Сегодня мы выступим в немного непривычном для себя амплуа, будем рассказывать не о гаджетах, а о технологиях, которые стоят за ними. Месяц назад мы были в Казани, где познакомились с ребятами из Навигатор-кампуса. Заодно побывали на расположенном близко (ну, относительно близко) заводе по производству печатных плат — Технотех. Этот пост — попытка разобраться в том, как же все-таки производят те самые печатные платы.
![image](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/habr/post_images/738/31e/364/73831e36439899e35ac55e8ce1ab42f4.jpg)
Итак, как же все-таки делают печатные платы для наших любимых гаджетов?
На заводе умеют делать платы от начала и до конца — проектирование платы по вашему ТЗ, изготовление стеклотекстолита, производство односторонних и двухсторонних печатных плат, производство многослойных печатных плат, маркировка, проверка, ручная и автоматическая сборка и пайка плат.
Для начала, я покажу, как делают двухсторонние платы. Их техпроцесс ничем не отличается от производства односторонних печатных плат, кроме того, что при изготовлении ОПП не производят операции на второй стороне.
О методах изготовления плат
Вообще, все методы изготовления печатных плат можно разделить на две большие категории: аддитивные(от латинского additio -прибавление) и субтрактивные (от латинского subtratio—отнимание). Примером субтрактивной технологии является всем известный ЛУТ(Лазерно-утюжная технология) и его вариации. В процессе создания печатной платы по этой технологии мы защищаем будущие дорожки на листе стеклотекстолита тонером от лазерного принтера, а затем стравливаем все ненужное в хлорном железе.
В аддитивных методах проводящие дорожки, наоборот, наносятся на поверхность диэлектрика тем или иным способом.
Полуаддитивные методы(иногда их еще называют комбинированными. ) — нечто среднее между классическими аддитивными и субтрактивными. В процессе производства ПП по этому методу часть проводящего покрытия может стравливаться(иногда почти сразу после нанесения), но как правило это происходит быстрее/проще/дешевле, чем в субтрактивных методах. В большинстве случаев, это следствие того, что большая часть толщины дорожек наращивается гальваникой или химическими методами, а слой, который подвергается травлению — тонкий, и служит лишь в качестве проводящего покрытия для гальванического осаждения.
Я покажу именно комбинированный метод.
Изготовление двухслойных печатных плат по комбинированному позитивному методу(полуаддитивный метод)
Изготовление стеклотекстолита
Процесс начинается с изготовления фольгированного стеклотекстолита. Стеклотекстолит — это материал, состоящий из тонких листов стекловолокна(они похожи на плотную блестящую ткань), пропитанных эпоксидной смолой и спрессованных стопкой в лист.
Сами полотна стекловолокна тоже не слишком просты — это плетеные(как обычная ткань в вашей рубашке) тонкие-тонкие нити обычного стекла. Они настолько тонкие, что могут легко гнуться в любых направлениях. Выглядит это примерно вот так:
![image](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/habr/post_images/a70/93b/d83/a7093bd83a3b9b62286feecb5ee83b03.jpg)
Увидеть ориентацию волокон можно на многострадальной картинке из википедии:
![image](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/habr/post_images/f1d/afa/8fe/f1dafa8fea0e291a0e5aeacda9118cef.jpg)
В центре платы, светлые участки — это волокна идут перпендикулярно срезу, участки чуть темнее — параллельно.
Или например на микрофотографии tiberius, насколько я помню из этой статьи:
![image](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/habr/post_images/fe3/8b7/139/fe38b7139acf970ea36633b936496d32.jpg)
Итак, начнем.
Стекловолоконное полотно поступает на производство вот в таких бобинах:
![image](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/habr/post_images/bd9/506/0f2/bd95060f29b5e00eda9d0b80209bd30c.jpg)
Оно уже пропитано частично отвержденной эпоксидной смолой — такой материал называется препрегом, от английского pre-impregnated — предварительно пропитанный. Так как смола уже частично отверждена, она уже не такая липкая, как в жидком состоянии — листы можно брать руками, совсем не опасаясь испачкаться в смоле. Смола станет жидкой только при нагреве фольги, и то лишь на несколько минут, прежде чем застыть окончательно.
Нужное количество слоев вместе с медной фольгой собирается вот на этом аппарате:
![image](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/habr/post_images/8d4/674/c12/8d4674c125e0614ef1cc1f54cb47e964.jpg)
А вот сам рулон фольги.
![image](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/habr/post_images/e7b/36c/ac8/e7b36cac8dd4f775ef8916b6ad4f2f47.jpg)
Далее полотно нарезается на части и поступает в пресс высотой в два человеческих роста:
![image](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/habr/post_images/a75/179/1b2/a751791b2c3d3dec724919f7ecd56e85.jpg)
На фото Владимир Потапенко, начальник производства.
Интересно реализована технология нагрева во время прессования: нагреваются не части пресса, а сама фольга. На обе стороны листа подается ток, который за счет сопротивления фольги нагревает лист будущего стеклотекстолита. Прессование происходит при сильно пониженном давлении, для исключения появления воздушных пузырей внутри текстолита
![image](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/habr/post_images/6a9/e50/ccd/6a9e50ccdb3d9bd08d1dc1a87729ce30.jpg)
При прессовании, за счет нагрева и давления, смола размягчается, заполняет пустоты и после полимеризации получается единый лист.
Вот такой:
![image](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/habr/post_images/98a/93c/b6c/98a93cb6ce048d6d9fc45b64dc723bea.jpg)
Он нарезается на заготовки для плат специальным станком:
![image](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/habr/post_images/7c6/922/675/7c6922675f73120d50df033d8c427ba8.jpg)
Технотех использует два вида заготовок: 305х450 — маленькая групповая заготовка, 457х610 — большая заготовка
После этого к каждому комплекту заготовок распечатывается маршрутная карта, и путешествие начинается…
![image](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/habr/post_images/350/4f8/5ea/3504f85ea3c25b09570ed5393ccd9df5.jpg)
Маршрутная карта — это вот такая бумажка с перечнем операций, информацией о плате и штрих-кодом. Для контроля выполнения операций используется 1С 8, в которую внесена вся информация о заказах, о техпроцессе и так далее. После выполнения очередного этапа производства сканируется штрихкод на маршрутном листе и заносится в базу.
Сверловка заготовок
Первый этап производства однослойных и двухслойных печатных плат — сверление отверстий. С многослойными платами все сложнее, и я расскажу об этом позже. Заготовки с маршрутными листами поступают на участок сверловки:
![image](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/habr/post_images/447/d63/c18/447d63c180180c94756ebbdfc060662d.jpg)
Из заготовок собирается пакет для сверловки. Он состоит из подложки(материал типа фанеры), от одной до трех одинаковых заготовок печатных плат и алюминиевой фольги. Фольга нужна для определения касания сверла поверхности заготовки — так станок определяет поломку сверла. Еще при каждом захвате сверла он контролирует его длину и заточку лазером.
![image](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/habr/post_images/e3c/6af/7c7/e3c6af7c7c34922eae98be0912e4210f.jpg)
После сборки пакета он закладывается вот в этот станок:
![image](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/habr/post_images/750/763/acd/750763acda34d87840b87d15f14a91a4.jpg)
Он такой длинный, что мне пришлось сшивать эту фотку из нескольких кадров. Это швейцарский станок фирмы Posalux, точной модели, к сожалению не знаю. По характеристикам он близок вот к этому. Он есттрехразовое трехфазное питание напряжением 400В, и потребляет при работе 20 КВт. Вес станка около 8 тонн. Он может одновременно обрабатывать четыре пакета по разным программам, что в сумме дает 12 плат за цикл(естественно, что все заготовки в одном пакете будут просверлены одинаково). Цикл сверления — от 5 минут до нескольких часов, в зависимости от сложности и количества отверстий. Среднее время — около 20 минут. Всего таких станков у технотеха три штуки.
![image](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/habr/post_images/bcc/1a9/f69/bcc1a9f693a34e00611c9ee2666c5ac5.jpg)
Программа разрабатывается отдельно, и подгружается по сети. Все что надо сделать оператору — отсканировать штрихкод партии и заложить пакет из заготовок внутрь. Емкость инструментального магазина: 6000 сверл или фрез.
![image](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/habr/post_images/adb/56a/3f3/adb56a3f3093a3a0cb79d4b16080e546.jpg)
Рядом стоит большой шкаф со сверлами, но оператору нет необходимости контролировать заточку каждого сверла и менять его — станок все время знает степень износа сверл — записывает себе в память сколько отверстий было просверлено каждым сверлом. При исчерпании ресурса сам меняет сверло на новое, старые сверла останется выгрузить из контейнера и отправить на повторную заточку.
![image](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/habr/post_images/b39/ea1/6d8/b39ea16d8fd9376d0db03f12972742f5.jpg)
Вот так выглядят внутренности станка:
![image](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/habr/post_images/0e8/036/465/0e803646571d0ab86e804d491677bb66.jpg)
После сверловки в маршрутном листе и базе делается отметка, а плата отправляетсяпо этапу на следующий этап.
![image](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/habr/post_images/092/6fa/5c8/0926fa5c846eb90dc7dc5dea5289debd.jpg)
Очистка, активация заготовок и химическое меднение.
Хоть станок и пользуется своими «пылесосом» во время и после сверловки, поверхность платы и отверстий все равно надо очистить от загрязнений и подготовить к следующей технологической операции. Для начала, плата просто очищается в моющем растворе механическими абразивами
![image](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/habr/post_images/3a1/3f6/b62/3a13f6b62ce90d9c8becfec300416d5d.jpg)
Надписи, слева направо: «Камера зачистки щетками верх/низ», «Камера промывки», «Нейтральная зона».
Плата становится чистой и блестящей:
![image](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/habr/post_images/c1b/bba/03d/c1bbba03d903cf00a7128e8f2079d23a.jpg)
После этого в похожей установке проводится процесс активации поверхности.Для каждой поверхности вводится серийный номер Активация поверхности — это подготовка к осаждению меди на внутреннюю поверхность отверстий для создания переходных отверстий между слоями платы. Медь не может осесть на неподготовленную поверхность, поэтому плату обрабатывают специальными катализаторами на основе палладия. Палладий, в отличии от меди, легко осаждается на любую поверхность, и в дальнейшем служит центрами кристаллизации для меди. Установка активации:
![image](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/habr/post_images/9dd/7c4/57a/9dd7c457a60e54b08b28ac563d263d91.jpg)
После этого, последовательно проходя несколько ванн в еще одной похожей установке заготовка обзаводится тонким(меньше микрона) слоем меди в отверстиях.
![image](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/habr/post_images/ee6/cff/168/ee6cff1681288e83647eefa43d7c7c3f.jpg)
Дальше этот слой гальваникой наращивается до 3-5 микрон — это улучшает стойкость слоя к окислению и повреждениям.
Нанесение и экспонирование фоторезиста, удаление незасвеченных участков.
Дальше плата отправляется в участок нанесения фоторезиста. Нас туда не пустили, потому что он закрыт, и вообще, там чистая комната, поэтому ограничимся фотографиями через стекло. Нечто подобное я видел в Half-Life(я про трубы, спускающиеся с потолка):
![image](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/habr/post_images/2ed/e94/61d/2ede9461d06283dae9d0b8200a4e2b7b.jpg)
Собственно вот зеленая пленка на барабане — это и есть фоторезист.
![image](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/habr/post_images/27a/536/38f/27a53638f8db6a70fa5012acc9fc89a1.jpg)
Далее, слева направо(на первой фотографии): две установки нанесения фоторезиста, дальше автоматическая и ручная рамы для засветки по заранее подготовленным фотошаблонам. В автоматической раме присутствует контроль, который учитывает допуск по совмещению с реперными точками и отверстиями. В ручной рамке маска и плата совмещаются руками. На этих же рамах экспонируется шелкография и паяльная маска. Дальше — установка проявки и отмывки плат, но так как мы туда не попали, фотографий этой части у меня нет. Но там ничего интересного — примерно такой же конвейер как в «активации», где заготовка проходит последовательно несколько ванн с разными растворами.
А на переднем плане — огромный принтер, который эти самые фотошаблоны печатает:
![image](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/habr/post_images/2ac/446/b38/2ac446b387157a7840d21355dc8c52b1.jpg)
Вот плата с нанесенным, экспонированным и проявленным:
![image](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/habr/post_images/9bb/967/ec8/9bb967ec801f7911e4fe026ca25f9133.jpg)
Обратите внимание, фоторезист нанесен на места, на которых в дальнейшем не будет меди — маска негативная, а не позитивная, как в в ЛУТ-е или домашнем фоторезисте. Это потому, что в дальнейшем наращивание будет происходить в местах будущих дорожек.
![image](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/habr/post_images/981/e4f/56c/981e4f56c6235699988c1e985f063b80.jpg)
Это тоже позитивная маска:
![image](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/habr/post_images/4af/99f/10c/4af99f10ca432b8eb260e17f4840f0c3.jpg)
Все эти операции происходят при неактиничном освещении, спектр которого подобран таким образом, чтобы одновременно не оказывать влияния на фоторезист и давать максимальную освещенность для работы человека в данном помещении.
Люблю объявления, смысл которых я не понимаю:
![image](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/habr/post_images/612/895/db2/612895db2551dc09481ddfd670493ec0.jpg)
Гальваническая металлизация
Теперь настал через ее величества — гальванической металлизации. На самом деле, ее уже проводили на прошлом этапе, когда наращивали тонкий слой химической меди. Но теперь слой будет наращён еще больше — с 3 микрон до 25. Это уже тот слой, который проводит основной ток в переходных отверстиях. Делается это вот в таких ваннах:
![image](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/habr/post_images/ec2/ed3/8e6/ec2ed38e6ae9438421f6cc0456beffc7.jpg)
В которых циркулируют сложные составы электролитов:
![image](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/habr/post_images/93d/ea3/170/93dea317020e23de10ad38a59131a7dc.jpg)
А специальный робот, повинуясь заложенной программе, таскает платы из одной ванны в другую:
![image](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/habr/post_images/002/131/854/0021318542876fcfaf92eb1705be9854.jpg)
Один цикл меднения занимает 1 час 40 минут. В одной паллете могут обрабатываться 4 заготовки, но в ванне таких паллет может быть несколько.
Осаждение металлорезиста
Следующая операция представляет собой еще одну гальваническую металлизацию, только теперь осаждаемый материал не медь, а ПОС — припой свинец-олово. А само покрытие, по аналогии с фоторезистом называется металлорезистом. Платы устанавливаются в раму:
![image](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/habr/post_images/a80/43a/134/a8043a1347b59c565756a1715d380ac1.jpg)
Эта рама проходит несколько уже знакомых нам гальванических ванн:
![image](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/habr/post_images/1af/c12/e45/1afc12e45e289c0ea10c442ac9015ef1.jpg)
И покрывается белым слоем ПОС-а. На заднем плане видна другая плата, еще не обработанная:
![image](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/habr/post_images/8b6/f25/4bc/8b6f254bc64a7b02c7891ffab43080df.jpg)
Удаление фоторезиста, травление меди, удаление металлорезиста
![image](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/habr/post_images/bfc/93c/3e8/bfc93c3e8b344e41844ccca2ede137eb.jpg)
Теперь с плат смывается фоторезист, он выполнил свою функцию. Теперь на все еще медной плате остались дорожки, покрытые металлорезистом. На этой установке происходит травление в хитром растворе, который травит медь, но не трогает металлорезист. Насколько я запомнил, он состоит из углекислого аммония, хлористого аммония и гидрооксида аммония. После травления платы выглядят вот так:
![image](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/habr/post_images/3d1/88b/f1c/3d188bf1c6a32089869bddf75bcfb4cb.jpg)
Дорожки на плате — это «бутерброд» из нижнего слоя меди и верхнего слоя гальванического ПОС-а. Теперь, другим еще более хитрым раствором проводится другая операция — слой ПОС-а убирается, не затрагивая слой меди.
![image](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/habr/post_images/13d/d18/184/13dd1818423b2ff41eecf98dcfa3683f.jpg)
Правда, иногда ПОС не убирается, а оплавляется в специальных печах. Или плата проходит горячее лужение(HASL-процесс) — когда она опускается в большую ванну с припоем. Сначала она покрывается канифольным флюсом:
![image](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/habr/post_images/803/e05/432/803e0543240346be3c15bfbad943da21.jpg)
И устанавливается вот в такой автомат:
![image](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/habr/post_images/a73/ec9/8f3/a73ec98f37ae80f0ffa8a8c82f4fe740.jpg)
Он опускает плату в ванну с припоем и тут же вытаскивает ее обратно. Потоки воздуха сдувают лишний припой, оставляя лишь тонкий слой на плате. Плата получается вот такая:
![image](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/habr/post_images/9d0/461/29e/9d046129e4349ff5cf78455a95f3bafa.jpg)
Но на самом деле метод немного «варварский» и не очень действует на платы, особенно многослойные — при погружении в расплав припоя плата переносит температурный шок, что не очень хорошо действует на внутренние элементы многослойных плат и тонкие дорожки одно- и двухслойных.
Гораздо лучше покрывать иммерсионным золотом или серебром. Вот тут очень хорошая информация о иммерсионных покрытиях, если кому интересно.
Мы не побывали на участке иммерсионных покрытий, по банальной причине — он был закрыт, а за ключом было идти лень. А жаль.
Электротест
Дальше почти готовые платы отправляются на визуальный контроль и электротест. Электротест — это когда проверяются соединения всех контактных площадок между собой, нет ли где обрывов. Выглядит это очень забавно — станок держит плату и быстро-быстро тыкает в нее щупами. Видео этого процесса можно посмотреть у меня в инстаграме(кстати, подписаться можно там же). А в виде фото это выглядит вот так:
![image](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/habr/post_images/644/38f/73d/64438f73db9a047d02822703b0c78f3c.jpg)
Та большая машина слева — и есть электротест. А вот и сами щупы ближе:
![image](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/habr/post_images/1dc/420/c9d/1dc420c9df36ff4cb0545e243ff5746b.jpg)
На видео, правда, была другая машинка — с 4 щупами, а тут их 16. Говорят, гораздо быстрее всех трех старых машинок с четырьмя щупами вместе взятых.
Нанесение паяльной маски и покрытие контактных площадок
Следующий технологический процесс — нанесение паяльной маски. То самое зеленое(ну, чаще всего зеленое. А вообще оно бывает очень разных цветов) покрытие, которое мы видим на поверхности плат. Подготовленные платы:
![image](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/habr/post_images/a53/aa8/422/a53aa84221ae62e82cb94a09a91da121.jpg)
Закладываются вот в такой автомат:
![image](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/habr/post_images/1db/a70/e0a/1dba70e0a3228c24f364a67a7a15113c.jpg)
Который через тонкую сеточку размазывает полужидкую маску по поверхности платы:
![image](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/habr/post_images/4f0/5f9/daf/4f05f9daf7d0b3f60bec89ce5f37c025.jpg)
Видео нанесения, кстати, тоже можно посмотреть в инстаграме(и подписаться тоже:)
После этого, платы сушатся, пока маска перестанет липнуть, и экспонируются в той же желтой комнате, что мы видели выше. После этого, неэкспонированная маска смывается, обнажая контактные пятачки:
![image](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/habr/post_images/293/7ff/7ea/2937ff7ea09acfc172cfc64311b38b13.jpg)
Потом их покрывают финишным покрытием — горячим лужением или иммерсионным нанесением:
![image](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/habr/post_images/c1b/4ad/1f2/c1b4ad1f2e7bba392cb365b01eb6ff28.jpg)
И наносят маркировку — шелкографию. Это белые(чаще всего) буковки, которые показывают, где какой разъем и какой элемент тут стоит.
Она может наносится по двум технологиям. В первом случае все происходит так же, как и с паяльной маской, отличается лишь цвет состава. Она закрывает всю поверхность платы, потом экспонируется, и неотвержденные ультрафиолетом участки смываются. Во втором случает ее наносит специальный принтер, печатающий хитрым эпоксидным составом:
Это и дешевле, и гораздо быстрее. Военные, кстати, не жалуют этот принтер, и постоянно указывают в требованиях к своим платам, что маркировка наносится только фотополимером, что очень огорчает главного технолога.
Изготовление многослойных печатных плат по методу металлизации сквозных отверстий:
Все, что я описал выше — касается только односторонних и двухсторонних печатных плат(на заводе их, кстати, никто так не называет, все говорят ОПП и ДПП). Многослойные платы(МПП) делаются на этом же оборудовании, но немного по другой технологии.
Изготовление ядер
Ядро — это внутренний слой тонкого текстолита с медными проводниками на нем. Таких ядер в плате может быть от 1(плюс две стороны — трехслойная плата) до 20. Одно из ядер называется золотым — это означает, что оно используется в качестве реперного — того слоя, по которому выставляются все остальные. Ядра выглядят вот так:
![image](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/habr/post_images/81f/17d/8bc/81f17d8bc99fd233bf8c293999242a9e.jpg)
Изготавливаются они точно так же, как и обычные платы, только толщина стеклотекстолита очень мала — обычно 0,5мм. Лист получается такой тонкий, то его можно изгибать, как плотную бумагу. На его поверхность наносится медная фольга, и дальше происходят все обычные стадии — нанесение, экспонирование фоторезиста и травление. Итогом этого являются вот такие листы:
![image](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/habr/post_images/69d/324/58c/69d32458c9f42aa38bc9c26dbc1e42ed.jpg)
После изготовления дорожки проверяются на целостность на станке, который сравнивает рисунок платы на просвет с фотошаблоном. Кроме этого, существует еще и визуальный контроль. Причем реально визуальный — сидят люди и смотрят в заготовки:
![image](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/habr/post_images/6cc/c80/e12/6ccc80e1245f831e49dd7f9992fc29e5.jpg)
Иногда какая-то из стадий контроля выносит вердикт о плохом качестве одной из заготовок(черные крестики):
![image](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/habr/post_images/f5d/976/4b9/f5d9764b96804a2dc241c0b3255ed5bf.jpg)
Этот лист плат, в которой случился дефект все равно изготовится полностью, но после нарезки бракованная плата пойдет в мусор. После того, как все слои изготовлены и проверены, наступает черед следующей технологической операции.
Сборка ядер в пакет и прессование
Это происходит в зале под названием «Участок прессования»:
![image](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/habr/post_images/bad/2e8/800/bad2e8800e66597cc3372c0ff96ce2e1.jpg)
Ядра для платы выкладываются вот в такую стопочку:
![image](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/habr/post_images/e86/72b/4ba/e8672b4ba3d4d58424b2257ba7a2a17d.jpg)
А рядом кладется карта расположения слоев:
![image](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/habr/post_images/5ad/a13/0e4/5ada130e45383b0ce4f6fdc9eb2f8157.jpg)
После чего в дело вступает полуавтоматическая машина прессования плат. Полуавтоматичность ее заключается в том, что оператор должен по ее команде подавать ей ядра в определенном порядке.
![image](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/habr/post_images/d7b/6d2/ee9/d7b6d2ee9cbc47f5668f4feaa1788ed4.jpg)
Перекладывая их для изоляции и склеивания листами препрега:
![image](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/habr/post_images/bad/4f3/b4c/bad4f3b4c25370b7f1f9b7336e5b1f94.jpg)
А дальше начинается магия. Автомат захватывает и переносит листы в рабочее поле:
![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/a17/767/05d/a1776705df44d90e1fcfd4f0df5aa122.gif)
А затем совмещает их по реперным отверстиям относительно золотого слоя.
![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/5d8/fd4/d2a/5d8fd4d2ae69903ca8ff57fb28ffb6e3.gif)
Дальше заготовка поступает в горячий пресс, а после прогрева и полимеризации слоев — в холодный. После этого мы получаем такой же лист стеклотекстолита, который ничем не отличается от заготовок для двухслойных печатных плат. Но внутри у негодоброе сердце несколько ядер со сформированными дорожками, которые, правда, еще никак не связаны между собой и разделены изолирующими слоями полимеризированного препрега. Дальше процесс проходит те же стадии, что я уже описывал ранее. Правда, за небольшим различием.
Сверловка заготовок
При сборке пакета ОПП и ДПП для сверловки его не нужно центровать, и его можно собирать с некоторым допуском — все равно это первая технологическая операция, и все остальные будут ориентироваться на нее. А вот при сборке пакета многослойных печатных плат очень важно привязаться к внутренним слоям — при сверловке отверстие должно пройти насквозь все внутренние контакты ядер, соединив их в экстазе при металлизации. Поэтому пакет собирается вот на такой машинке:
![image](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/habr/post_images/845/963/ac3/845963ac3e6fdd26373722e15d8ed8ad.jpg)
Это рентгеновский сверлильный станок, который видит сквозь текстолит внутренние металлически реперные метки и по их расположению сверлит базовые отверстия, в которые вставляются крепежи для установки пакета в сверлильный станок.
![image](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/habr/post_images/641/d55/10f/641d5510fc4303ecf8e54943ba0d59d5.jpg)
Металлизация
Дальше все просто — заготовки сверлятся, очищаются, активируются и металлизируются. Металлизация отверстия связывает между собой все медные пяточки внутри печатной платы:
![image](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/habr/post_images/e10/f77/da1/e10f77da165fa9900b92e3106347269e.jpg)
Таким образом, завершая электронную схему внутренностей печатной платы.
Проверка и шлифы
Дальше от каждой платы отрезается кусочек, который шлифуется и рассматривается в микроскоп, для того, чтобы удостовериться, что все отверстия получились нормально.
![image](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/habr/post_images/520/7f0/09b/5207f009b08d9850b527ff01030e461d.jpg)
Эти кусочки называются шлифы — поперечно срезанные части печатной платы, которые позволяет оценить качество платы в целом и толщину медного слоя в центральных слоях и переходных отверстиях. В данном случае, под шлиф пускают не отдельную плату, а специально сделанные с краю платы весь набор диаметров переходных отверстий, которые используются в заказе. Шлиф, залитый в прозрачный пластик выглядит вот так:
![image](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/habr/post_images/bbf/088/048/bbf08804847f793df1558ded4dd0d8c2.jpg)
Фрезеровка или скрайбирование
Далее платы, которые находятся на групповой заготовке необходимо разделить на несколько частей. Делается это либо на фрезерном станке:
![image](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/habr/post_images/703/508/60b/70350860bbbaedb9ae0a6f052a5cce90.jpg)
Который фрезой вырезает нужный контур. Другой вариант — скрайбирование, это когда контур платы не вырезается, а надрезается круглым ножом. Это быстрее и дешевле, но позволяет делать только прямоугольные платы, без сложных контуров и внутренних вырезов. Вот скрайбированная плата:
А вот фрезерованная:
![image](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/habr/post_images/494/8bc/374/4948bc374f0e481cc79bd5f55035ba36.jpg)
Если заказывалось только изготовление плат, то на этом все заканчивается — платы складывают в стопочку:
![image](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/habr/post_images/e81/473/bcf/e81473bcf20adac4782ba8e0960d7351.jpg)
Оборачивается все тем же маршрутным листом:
![image](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/habr/post_images/349/25f/e86/34925fe8679877249ab0353c0a4a179b.jpg)
И ждет отправки.
А если нужна сборка и запайка, то впереди есть еще кое-что интересное.
Сборка
![image](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/habr/post_images/5fa/c6f/111/5fac6f111444590cc2302c470eb238aa.jpg)
Дальше плата, если это необходимо поступает на участок сборки, где на нее напаиваются нужные компоненты. Если мы говорим о ручной сборке — то все понятно, сидят люди(кстати, в большинстве своем женщины, когда я к ним зашел, у меня уши в трубочку свернулись от песни из магнитофона «Боже, какой мужчина»):
![image](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/habr/post_images/81c/28e/c0c/81c28ec0cd3d37528c6c53d80cc8160f.jpg)
И собирают, собирают:
![image](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/habr/post_images/29a/d60/d86/29ad60d86b0b739edd47ef710f227bf8.jpg)
А вот если говорить о автоматической сборке, то там все гораздо интереснее. Происходит это вот на такой длинной 10-метровой установке, которая делает все — от нанесения паяльной пасты до пайки по термопрофилям.
![image](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/habr/post_images/43c/ca3/35b/43cca335bd86cd5c065ee86a465b6258.jpg)
Кстати, все серьёзно. Там заземлены даже коврики:
![image](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/habr/post_images/6d2/35b/5f3/6d235b5f30baf36142c80b11ecb07d1f.jpg)
Как я говорил, начинается все с того, что на неразрезанный лист с печатными платами устанавливают вместе с металлическим шаблоном в начало станка. На шаблон густо намазывается паяльная паста, и ракельный нож проходя сверху оставляет точно отмерянные количества пасты в углублениях шаблона.
![image](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/habr/post_images/d5c/499/b9a/d5c499b9aa0f5c3fd5b4addab88a5ac9.jpg)
Шаблон поднимается, и паяльная паста оказывается в нужных местах на плате. Кассеты с компонентами устанавливаются в отсеки:
![image](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/habr/post_images/561/e3a/c52/561e3ac52dd580ef46d6df45294444d1.jpg)
Каждый компонент заводится в соответствующую ему кассету:
![image](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/habr/post_images/100/a21/926/100a21926111374318fcd941c6915158.jpg)
Компьютеру, управляющему станком, говорится где какой компонент находится:
![image](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/habr/post_images/578/13f/8b9/57813f8b99abf68d4dc4bb37cbb38327.jpg)
И он начинает расставлять компоненты на плате.
![image](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/habr/post_images/604/5ad/2f3/6045ad2f32d8e6ff97add92a3fb1281d.jpg)
Выглядит это вот так(видео не мое). Можно смотреть вечно:
Аппарат установки компонентов называется Yamaha YS100 и способен устанавливать 25000 компонентов в час(на один тратится 0.14 секунды).
Дальше плата проходит горячую и холодные зоны печки(холодная — это значит «всего» 140°С, по сравнению с 300°С в горячей части). Побыв строго определенное время в каждой зоне со строго определенной температурой, паяльная паста плавится, образуя одно целое с ножками элементов и печатной платой:
![image](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/habr/post_images/b40/b7c/803/b40b7c80383177c9cddacecdc9c34488.jpg)
Запаянный лист плат выглядит вот так:
![image](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/habr/post_images/f67/d8d/d91/f67d8dd919d036ceb0ff04fc89ee1d25.jpg)
Все. Плата разрезается, если нужно и упаковывается, чтобы вскоре уехать к заказчику:
![image](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/habr/post_images/cfc/df9/96d/cfcdf996d0e0b797530ffd6fdf3eea6c.jpg)
Примеры
Напоследок, примеры того, что технотех может делать. Например, конструирование и изготовление многослойных плат(до 20 слоев), включая платы для BGA компонентов и HDI платы:
![image](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/habr/post_images/63c/fea/50c/63cfea50c57d290b6333006e28b385fc.jpg)
C со всеми «номерными» военными приемками(да, на каждой плате вручную ставится номер и дата изготовления — этого требуют военные):
![image](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/habr/post_images/757/4fd/dda/7574fddda3da86482e461424295c9c9c.jpg)
Проектирование, изготовления и сборка плат практически любой сложности, из своих или из компонентов заказчика:
![image](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/habr/post_images/d81/175/15d/d8117515d64f4ca621f2f6465e3eded7.jpg)
И ВЧ, СВЧ, платы с металлизированным торцом и металлическим основанием(фотографий этого я не сделал, к сожалению).
Конечно, они не конкурент резониту в плане быстрых прототипов плат, но если у вас от 5 штук, рекомендую запросить у них стоимость изготовления — они очень хотят работать с гражданскими заказами.
И все-таки, в России производство еще есть. Что бы там не говорили.
Напоследок можно отдышаться, поднять глаза на потолок и попытаться разобраться в хитросплетениях труб:
![image](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/habr/post_images/00c/4c8/dda/00c4c8dda01abeb43fb2885a45bdc625.jpg)
Что почитать?
Субтрактивный комбинированный позитивный метод в домашних условиях
ДПП в картинках
Несколько разных технологий изготовления ДПП и МПП
Производство в фотографиях(правда, без описания)
![](https://habrastorage.org/files/ac1/fc6/d2a/ac1fc6d2a19948c59791b0da6ab659df.gif)
![](https://habrastorage.org/files/933/ac3/0b6/933ac30b6fd24ffd82218148c2fb0917.gif)
![](https://habrastorage.org/files/464/a82/e04/464a82e045a34bae81406fd0b640cf08.gif)
![](https://habrastorage.org/files/0b5/542/136/0b55421365064901acdf0ed58cc4a111.gif)
![](https://habrastorage.org/files/63d/405/78e/63d40578ecbf48f28c62f57705c73eb6.gif)
![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/738/31e/364/73831e36439899e35ac55e8ce1ab42f4.jpg)
Итак, как же все-таки делают печатные платы для наших любимых гаджетов?
На заводе умеют делать платы от начала и до конца — проектирование платы по вашему ТЗ, изготовление стеклотекстолита, производство односторонних и двухсторонних печатных плат, производство многослойных печатных плат, маркировка, проверка, ручная и автоматическая сборка и пайка плат.
Для начала, я покажу, как делают двухсторонние платы. Их техпроцесс ничем не отличается от производства односторонних печатных плат, кроме того, что при изготовлении ОПП не производят операции на второй стороне.
О методах изготовления плат
Вообще, все методы изготовления печатных плат можно разделить на две большие категории: аддитивные(от латинского additio -прибавление) и субтрактивные (от латинского subtratio—отнимание). Примером субтрактивной технологии является всем известный ЛУТ(Лазерно-утюжная технология) и его вариации. В процессе создания печатной платы по этой технологии мы защищаем будущие дорожки на листе стеклотекстолита тонером от лазерного принтера, а затем стравливаем все ненужное в хлорном железе.В аддитивных методах проводящие дорожки, наоборот, наносятся на поверхность диэлектрика тем или иным способом.
Полуаддитивные методы(иногда их еще называют комбинированными. ) — нечто среднее между классическими аддитивными и субтрактивными. В процессе производства ПП по этому методу часть проводящего покрытия может стравливаться(иногда почти сразу после нанесения), но как правило это происходит быстрее/проще/дешевле, чем в субтрактивных методах. В большинстве случаев, это следствие того, что большая часть толщины дорожек наращивается гальваникой или химическими методами, а слой, который подвергается травлению — тонкий, и служит лишь в качестве проводящего покрытия для гальванического осаждения.
Я покажу именно комбинированный метод.
Изготовление двухслойных печатных плат по комбинированному позитивному методу(полуаддитивный метод)
Изготовление стеклотекстолита
Процесс начинается с изготовления фольгированного стеклотекстолита. Стеклотекстолит — это материал, состоящий из тонких листов стекловолокна(они похожи на плотную блестящую ткань), пропитанных эпоксидной смолой и спрессованных стопкой в лист. Сами полотна стекловолокна тоже не слишком просты — это плетеные(как обычная ткань в вашей рубашке) тонкие-тонкие нити обычного стекла. Они настолько тонкие, что могут легко гнуться в любых направлениях. Выглядит это примерно вот так:
![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/a70/93b/d83/a7093bd83a3b9b62286feecb5ee83b03.jpg)
Увидеть ориентацию волокон можно на многострадальной картинке из википедии:
![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/f1d/afa/8fe/f1dafa8fea0e291a0e5aeacda9118cef.jpg)
В центре платы, светлые участки — это волокна идут перпендикулярно срезу, участки чуть темнее — параллельно.
Или например на микрофотографии tiberius, насколько я помню из этой статьи:
![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/fe3/8b7/139/fe38b7139acf970ea36633b936496d32.jpg)
Итак, начнем.
Стекловолоконное полотно поступает на производство вот в таких бобинах:
![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/bd9/506/0f2/bd95060f29b5e00eda9d0b80209bd30c.jpg)
Оно уже пропитано частично отвержденной эпоксидной смолой — такой материал называется препрегом, от английского pre-impregnated — предварительно пропитанный. Так как смола уже частично отверждена, она уже не такая липкая, как в жидком состоянии — листы можно брать руками, совсем не опасаясь испачкаться в смоле. Смола станет жидкой только при нагреве фольги, и то лишь на несколько минут, прежде чем застыть окончательно.
Нужное количество слоев вместе с медной фольгой собирается вот на этом аппарате:
![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/8d4/674/c12/8d4674c125e0614ef1cc1f54cb47e964.jpg)
А вот сам рулон фольги.
![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/e7b/36c/ac8/e7b36cac8dd4f775ef8916b6ad4f2f47.jpg)
Далее полотно нарезается на части и поступает в пресс высотой в два человеческих роста:
![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/a75/179/1b2/a751791b2c3d3dec724919f7ecd56e85.jpg)
На фото Владимир Потапенко, начальник производства.
Интересно реализована технология нагрева во время прессования: нагреваются не части пресса, а сама фольга. На обе стороны листа подается ток, который за счет сопротивления фольги нагревает лист будущего стеклотекстолита. Прессование происходит при сильно пониженном давлении, для исключения появления воздушных пузырей внутри текстолита
![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/6a9/e50/ccd/6a9e50ccdb3d9bd08d1dc1a87729ce30.jpg)
При прессовании, за счет нагрева и давления, смола размягчается, заполняет пустоты и после полимеризации получается единый лист.
Вот такой:
![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/98a/93c/b6c/98a93cb6ce048d6d9fc45b64dc723bea.jpg)
Он нарезается на заготовки для плат специальным станком:
![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/7c6/922/675/7c6922675f73120d50df033d8c427ba8.jpg)
Технотех использует два вида заготовок: 305х450 — маленькая групповая заготовка, 457х610 — большая заготовка
После этого к каждому комплекту заготовок распечатывается маршрутная карта, и путешествие начинается…
![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/350/4f8/5ea/3504f85ea3c25b09570ed5393ccd9df5.jpg)
Маршрутная карта — это вот такая бумажка с перечнем операций, информацией о плате и штрих-кодом. Для контроля выполнения операций используется 1С 8, в которую внесена вся информация о заказах, о техпроцессе и так далее. После выполнения очередного этапа производства сканируется штрихкод на маршрутном листе и заносится в базу.
Сверловка заготовок
Первый этап производства однослойных и двухслойных печатных плат — сверление отверстий. С многослойными платами все сложнее, и я расскажу об этом позже. Заготовки с маршрутными листами поступают на участок сверловки:![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/447/d63/c18/447d63c180180c94756ebbdfc060662d.jpg)
Из заготовок собирается пакет для сверловки. Он состоит из подложки(материал типа фанеры), от одной до трех одинаковых заготовок печатных плат и алюминиевой фольги. Фольга нужна для определения касания сверла поверхности заготовки — так станок определяет поломку сверла. Еще при каждом захвате сверла он контролирует его длину и заточку лазером.
![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/e3c/6af/7c7/e3c6af7c7c34922eae98be0912e4210f.jpg)
После сборки пакета он закладывается вот в этот станок:
![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/750/763/acd/750763acda34d87840b87d15f14a91a4.jpg)
Он такой длинный, что мне пришлось сшивать эту фотку из нескольких кадров. Это швейцарский станок фирмы Posalux, точной модели, к сожалению не знаю. По характеристикам он близок вот к этому. Он ест
![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/bcc/1a9/f69/bcc1a9f693a34e00611c9ee2666c5ac5.jpg)
Программа разрабатывается отдельно, и подгружается по сети. Все что надо сделать оператору — отсканировать штрихкод партии и заложить пакет из заготовок внутрь. Емкость инструментального магазина: 6000 сверл или фрез.
![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/adb/56a/3f3/adb56a3f3093a3a0cb79d4b16080e546.jpg)
Рядом стоит большой шкаф со сверлами, но оператору нет необходимости контролировать заточку каждого сверла и менять его — станок все время знает степень износа сверл — записывает себе в память сколько отверстий было просверлено каждым сверлом. При исчерпании ресурса сам меняет сверло на новое, старые сверла останется выгрузить из контейнера и отправить на повторную заточку.
![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/b39/ea1/6d8/b39ea16d8fd9376d0db03f12972742f5.jpg)
Вот так выглядят внутренности станка:
![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/0e8/036/465/0e803646571d0ab86e804d491677bb66.jpg)
После сверловки в маршрутном листе и базе делается отметка, а плата отправляется
![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/092/6fa/5c8/0926fa5c846eb90dc7dc5dea5289debd.jpg)
Очистка, активация заготовок и химическое меднение.
Хоть станок и пользуется своими «пылесосом» во время и после сверловки, поверхность платы и отверстий все равно надо очистить от загрязнений и подготовить к следующей технологической операции. Для начала, плата просто очищается в моющем растворе механическими абразивами![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/3a1/3f6/b62/3a13f6b62ce90d9c8becfec300416d5d.jpg)
Надписи, слева направо: «Камера зачистки щетками верх/низ», «Камера промывки», «Нейтральная зона».
Плата становится чистой и блестящей:
![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/c1b/bba/03d/c1bbba03d903cf00a7128e8f2079d23a.jpg)
После этого в похожей установке проводится процесс активации поверхности.
![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/9dd/7c4/57a/9dd7c457a60e54b08b28ac563d263d91.jpg)
После этого, последовательно проходя несколько ванн в еще одной похожей установке заготовка обзаводится тонким(меньше микрона) слоем меди в отверстиях.
![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/ee6/cff/168/ee6cff1681288e83647eefa43d7c7c3f.jpg)
Дальше этот слой гальваникой наращивается до 3-5 микрон — это улучшает стойкость слоя к окислению и повреждениям.
Нанесение и экспонирование фоторезиста, удаление незасвеченных участков.
Дальше плата отправляется в участок нанесения фоторезиста. Нас туда не пустили, потому что он закрыт, и вообще, там чистая комната, поэтому ограничимся фотографиями через стекло. Нечто подобное я видел в Half-Life(я про трубы, спускающиеся с потолка):![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/2ed/e94/61d/2ede9461d06283dae9d0b8200a4e2b7b.jpg)
Собственно вот зеленая пленка на барабане — это и есть фоторезист.
![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/27a/536/38f/27a53638f8db6a70fa5012acc9fc89a1.jpg)
Далее, слева направо(на первой фотографии): две установки нанесения фоторезиста, дальше автоматическая и ручная рамы для засветки по заранее подготовленным фотошаблонам. В автоматической раме присутствует контроль, который учитывает допуск по совмещению с реперными точками и отверстиями. В ручной рамке маска и плата совмещаются руками. На этих же рамах экспонируется шелкография и паяльная маска. Дальше — установка проявки и отмывки плат, но так как мы туда не попали, фотографий этой части у меня нет. Но там ничего интересного — примерно такой же конвейер как в «активации», где заготовка проходит последовательно несколько ванн с разными растворами.
А на переднем плане — огромный принтер, который эти самые фотошаблоны печатает:
![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/2ac/446/b38/2ac446b387157a7840d21355dc8c52b1.jpg)
Вот плата с нанесенным, экспонированным и проявленным:
![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/9bb/967/ec8/9bb967ec801f7911e4fe026ca25f9133.jpg)
Обратите внимание, фоторезист нанесен на места, на которых в дальнейшем не будет меди — маска негативная, а не позитивная, как в в ЛУТ-е или домашнем фоторезисте. Это потому, что в дальнейшем наращивание будет происходить в местах будущих дорожек.
![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/981/e4f/56c/981e4f56c6235699988c1e985f063b80.jpg)
Это тоже позитивная маска:
![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/4af/99f/10c/4af99f10ca432b8eb260e17f4840f0c3.jpg)
Все эти операции происходят при неактиничном освещении, спектр которого подобран таким образом, чтобы одновременно не оказывать влияния на фоторезист и давать максимальную освещенность для работы человека в данном помещении.
Люблю объявления, смысл которых я не понимаю:
![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/612/895/db2/612895db2551dc09481ddfd670493ec0.jpg)
Гальваническая металлизация
Теперь настал через ее величества — гальванической металлизации. На самом деле, ее уже проводили на прошлом этапе, когда наращивали тонкий слой химической меди. Но теперь слой будет наращён еще больше — с 3 микрон до 25. Это уже тот слой, который проводит основной ток в переходных отверстиях. Делается это вот в таких ваннах:![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/ec2/ed3/8e6/ec2ed38e6ae9438421f6cc0456beffc7.jpg)
В которых циркулируют сложные составы электролитов:
![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/93d/ea3/170/93dea317020e23de10ad38a59131a7dc.jpg)
А специальный робот, повинуясь заложенной программе, таскает платы из одной ванны в другую:
![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/002/131/854/0021318542876fcfaf92eb1705be9854.jpg)
Один цикл меднения занимает 1 час 40 минут. В одной паллете могут обрабатываться 4 заготовки, но в ванне таких паллет может быть несколько.
Осаждение металлорезиста
Следующая операция представляет собой еще одну гальваническую металлизацию, только теперь осаждаемый материал не медь, а ПОС — припой свинец-олово. А само покрытие, по аналогии с фоторезистом называется металлорезистом. Платы устанавливаются в раму:![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/a80/43a/134/a8043a1347b59c565756a1715d380ac1.jpg)
Эта рама проходит несколько уже знакомых нам гальванических ванн:
![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/1af/c12/e45/1afc12e45e289c0ea10c442ac9015ef1.jpg)
И покрывается белым слоем ПОС-а. На заднем плане видна другая плата, еще не обработанная:
![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/8b6/f25/4bc/8b6f254bc64a7b02c7891ffab43080df.jpg)
Удаление фоторезиста, травление меди, удаление металлорезиста
![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/bfc/93c/3e8/bfc93c3e8b344e41844ccca2ede137eb.jpg)
Теперь с плат смывается фоторезист, он выполнил свою функцию. Теперь на все еще медной плате остались дорожки, покрытые металлорезистом. На этой установке происходит травление в хитром растворе, который травит медь, но не трогает металлорезист. Насколько я запомнил, он состоит из углекислого аммония, хлористого аммония и гидрооксида аммония. После травления платы выглядят вот так:
![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/3d1/88b/f1c/3d188bf1c6a32089869bddf75bcfb4cb.jpg)
Дорожки на плате — это «бутерброд» из нижнего слоя меди и верхнего слоя гальванического ПОС-а. Теперь, другим еще более хитрым раствором проводится другая операция — слой ПОС-а убирается, не затрагивая слой меди.
![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/13d/d18/184/13dd1818423b2ff41eecf98dcfa3683f.jpg)
Правда, иногда ПОС не убирается, а оплавляется в специальных печах. Или плата проходит горячее лужение(HASL-процесс) — когда она опускается в большую ванну с припоем. Сначала она покрывается канифольным флюсом:
![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/803/e05/432/803e0543240346be3c15bfbad943da21.jpg)
И устанавливается вот в такой автомат:
![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/a73/ec9/8f3/a73ec98f37ae80f0ffa8a8c82f4fe740.jpg)
Он опускает плату в ванну с припоем и тут же вытаскивает ее обратно. Потоки воздуха сдувают лишний припой, оставляя лишь тонкий слой на плате. Плата получается вот такая:
![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/9d0/461/29e/9d046129e4349ff5cf78455a95f3bafa.jpg)
Но на самом деле метод немного «варварский» и не очень действует на платы, особенно многослойные — при погружении в расплав припоя плата переносит температурный шок, что не очень хорошо действует на внутренние элементы многослойных плат и тонкие дорожки одно- и двухслойных.
Гораздо лучше покрывать иммерсионным золотом или серебром. Вот тут очень хорошая информация о иммерсионных покрытиях, если кому интересно.
Мы не побывали на участке иммерсионных покрытий, по банальной причине — он был закрыт, а за ключом было идти лень. А жаль.
Электротест
Дальше почти готовые платы отправляются на визуальный контроль и электротест. Электротест — это когда проверяются соединения всех контактных площадок между собой, нет ли где обрывов. Выглядит это очень забавно — станок держит плату и быстро-быстро тыкает в нее щупами. Видео этого процесса можно посмотреть у меня в инстаграме(кстати, подписаться можно там же). А в виде фото это выглядит вот так:![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/644/38f/73d/64438f73db9a047d02822703b0c78f3c.jpg)
Та большая машина слева — и есть электротест. А вот и сами щупы ближе:
![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/1dc/420/c9d/1dc420c9df36ff4cb0545e243ff5746b.jpg)
На видео, правда, была другая машинка — с 4 щупами, а тут их 16. Говорят, гораздо быстрее всех трех старых машинок с четырьмя щупами вместе взятых.
Нанесение паяльной маски и покрытие контактных площадок
Следующий технологический процесс — нанесение паяльной маски. То самое зеленое(ну, чаще всего зеленое. А вообще оно бывает очень разных цветов) покрытие, которое мы видим на поверхности плат. Подготовленные платы:![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/a53/aa8/422/a53aa84221ae62e82cb94a09a91da121.jpg)
Закладываются вот в такой автомат:
![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/1db/a70/e0a/1dba70e0a3228c24f364a67a7a15113c.jpg)
Который через тонкую сеточку размазывает полужидкую маску по поверхности платы:
![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/4f0/5f9/daf/4f05f9daf7d0b3f60bec89ce5f37c025.jpg)
Видео нанесения, кстати, тоже можно посмотреть в инстаграме(и подписаться тоже:)
После этого, платы сушатся, пока маска перестанет липнуть, и экспонируются в той же желтой комнате, что мы видели выше. После этого, неэкспонированная маска смывается, обнажая контактные пятачки:
![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/293/7ff/7ea/2937ff7ea09acfc172cfc64311b38b13.jpg)
Потом их покрывают финишным покрытием — горячим лужением или иммерсионным нанесением:
![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/c1b/4ad/1f2/c1b4ad1f2e7bba392cb365b01eb6ff28.jpg)
И наносят маркировку — шелкографию. Это белые(чаще всего) буковки, которые показывают, где какой разъем и какой элемент тут стоит.
Она может наносится по двум технологиям. В первом случае все происходит так же, как и с паяльной маской, отличается лишь цвет состава. Она закрывает всю поверхность платы, потом экспонируется, и неотвержденные ультрафиолетом участки смываются. Во втором случает ее наносит специальный принтер, печатающий хитрым эпоксидным составом:
![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/9b9/63b/8d2/9b963b8d2dc452ba0ba7d7ffbc0bd3cf.jpg)
Это и дешевле, и гораздо быстрее. Военные, кстати, не жалуют этот принтер, и постоянно указывают в требованиях к своим платам, что маркировка наносится только фотополимером, что очень огорчает главного технолога.
Изготовление многослойных печатных плат по методу металлизации сквозных отверстий:
Все, что я описал выше — касается только односторонних и двухсторонних печатных плат(на заводе их, кстати, никто так не называет, все говорят ОПП и ДПП). Многослойные платы(МПП) делаются на этом же оборудовании, но немного по другой технологии.Изготовление ядер
Ядро — это внутренний слой тонкого текстолита с медными проводниками на нем. Таких ядер в плате может быть от 1(плюс две стороны — трехслойная плата) до 20. Одно из ядер называется золотым — это означает, что оно используется в качестве реперного — того слоя, по которому выставляются все остальные. Ядра выглядят вот так:![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/81f/17d/8bc/81f17d8bc99fd233bf8c293999242a9e.jpg)
Изготавливаются они точно так же, как и обычные платы, только толщина стеклотекстолита очень мала — обычно 0,5мм. Лист получается такой тонкий, то его можно изгибать, как плотную бумагу. На его поверхность наносится медная фольга, и дальше происходят все обычные стадии — нанесение, экспонирование фоторезиста и травление. Итогом этого являются вот такие листы:
![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/69d/324/58c/69d32458c9f42aa38bc9c26dbc1e42ed.jpg)
После изготовления дорожки проверяются на целостность на станке, который сравнивает рисунок платы на просвет с фотошаблоном. Кроме этого, существует еще и визуальный контроль. Причем реально визуальный — сидят люди и смотрят в заготовки:
![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/6cc/c80/e12/6ccc80e1245f831e49dd7f9992fc29e5.jpg)
Иногда какая-то из стадий контроля выносит вердикт о плохом качестве одной из заготовок(черные крестики):
![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/f5d/976/4b9/f5d9764b96804a2dc241c0b3255ed5bf.jpg)
Этот лист плат, в которой случился дефект все равно изготовится полностью, но после нарезки бракованная плата пойдет в мусор. После того, как все слои изготовлены и проверены, наступает черед следующей технологической операции.
Сборка ядер в пакет и прессование
Это происходит в зале под названием «Участок прессования»:![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/bad/2e8/800/bad2e8800e66597cc3372c0ff96ce2e1.jpg)
Ядра для платы выкладываются вот в такую стопочку:
![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/e86/72b/4ba/e8672b4ba3d4d58424b2257ba7a2a17d.jpg)
А рядом кладется карта расположения слоев:
![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/5ad/a13/0e4/5ada130e45383b0ce4f6fdc9eb2f8157.jpg)
После чего в дело вступает полуавтоматическая машина прессования плат. Полуавтоматичность ее заключается в том, что оператор должен по ее команде подавать ей ядра в определенном порядке.
![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/d7b/6d2/ee9/d7b6d2ee9cbc47f5668f4feaa1788ed4.jpg)
Перекладывая их для изоляции и склеивания листами препрега:
![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/bad/4f3/b4c/bad4f3b4c25370b7f1f9b7336e5b1f94.jpg)
А дальше начинается магия. Автомат захватывает и переносит листы в рабочее поле:
![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/a17/767/05d/a1776705df44d90e1fcfd4f0df5aa122.gif)
А затем совмещает их по реперным отверстиям относительно золотого слоя.
![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/5d8/fd4/d2a/5d8fd4d2ae69903ca8ff57fb28ffb6e3.gif)
Дальше заготовка поступает в горячий пресс, а после прогрева и полимеризации слоев — в холодный. После этого мы получаем такой же лист стеклотекстолита, который ничем не отличается от заготовок для двухслойных печатных плат. Но внутри у него
Сверловка заготовок
При сборке пакета ОПП и ДПП для сверловки его не нужно центровать, и его можно собирать с некоторым допуском — все равно это первая технологическая операция, и все остальные будут ориентироваться на нее. А вот при сборке пакета многослойных печатных плат очень важно привязаться к внутренним слоям — при сверловке отверстие должно пройти насквозь все внутренние контакты ядер, соединив их ![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/845/963/ac3/845963ac3e6fdd26373722e15d8ed8ad.jpg)
Это рентгеновский сверлильный станок, который видит сквозь текстолит внутренние металлически реперные метки и по их расположению сверлит базовые отверстия, в которые вставляются крепежи для установки пакета в сверлильный станок.
![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/641/d55/10f/641d5510fc4303ecf8e54943ba0d59d5.jpg)
Металлизация
Дальше все просто — заготовки сверлятся, очищаются, активируются и металлизируются. Металлизация отверстия связывает между собой все медные пяточки внутри печатной платы:![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/e10/f77/da1/e10f77da165fa9900b92e3106347269e.jpg)
Таким образом, завершая электронную схему внутренностей печатной платы.
Проверка и шлифы
Дальше от каждой платы отрезается кусочек, который шлифуется и рассматривается в микроскоп, для того, чтобы удостовериться, что все отверстия получились нормально. ![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/520/7f0/09b/5207f009b08d9850b527ff01030e461d.jpg)
Эти кусочки называются шлифы — поперечно срезанные части печатной платы, которые позволяет оценить качество платы в целом и толщину медного слоя в центральных слоях и переходных отверстиях. В данном случае, под шлиф пускают не отдельную плату, а специально сделанные с краю платы весь набор диаметров переходных отверстий, которые используются в заказе. Шлиф, залитый в прозрачный пластик выглядит вот так:
![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/bbf/088/048/bbf08804847f793df1558ded4dd0d8c2.jpg)
Фрезеровка или скрайбирование
Далее платы, которые находятся на групповой заготовке необходимо разделить на несколько частей. Делается это либо на фрезерном станке:![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/703/508/60b/70350860bbbaedb9ae0a6f052a5cce90.jpg)
Который фрезой вырезает нужный контур. Другой вариант — скрайбирование, это когда контур платы не вырезается, а надрезается круглым ножом. Это быстрее и дешевле, но позволяет делать только прямоугольные платы, без сложных контуров и внутренних вырезов. Вот скрайбированная плата:
![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/5d3/273/9ec/5d32739ec498b0bfc69f884ebcce2c6c.jpg)
А вот фрезерованная:
![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/494/8bc/374/4948bc374f0e481cc79bd5f55035ba36.jpg)
Если заказывалось только изготовление плат, то на этом все заканчивается — платы складывают в стопочку:
![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/e81/473/bcf/e81473bcf20adac4782ba8e0960d7351.jpg)
Оборачивается все тем же маршрутным листом:
![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/349/25f/e86/34925fe8679877249ab0353c0a4a179b.jpg)
И ждет отправки.
А если нужна сборка и запайка, то впереди есть еще кое-что интересное.
Сборка
![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/5fa/c6f/111/5fac6f111444590cc2302c470eb238aa.jpg)
Дальше плата, если это необходимо поступает на участок сборки, где на нее напаиваются нужные компоненты. Если мы говорим о ручной сборке — то все понятно, сидят люди(кстати, в большинстве своем женщины, когда я к ним зашел, у меня уши в трубочку свернулись от песни из магнитофона «Боже, какой мужчина»):
![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/81c/28e/c0c/81c28ec0cd3d37528c6c53d80cc8160f.jpg)
И собирают, собирают:
![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/29a/d60/d86/29ad60d86b0b739edd47ef710f227bf8.jpg)
А вот если говорить о автоматической сборке, то там все гораздо интереснее. Происходит это вот на такой длинной 10-метровой установке, которая делает все — от нанесения паяльной пасты до пайки по термопрофилям.
![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/43c/ca3/35b/43cca335bd86cd5c065ee86a465b6258.jpg)
Кстати, все серьёзно. Там заземлены даже коврики:
![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/6d2/35b/5f3/6d235b5f30baf36142c80b11ecb07d1f.jpg)
Как я говорил, начинается все с того, что на неразрезанный лист с печатными платами устанавливают вместе с металлическим шаблоном в начало станка. На шаблон густо намазывается паяльная паста, и ракельный нож проходя сверху оставляет точно отмерянные количества пасты в углублениях шаблона.
![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/d5c/499/b9a/d5c499b9aa0f5c3fd5b4addab88a5ac9.jpg)
Шаблон поднимается, и паяльная паста оказывается в нужных местах на плате. Кассеты с компонентами устанавливаются в отсеки:
![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/561/e3a/c52/561e3ac52dd580ef46d6df45294444d1.jpg)
Каждый компонент заводится в соответствующую ему кассету:
![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/100/a21/926/100a21926111374318fcd941c6915158.jpg)
Компьютеру, управляющему станком, говорится где какой компонент находится:
![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/578/13f/8b9/57813f8b99abf68d4dc4bb37cbb38327.jpg)
И он начинает расставлять компоненты на плате.
![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/604/5ad/2f3/6045ad2f32d8e6ff97add92a3fb1281d.jpg)
Выглядит это вот так(видео не мое). Можно смотреть вечно:
Аппарат установки компонентов называется Yamaha YS100 и способен устанавливать 25000 компонентов в час(на один тратится 0.14 секунды).
Дальше плата проходит горячую и холодные зоны печки(холодная — это значит «всего» 140°С, по сравнению с 300°С в горячей части). Побыв строго определенное время в каждой зоне со строго определенной температурой, паяльная паста плавится, образуя одно целое с ножками элементов и печатной платой:
![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/b40/b7c/803/b40b7c80383177c9cddacecdc9c34488.jpg)
Запаянный лист плат выглядит вот так:
![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/f67/d8d/d91/f67d8dd919d036ceb0ff04fc89ee1d25.jpg)
Все. Плата разрезается, если нужно и упаковывается, чтобы вскоре уехать к заказчику:
![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/cfc/df9/96d/cfcdf996d0e0b797530ffd6fdf3eea6c.jpg)
Примеры
Напоследок, примеры того, что технотех может делать. Например, конструирование и изготовление многослойных плат(до 20 слоев), включая платы для BGA компонентов и HDI платы:![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/63c/fea/50c/63cfea50c57d290b6333006e28b385fc.jpg)
C со всеми «номерными» военными приемками(да, на каждой плате вручную ставится номер и дата изготовления — этого требуют военные):
![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/757/4fd/dda/7574fddda3da86482e461424295c9c9c.jpg)
Проектирование, изготовления и сборка плат практически любой сложности, из своих или из компонентов заказчика:
![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/d81/175/15d/d8117515d64f4ca621f2f6465e3eded7.jpg)
И ВЧ, СВЧ, платы с металлизированным торцом и металлическим основанием(фотографий этого я не сделал, к сожалению).
Конечно, они не конкурент резониту в плане быстрых прототипов плат, но если у вас от 5 штук, рекомендую запросить у них стоимость изготовления — они очень хотят работать с гражданскими заказами.
И все-таки, в России производство еще есть. Что бы там не говорили.
Напоследок можно отдышаться, поднять глаза на потолок и попытаться разобраться в хитросплетениях труб:
![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/00c/4c8/dda/00c4c8dda01abeb43fb2885a45bdc625.jpg)
Что почитать?
Субтрактивный комбинированный позитивный метод в домашних условиях ДПП в картинках
Несколько разных технологий изготовления ДПП и МПП
Производство в фотографиях(правда, без описания)
![](https://habrastorage.org/files/ac1/fc6/d2a/ac1fc6d2a19948c59791b0da6ab659df.gif)
![](https://habrastorage.org/files/933/ac3/0b6/933ac30b6fd24ffd82218148c2fb0917.gif)
![](https://habrastorage.org/files/464/a82/e04/464a82e045a34bae81406fd0b640cf08.gif)
![](https://habrastorage.org/files/0b5/542/136/0b55421365064901acdf0ed58cc4a111.gif)
![](https://habrastorage.org/files/63d/405/78e/63d40578ecbf48f28c62f57705c73eb6.gif)