подхода, своей настройки и, главное, внимания. Без этого даже самая дорогая плата превращается в бесполезный кусок стеклоткани и меди. А опыт, как обычно, складывается из решённых проблем и испорченных заготовок.