Экскурсия по производству ПП

Традиционно изготовление печатных плат, как основа электронного модуля, было приоритетным производственным направлением предприятия. За более чем сорокалетнюю историю производства нами были изготовлены сотни тысяч квадратных метров печатных плат различных типов и видов. Нашими основными заказчиками на протяжении многих лет являются ведущие разработчики и производители военной техники, техники для нужд гражданской авиации и связи.

В 2006—2007 гг. был реализован один из этапов стратегического плана модернизации и развития производства ОАО «НИЦЭВТ» — «Создание производства специальной аппаратуры на основе сверхплотных многослойных печатных плат». После реконструкции и замены технологического оборудования, успешно введено в эксплуатацию производство печатных плат.

Основные концепции, заложенные при проектировании производства — соответствие мировым стандартам изготовления средств военной техники, автоматизация технологических процессов, европейская модель организации среднесерийного производства – способствовали построению современного высокотехнологичного производства обеспечивающего выпуск надежной продукции.

Компоновочные решения цеха печатных плат Производственного Комплекса ОАО «НИЦЭВТ» предусматривают разделение производственных участков на помещения с учетом требований чистоты и характером выделяемых вредных веществ, при выполнении технологических процессов. Взаимное расположение производственных участков цеха печатных плат принято в соответствии с последовательностью выполнения основных технологических операций. Производственные участки цеха печатных плат занимают 1990 квадратных метров. Из них 370 квадратных метров климатизированные помещения и 260 квадратных метров «чистые» помещения.

Заготовительный участок

Процесс изготовления печатных плат начинается с учета, складирования и хранения материалов. Заготовительный участок оснащен стеллажами для хранения, гильотинами, резаками, пилами для нарезки материалов, установкой для зачистки кромок, холодильниками для хранения термочувствительных материалов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Участок фотошаблонов

Ключевым моментом получения высокоточных плат являлся вопрос выбора и реализации системы совмещения. Необходимая точность начинает закладываться на этапе создания фотошаблонов. В темном помещении размещен высокоскоростной планшетный фотоплоттер, в светлом помещении – проявочная машина, позволяющие изготавливать фотошаблоны размером до 720×610 миллиметров с точностью 10 микрон и разрешающей способностью до 12 000 точек на дюйм.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для каждой операции совмещения на технологическом поле фотошаблонов закладываются необходимые реперные метки – мишени, которые позволяют выполнить совмещение рисунка с заданной точностью.

Экспонирование фоторезиста и маски

Универсальные установки экспонировании, располагаются в чистых помещениях и предназначены для экспонирования фоторезистов и защитных паяльных масок. Установки оснащены оптической системой экспонирования типа «точечный источник».

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для достижения необходимой точности совмещения рисунка проводников процесс совмещения фотошаблонов и заготовки выполняется автоматически с помощью системы анализа изображения на базе CCD телекамер. Специальное математическое обеспечение позволяет в значительной степени компенсировать ошибки совмещения от предыдущих технологических операций. Установка оснащена внутренней замкнутой системой термостабилизации фотошаблонов. Все это в комплексе позволяет обеспечить точность совмещения до 10 микрон и разрешение зазор/проводник до 50 микрон.

Подготовка поверхности слоев

Слои для будущей многослойной печатной платы подготавливаются в линии химической подготовки слоев перед прессованием, в которой используется процесс BondFilm HC. Помимо создания необходимого микрорельефа, на поверхности меди образуется тонкая металлорганическая пленка, которая при последующем прессовании многослойной печатной платы взаимодействует с препрегом, образуя прочные химические связи. Таким образом, достигается двойной эффект, увеличивающий адгезию: механическое сцепление за счет микрорельефа на поверхности меди и химическое сцепление за счет химических связей.

Сборка пакета и прессование

Для сборки внутренних слоев в пакет для прессования используется современная, полностью бесштифтовая методика. Процесс совмещения внутренних слоев выполняется полуавтоматически с помощью системы технического зрения на базе CCD телекамер.

По изображению мишеней — медных площадок на внутренних слоях — с помощью системы технического зрения происходит поочередное совмещение слоев и их укладка в пакет. По завершении сборки пакета автоматически выполняется фиксация пакета термобондингом. Собранный пакет поступает на участок прессования.

Участок прессования расположен в 2-х различных климатических зонах, соединенных между собой двумя транспортными окнами. Для обеспечения центровки пакета внутренних слоев различных типоразмеров в пресс-форме место сборки пресс-формы оборудовано лазерным указателем положения пакета.

 

 

 

 

 

 

 

 

Прессование многослойных печатных плат осуществляется в высокотемпературном четырехэтажном гидравлическом прессе с вакуумной камерой и масляным обогревом плит. Широкие возможности пресса позволяют изготавливать платы не только на основе стеклотекстолитов, но и на основе полиимидов и фторопластов. Наличие в составе участка холодного пресса позволяет повысить производительность работы участка в 1,5—2 раза и сэкономить около 50 кВт часов электроэнергии на каждый цикл прессования.

Участок сверления

После прессования заготовка многослойной печатной платы не имеет на своей поверхности базовых меток — мишеней, относительно которых можно было бы вести ее дальнейшую обработку.

Для сверления базовых отверстий, оптимальной компенсирующих смещение слоев, заготовка проходит инспекцию на станке, снабженном рентгеновской системой, позволяющей точно определить положение рисунка внутренних слоев и их взаимное рассовмещение после прессования.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

По величине рассовмещения слоев, которая измеряется в 4-х зонах заготовки, оценивается минимальная ширина медного кольца вокруг переходного отверстия, и на основании этой оценки автоматически принимается решение о целесообразности дальнейшей обработки заготовки. Затем станок производит сверление базовых отверстий, относительно которых будет производиться дальнейшая обработка.

Участок гальваники и мокрых процессов

С участка сверления заготовки плат попадают на участок гальваники и мокрых процессов, ядром которого является химико-гальваническая линия. 

Химико-гальваническая линия Dyna Plus 1989 г. выпуска была модернизирована и дооснащена для внедрения ряда новых процессов:

• процесс прямой металлизации обеспечивает создание токопроводящего слоя на всех типах материалов, применяемых в производстве печатных плат в настоящее время;
• процесс гальванического меднения Cupracid TP позволяет получить качественные покрытия при соотношении диаметра отверстия к толщине платы 1:10 и минимальном диаметре отверстия после сверления 0,2 мм;
• в качестве металлорезиста используется гальванически осажденное олово.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рабочий модуль линии щелочного травления оснащен системой осцилляции и секцией дополнительного дотравливания, для исключения проблем, связанных с так называемым эффектом «лужи».

Линия щелочного травления укомплектована установкой регенерации травильного раствора и выделения меди. Использование сульфата вместо традиционного хлорида меди дает возможность осуществления прямого электролиза травильного вещества, без опасности выделения газообразного хлора. Состав способен работать в замкнутом цикле без замены и утилизации не менее трех лет. Получаемая в результате электролиза листовая медь легко снимается с катодных пластин и имеет чистоту содержания не ниже 98%. Продажа этой меди позволяет значительно снизить время окупаемости установки. Установка регенерации полностью оснащена необходимым оборудованием для автоматического контроля одновременно двух параметров: pH и плотности раствора. Корректировка травильного раствора осуществляется газообразным аммиаком, что позволяет исключить затраты на оснащение линии травления автоматической системой дозирования жидких компонентов.

Для улавливания аммиака из отводимых паров вытяжная система машины оборудована конденсатоуловителем.

Иммерсионное олово

 

 

 

 

Переход к бессвинцовым технологиям при монтаже печатных плат ставит перед технологами предприятий электронной промышленности новые проблемы. Повышение температуры монтажных операций приводит к внесению изменений в процесс производства самих плат, затрагивая все его части, начиная от выбора базовых материалов и заканчивая выбором финишных покрытий. Одним из таких покрытий, получивших в последнее время широкое распространение, является иммерсионное олово, характеризующееся простотой и экологичностью процесса, невысокой стоимость, сохранением паяемости в течение 6 месяцев.

Нанесение жидкой паяльной маски

Нанесение жидкой паяльной маски проводится на специализированной сеткографической вертикальной

 

 

 

 

Высокая скорость и качество наносимого слоя маски на заготовки обеспечивается за счет одновременного двустороннего вертикального нанесения и рядом технических решений, примененных в данной установке.

Заготовка с нанесенной маской поступает на горизонтальную установку предварительной ИК-сушки с V-образным конвейером. В зависимости от толщины заготовки можно задать до 20 различных программ температурных профилей зоны сушки и сохранить их в памяти установки.
Для окончательного отверждения слоя защитной паяльной маски после ее экспонирования и проявления используется специальный конвекционный шкаф во взрывобезопасном исполнении.

Рабочий модуль установки проявления защитной паяльной маски состоит из двух секций, за счет чего достигается полная очистка отверстий от маски.
Автоматическая дозировка рабочего раствора осуществляется по счетчику плат из емкости, которая одновременно служит и местом приготовления дозировочного раствора с нагревательными элементами и миксером.

Модуль промывки состоит из четырех каскадов. В каждом из них применен принцип рециркуляции промывных вод.

Участок золочения

В техпроцессе изготовления печатных плат включена линия гальванического нанесения сплава никель/золото для покрытия печатных разъемов и линия иммерсионного золочения.

В данном участке может наноситься мягкое золото на контактные площадки для монтажных операций сварки. Эти процессы имеют одинаковые подготовительные операции. Такое конструктивное решение позволило значительно сократить капитальные вложения, как в оборудование, так и в химикаты, а также уменьшить занимаемые оборудованием площади.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Участок электроконтроля

Учитывая широкую номенклатуру изготавливаемых печатных плат, участок электрического контроля оснащен безадаптерными электрическими тестерами.
Преимуществом тестеров данного типа является то, что, используя полученные данные о конфигурации платы из программ проектирования, установки способны за считанные минуты произвести полную электрическую проверку платы любой сложности.

Установка снабжена четырьмя измерительными зондами с каждой стороны печатной платы. Точность позиционирования щупов 35 микрон. Конструкция измерительных зондов допускает измерение сопротивления между площадками, расположенными на расстоянии 150 микрон друг от друга.

Участок оптического контроля

Для быстрого и качественного контроля точностных характеристик на различных этапах изготовления печатных плат применена установка автоматической оптической инспекции, со станцией верификации.

 

 

 

 

 

 

 

 

Установка позволяет находить дефекты топологии внутренних и наружных слоев. Возможна также проверка фотошаблонов.
Правила обнаружения дефектов и их критичность оператор устанавливает предварительно с помощью специального программного обеспечения.
Станция верификации предназначена для просмотра, анализа, измерения и устранения дефектов, обнаруженных с помощью установки оптического контроля. Установки оптического контроля и верификации имеют общую базу данных и объединены по локальной сети.

Лаборатория

Аналитический контроль технологических процессов, контроль финишных покрытий и входной контроль базовых материалов проводится в лаборатории. Более подробная информация содержится в наших публикациях (ссылка на статьи).

Лаборатория оснащена приборами как для «традиционной» аналитики, так и пока еще «экзотичными» для отечественных предприятий установками. Для контроля качества металлизации предусмотрено оборудование изготовления и изучения микрошлифов. Микроскоп ZEISS с объективами от 10 до 500 крат, видеосистема и специальное программное обеспечение позволяют фиксировать и далее анализировать геометрические параметры деталей изображения.
Контроль толщины финишных покрытий гальванического никель-золота и иммерсионного олова выполняется на установке рентгеновского контроля. Измерение выполняется за 10—15 секунд; также ведется автоматический сбор и протоколирование результатов.

В лаборатории также предусмотрена установка для отработки технологических параметров гальванических ванн.

Инженерное обеспечение

Кроме выбора технологических решений в рамках проекта реконструкции и технического перевооружения цеха:

• модернизирована станция водоподготовки;
• выполнен ремонт оборудования участка очистки стоков;
• реализован проект холодоснабжения;
• создана новая станция и система централизованного снабжения сжатым воздухом технологического оборудования.

Чистые комнаты

При проектировании были максимально использованы существующие архитектурно-строительные решения и действующие инженерные системы, что позволило затем существенно уменьшить затраты на проведение строительно-монтажных работ. В частности, был проведен ремонт строительных конструкций чистых помещений с выделением помещения для чистого гардероба, проведена очистка воздуховодов, восстановлена работоспособность кондиционеров, парогенераторов и системы управления инженерным обеспечением чистых помещений.

Выпускаемая продукция

После проведения реконструкции и технического перевооружения налажено производство печатных плат 5-го и выше класса точности, в том числе:

• многослойные печатные платы с внутренними и «глухими» переходами;
• многослойные печатные платы с медными и алюминиевыми теплоотводами;
• гибко-жесткие многослойные печатные платы;
• гибкие полиимидные двусторонние печатные платы и кабели с металлизацией отверстий и припрессованной покрывной пленкой.

Вместе с процессом модернизации Производственного Комплекса была начата опытно-конструкторская разработка автоматизированной системы управления производством — СМАРТ (ссылка на статьи).
Внедрение в Производственном Комплексе системы управления СМАРТ позволило комплексно автоматизировать весь цикл основных взаимосвязанных задач технологической и технической подготовки, производственного планирования и оперативного управления производством. Информационная система СМАРТ внедрена на всех производственных участках и обеспечивает учет всех необходимых ресурсов, позволяя контролировать все производстве процессы.