CC BY
127Окончание. Начало в №4 '2007
Аркадий МЕДВЕДЕВ, д. т. н., профессор МАИ
Каким быть российскому
производству электроники?
Комплектование производства печатных плат
Централизованные поставки оборудования для химических и гальванических процессов, в первую очередь для прямой металлизации, иммерсии, гальваники и др., как правило, ориентированы на определенный набор химикатов, применение которых избавляет производство от проведения всевозможных химических анализов, требующих профессиональных навыков (так называемые АВС-процессы). Изменения, которые происходят в производстве, не являются тайной для российских специалистов. Если обратиться к сегодняшнему состоянию технологий и немного заглянуть в будущее, можно попытаться определить, что нас ждет в этой области.
Фотошаблоны
Высокая производительность современных растровых лазерных фотоплоттеров позволяет обеспечить фотошаблонами трехсменную работу основного производства без репродукции, то есть изготавливать на них рабочие фотошаблоны, минуя фотооригиналы. Это тем более удобно, что текущие изменения в проектах можно отслеживать без потери темпов.
На российском рынке сейчас присутствуют два принципа изготовления фотошаблонов: лазерное гравирование СО2-лазером полимерной пленки с масочным покрытием и растровая засветка фотопленки лучом лазера или точечным источником света. Оборудование, реализующее эти процессы, равноценно по разрешению и производительности, и оценки сфер использования в большой мере субъективны.
Обычно лазерные гравировщики (Laser-Graver) работают с конструкторскими подразделениями, если последние самостоятельно готовят фотошаблоны для производства как составную часть конструкторской документации. Разнородность температурновлажностных условий среды помещений в КБ и в производстве приводит к плаванию размеров фотошаблонов и неустойчивости при операциях совмещения элементов межсоединений. Технология Laser-Graver активно используется для изготовления фотоформ в полиграфическом производстве многоцветной продукции, где вопросы совмещения не менее важны, чем в производстве печатных плат. В связи с этим размерная стабильность
основы «сухого» фотошаблона не должна вызывать сомнений.
Фотоплоттеры, как правило, используются в цеховых подразделениях. Тогда изготовление фотошаблонов приходится на участок фотолитографии, где должны быть созданы однородные условия вакуумной гигиены: обеспыливание, термо- и влагостабилизация. Этим обеспечивается размерная стабильность полимерной основы фотопленки, особенно чувствительной к изменениям относительной и абсолютной влажности среды (0,001% на 1%).
Ламинирование фоторезиста
Альтернативные процессы нанесения фоторезиста — жидкого или пленочного — начинают сдвигаться в сторону первого для воспроизведения линий шириной менее 100 мкм и щелочного вытравливания глухих отверстий в тонких полиимидных слоях МПП (вместо сверления). Равномерное нанесение тонких слоев жидкого фоторезиста обеспечивается валковым методом или медленным вытягиванием. Однако присутствие пыли в воздухе производственных помещений сводит на нет все преимущества хорошего воспроизведения рисунка жидким фоторезистом. Для традиционных процессов фотолитографии с разрешением до 0,07/0,07 мм целесообразнее использовать сухие пленочные фоторезисты. Предлагаемые на рынке ламинаторы отличаются различным уровнем автоматизации процесса и наличием систем предварительного подогрева, обеспылива-
ния, обрезания пленки и т. д. Множество устройств, входящих в состав ламинатора: устройства предварительного центрирования, захвата, обрезки, вакуумная пластина и другие — оснащены микропроцессорным управлением.
Экспонирование
Воспроизводство тонкого рисунка с нормами проводник/зазор до 0,05/0,05 мм связано не столько с процессами проявления и травления (они даже не рассматриваются в ряду общих проблем), а с оптическими системами и фоторезистами. В тонком рисунке уже сказываются незаметные раньше явления: абберации, дифракции, рассеивание света в толще фоторезиста, недостаточная планаризация поверхности фоторезиста (рис. 13), недостаточная параллельность лучей, нагрев зоны экспонирования, который приводит к изменению размеров фотошаблона во время экспозиции и ряд других. Для устранения этих эффектов создано но-
Рис. 13. Последствия плохой планаризации при экспонировании
Видеокамеры
Монитор
Монитор Реперные знаки — круг
Верхний фотошаблон подвижен
Нижний фотошаблон зафиксирован Реперные знаки — кольца
Рис. 14. Схема совмещения с использованием систем технического зрения
вое поколение автоматических установок экспонирования, в которых автоматизировано все, даже совмещение фотошаблонов по реперным знакам (без пробивки базовых отверстий) с использованием элементов технического зрения.
Современные установки экспонирования отличаются конструкциями оптических систем, создающих рассеянный или коллимированный свет, точечный источник света. В этой же последовательности нарастает цена установок и степень разрешения рисунка. Наиболее совершенны установки, в которых автоматизированы загрузка и выгрузка, совмещение фотошаблонов двух сторон, вакуумный прижим, проверка совмещения после вакуумирования, экспозиция (рис. 14). Такие установки обеспечивают точность совмещения ±5 мкм, разрешение ±2 мкм и полностью защищены от воздействия человеческого фактора. Например, автоматические светокопировальные рамы EXPOMAT HAE, AEX, HEX (PRINTPROCESS) с лампами высокого давления 6 кВт с особым оптическим отражателем (рассеянный источник света) обеспечивают получение проводников и зазоров в 50 мкм на фоторезисте толщиной 38 мкм, и это является условием контракта при поставке оборудования.
Прямое лазерное формирование рисунка
Прямое лазерное формирование рисунка на фоторезисте (Laser Direct Imaging — LDI) — альтернатива традиционной фотолитографии. Растровый рисунок экспонируется на фоторезисте непосредственно лучом лазера, минуя процессы изготовления фотошаблонов и экспонирования с фотошаблона. При двустороннем LDI-экспонировании автоматически совмещаются рисунки двух сторон. Производительность LDI-системы— 180 экспонирований в час для формата 457x609 мм, так что одна установка обеспечивает производство ДПП мощностью 25 м2/ч или МПП — 16 м2/ч. LDI-системы — дорогие установки, поэтому при меньшей производительности они не окупаются. Если оценивать современное состояние LDI-процессов, то они находятся на промежуточной стадии развития, и необходимо довести их до удаления масоч-
Рис. 16. Пример гравирования рисунка лазером
ного покрытия из пробельных мест, чтобы избавиться и от процесса проявления фоторезиста. Следует ожидать также, что лазерные LDI-системы формирования рисунка непосредственно по меди станут более совершенными и дешевыми. Уже сейчас тонкий рисунок проводников и зазоров (30/40 мкм) на прецизионных печатных платах выполняют лазерным гравированием с последующим химическим вытравливанием остатков меди в зазорах по схеме дифференциального травления (рис. 15, 16).
Использование планшетных струйных принтеров
Высокий уровень рентабельности в многономенклатурном производстве имеют системы Ink Jet Printer — капельно-струйные принтеры для нанесения маркировки, резиста для травления рисунка, паяльной маски с разрешением 720 йрьУстановки нанесения прямого изображения резистами ультрафиолетового отверждения фирмы New System являются одной из последних разработок в производстве печатных плат. Применение этих принтеров позволяет значительно снизить сроки изготовления печатных плат, уменьшить количество основных операций, сократить производственные площади, уменьшить численность персонала и расход материалов, что в конечном итоге значительно уменьшает себестоимость продукции.
Струйная обработка
Проявление и удаление фоторезиста, проявление паяльной маски, травление рисунка — для всех этих процессов струйной обработки фирмы-поставщики предлагают собственные оригинальные решения, направленные на равномерное воспроизведение тонких линий. Фирма RESCO (Италия) предлагает систему TFS, устраняющую эффект накопления (натекания) обрабатывающего раствора, попеременно меняя направление струй на противоположное. Фирма PILL (Германия) предлагала специальную систему отсоса отработанного раствора (фирма перестала существовать). Рабочие модули в линиях фирмы Scmid (Германия) обладают возможностью индивидуальной регулиров-
ки напора струй, так что можно настроить интенсивность травления с учетом толщины вытравливаемого слоя. Трудно сказать, насколько эффективны эти методы в улучшении воспроизводимости тонкого рисунка. В реальном производстве больше ценится удобство эксплуатации: возможность обработки тонких слоев, хорошая химическая и термическая устойчивость конструкционных материалов и особенно швов и стыков, большая длина рабочих камер, полнота комплектации (фильтры, насосы, нагреватели), оптимальный уровень автоматизации, уровень обслуживания. Ценится также возможность сборки линии из модулей различного назначения, чтобы можно было организовать любую последовательность струйной обработки.
Особенность обработки фотопроявляемой жидкой паяльной маски состоит в том, что она может проникать в отверстия, и вымывание ее из отверстий при проявлении требует дополнительных приемов. В связи с этим стрипп-машины дополняют второй секцией проявления, снабженной системой сопл высокого давления, так что вертикально направленные струи выбивают из отверстий остатки неэкспонированной маски.
Системы совмещения
Совмещение элементов межсоединений в многослойных структурах — процесс многофакторный. Можно получить хорошие результаты позиционирования элементов рисунка на фотоплоттерах и сверлильных станках, но деформации пленочной основы фотошаблонов и слоев после травления и в процессе прессования способны свести на нет эти результаты, если используется непродуманная система совмещения. Системы базирования на штифтах с пробивкой базовых отверстий уже исчерпали свои возможности в обеспечении точности совмещения.
Прорыв в этой сфере совершила швейцарская фирма РШЭТРКОСЕ88 АО, обеспечив точность совмещения, соизмеримую с точностью сверления. Эта принципиально новая безбазовая система совмещения в многослойных структурах позволяет изготавливать прецизионные многослойные печатные платы по высоким проектным нормам. В отличие от других, использующих базирование на штырях — РШ-ЬАМ, эта система без базовых отверстий названа МАв^АМ. На нее перешло большинство заводов Европы и Азии, российские заводы в Рязани, Чебоксарах и др. Заводу ЭЛАРА этот процесс позволил не только увеличить точность совмещения, но и перейти с заготовки размером 300x400 мм на размер 530x610 мм.
Система МА8^АМ начинается с автоматической установки экспонирования с оптической системой совмещения фотошаблонов по реперным знакам (без пробитых баз). Следящая система автоматически совмещает фотошаблоны с точностью 5 мкм. После загрузки слоя и вакуумного прижима установка ав-
Лазерное излучение большой мощности
и и
Рис. 15. Последовательность лазерного формирования рисунка с дифференциальным травлением:
а) испарение меди из зазоров до толщины 3—5 мкм;
б) вытравливание меди в зазорах за счет большей толщины меди проводника
томатически повторно проверяет совмещение и при удовлетворительных результатах включает экспозицию. Экспонирование производится «холодным» УФ-источником света, поэтому деформации фотошаблонов от нагрева во время экспозиции исключены.
После травления на установке автоматического совмещения в слоях высверливаются базовые отверстия с усреднением размеров слоя. По этим отверстиям слои совмещаются на двух штифтах, перекладываются пре-прегом и после планаризации сшиваются (бандажируются в пакет слоев МПП) по периметру одним из известных способов — клепкой, сваркой, или склеиваются. Прессование происходит без традиционных пресс-форм и штифтов.
После прессования на заготовке МПП производится вскрытие реперных знаков на внутренних слоях. Заготовка МПП поступает опять на установку центрирования баз, где после усреднения размеров просверливаются два базовых отверстия для последующих операций: сверления, экспонирования рисунка внешних слоев, маски и маркировки. Процедура экспонирования внешних слоев и маски автоматическая, аналогичная экспонированию внутренних слоев. Результаты измерения позиционирования элементов рисунка вводятся в компьютерную память машины на всех этапах изготовления МПП и обрабатываются. Обработанная информация позволяет оператору использовать селективный подход к обработке заготовок в автоматическом режиме.
Система МА8-ЬАМ обеспечивает большую точность совмещения, не требует пробивки баз, избавляет от необходимости использования пресс-форм, регистрирует и сохраняет результаты измерений, легко встраивается в автоматическое производство [8, 17].
Прессование
Требования к процессам прессования сегодня определяются высокой плотностью межсоединений, выполнением отверстий на внутренних слоях, необходимостью точного воспроизведения волнового сопротивления согласованных линий связи, более строгими требованиями к короблению применительно к требованиям поверхностного монтажа. Все это может быть реализовано только при условии использования систем вакуумного прессования с минимальными градиентами температур при нагреве и охлаждении, точности поддержания режимов давления и идеальной плоскостности плит. Расширяющиеся объемы использования по-лиимидных материалов нуждаются в более высоких температурах отверждения — порядка 400 °С. Современные гидравлические прессы для прессования МПП отвечают всем этим требованиям: параллельность плит сохраняются в пределах ±30 мкм, температурная точность — ±1 °С, точность поддержания давления — ±1 бар. Для уменьшения темпе-
ратурных градиентов во времени и пространстве используется, как правило, термомасляный нагрев и охлаждение. С целью предотвращения термодеструкции и испарения низкомолекулярных фракций масла для высоких температур прессования используется среда азота. Эффективный вынос воздуха и летучих фракций из прессуемого пакета слоев обеспечивается вакуумированием рабочей зоны пресса с остаточным давлением 5 миллибар в течение всего времени прессования.
Для отработки режимов прессования, про-тотипного производства и, что самое главное, испытаний новых партий препрега предлагаются лабораторные прессы.
Чтобы сократить время использования горячих прессов и экономии энергии, участки прессования дополнительно оснащают установками холодного прессования в соотношении горячий пресс/холодный пресс = 2/1. Тогда продолжительность цикла уменьшается с 150 до 100 мин. Нагрев горячих плит не отключается, загрузка пресс-форм производится в горячие прессы.
Вместе с прессами, как правило, предлагаются инструменты, улучшающие условия, производительность труда и устойчивость процессов: загрузочно-разгрузочные тележки, стеллажи-накопители с подъемным устройством, станции сборки пакетов и для технологии РВД-ЬАМ — расштифтовщики с устройством разборки пресс-форм.
Обязательным приложением к поставкам прессового оборудования является система визуализации параметров управления на базе персонального компьютера. Она обеспечивает выполнение трех отдельных функций: загрузку режимов прессования из архива и запись в архив новых отработанных режимов, диагностику оборудования для выявления неисправностей. Стабильность свойств материалов импортных поставок и рекомендованные режимы прессования позволяют быстро найти в архиве соответствующие указания и запустить процесс.
Сверление
Современные сверлильно-фрезерные станки для печатных плат объединены общими элементами технического исполнения:
• стол-основание из натурального камня или
гранита;
• стандартный привод Х-У на линейных двигателях;
• перемещение по Х-У рабочих органов на воздушных подшипниках;
• малая масса рабочего стола за счет использования новых композиционных материалов, в частности углепластика;
• высокоскоростной шпиндель: 150 тыс. об/мин, высокочастотный шпиндель для микросверления — 180 тыс. об/мин;
• автоматическая смена инструмента;
• система лазерного контроля состояния инструмента до и в процессе работы;
• управляемый скоростной сервопривод по оси 2;
• контроллер компьютерного управления. Благодаря удачной сбалансированности
этих элементов конструкции создается хорошее сочетание точности позиционирования (до ±5 мкм) и производительности (до 400 отв/мин), возможность механического сверления отверстий диаметром до 0,1 мм, точность глубины сверления до ±25 мкм (для станков КЬО — 7 мкм), высокая скорость перемещения: по осям Х-У с ускорением 10-5 м/с2, по оси 2 — 3,6 g. Автоматическая смена инструмента согласуется с производительностью станка — магазин сверл может загружаться сотнями-тысячами сверл десятка номенклатур.
Химическое сверление
Использование полиимидных пленок для наращивания слоев МПП позволяет вытравливать в них глухие отверстия в крепких горячих щелочах. Для этого первоначально в соответствующих местах вытравливаются окна в фольге, которая в данном случае играет роль маски. Этот групповой метод оформления отверстий, естественно, обладает высокой производительностью. Но отсутствие соответствующих установок со струйной обработкой горячими щелочами вынуждает использовать погружное травление, что влечет за собой нежелательное подтравлива-ние диэлектрика под фольгой. Тем не менее при отсутствии соответствующего оснащения травление остается единственным способом выполнения глухих отверстий.
Лазерное сверление
Предлагается ряд совершенно новых решений для микросверления, основанных на
Лазерное излучение Лазерное излучение
большой мощности малой мощности
Снятие медного Сверление Металлизация
покрытия отверстия в подложке отверстия
Рис. 17. Последовательность операций лазерного сверления глухих отверстий
использовании мощных лазеров. Лазерные системы позволяют сверлить сотни отверстий в секунду диаметром от 0,05 до 0,2 мм. Активная среда Си-Вг-лазера, излучающего на длинах волн 511 и 578 нм, или Ш^АО-ла-зера с длиной волны на третьей гармонике 355 нм специально выбраны для хорошего поглощения энергии излучения медью в ультрафиолетовой области спектра. Необходимость использования таких систем обосновывается большим количеством микроотверстий в платах с высокой плотностью межсоединений (MLB-HDI). Плотность размещения таких отверстий в MLB-HDI-пла-тах достигает 10 тыс./дм2.
Для сверления комбинации фольги и диэлектрика приходится варьировать, меняя мощность лазера: сверление фольги производится при плотности энергии 4 Дж/см2, диэлектрической подложки — 0,1 Дж/см2 (рис. 17 и 18). Аппаратное воплощение такой смены режимов в ходе сверления встретилось с затруднениями. Поэтому в новых разработках пока планируется использовать два разнородных лазера, совмещенных в одной головке: СО2 — лазер для сверления диэлектрика и «зеленый» эксимерный лазер для сверления меди. Лучи обоих лазеров сводят в одну точку так, что они одновременно или попеременно обрабатывают отверстие.
Химико-гальванические процессы
Направленность современных процессов металлизации состоит в решении проблем равномерности покрытий тонких глубоких сквозных отверстий и глухих переходов со слоя на слой. Немаловажны вопросы экологического характера: металлизация наряду с травлением создает основной объем загрязненных промышленных стоков. Новации в области химических процессов состоят в основном в использовании прямой металлизации вместо прежних процессов тонкой и среднетолщинной химической металлизации. В гальванике получают распространение процессы импульсной металлизации.
Прямая металлизация
Существо прямой металлизации состоит в получении электропроводящего слоя для возможности дальнейшего осаждения меди
электрохимическим способом, минуя процесс химической металлизации и гальванической затяжки, отсюда и термин — «прямая металлизация».
В Европе, где к охране окружающей среды относятся жестко, прямая металлизация используется довольно давно. Примерно 70% зарубежных компаний используют ее при производстве ПП, в то время как в отечественной промышленности это значение не превышает 40%.
Для обеспечения электрической проводимости используется одна из трех систем:
• коллоидная система, содержащая палладий;
• суспензии на основе угля и его модификаций;
• осаждение токопроводящих полимеров.
В этих вариантах осаждение электропроводящего слоя осуществляется избирательно на диэлектрик, что принципиально с точки зрения расхода палладия и образования разделительного слоя на стыках внутренних соединений в МПП.
Преимущества процессов прямой металлизации:
1. Получение равномерных покрытий.
2. Изъятие из процессов растворов формалина и сильных комплексообразователей.
3. Короткое время создания поверхностной проводимости диэлектрика — порядка 15 с.
4. Высокая стабильность растворов, используемых в технологии.
5. Возможность создания поверхностной проводимости для широкого диапазона диэлектриков.
6. Отсутствие разделительного слоя на стыках металлизации отверстий с внутренними КП.
7. Хорошая рассеивающая способность при удовлетворительном обмене раствора в отверстиях.
8. Меньший объем химических анализов.
9. Отсутствие необходимости слива растворов, содержащих медь.
Коллоидные системы, содержащие палладий, позволяют получить самый лучший вариант прямой металлизации сквозных отверстий. От прежних процессов он отличается большей дисперсностью распределения палладия в тонкой покровной пленке и тем, что вместо химического восстановления меди ис-
пользуется контактный метод, образуя тонкий слой с устойчиво хорошей электропроводностью. С позиций стоимости химических компонентов прямая металлизация на основе использования углеродных суспензий (Black Hole) дешевле, однако техническая реализация процесса Black Hole сложнее и стоимость оборудования выше, чем для палладиевой системы, где можно использовать обычные погружные системы. Это обусловлено тем, что в линию Black Hole-процесса приходится вводить дополнительные устройства:
• ультразвуковое эмульгирование графитовой суспензии — для предотвращения расслаивания раствора;
• двойные отжимные ролики на входе и выходе из камеры обработки — для предотвращения уноса суспензии;
• специальную конструкцию трубопроводов подачи раствора — для предотвращения неравномерности покрытия;
• специальные щелевые напорные трубопроводы — для предотвращения засорения отверстий для подачи суспензии;
• система мягких роликов, принудительно вдавливающих суспензию в отверстия, — для обеспечения устойчивости покрытия отверстий;
• роликовая сушка с двумя воздушными ножами, один из которых продувает отверстия, другой отсасывает остатки раствора и воды; новая сушка для маленьких отверстий — для повышения эффективности сушки.
Российские предприятия, первоначально освоившие систему Black Hole, отказываются от нее в пользу палладиевых систем.
В гальванической металлизации оборудование решает главную задачу — интенсификацию процессов обмена электролита в глубоких и глухих отверстиях. Для этого, в дополнение к покачиванию и барботажу, используются вибраторы, располагающиеся по краю или по центру катодных штанг. Вибрация освобождает тонкие отверстия от пузырьков воздуха и способствует интенсивному обмену раствора в отверстиях. Для металлизации глубоких отверстий в электролитах с выравнивающими добавками вибрация позволяет увеличить плотность тока с 0,5 до 2,5 А/дм2, за счет чего увеличивается производительность процесса.
Чтобы улучшить обмен электролита в тонких отверстиях и избавиться от эффекта «парусности», используется покачивание с захватом заготовки не только сверху (как обычно), но и снизу. Для обеспечения равномерности покрытия площади заготовки в состав линий вводятся экраны. Наиболее эффективное новшество — импульсная металлизация, позволяющая не просто выровнять толщину металлизации в отверстии и на поверхности, но и при определенных режимах получить обратный эффект: толщина осаждения на поверхности меньше, чем в отверстии — при обратном токе анодное растворение поверх-
Рис. 19. Схемы процессов осаждения и стравливания при реверсировании тока:
а) процесс осаждения при прямом импульсе тока;
б) процесс преимущественного растворения внешнего слоя при обратном импульсе тока
ности идет более интенсивно, чем в отверстии или углублении (рис. 19). Выравнивание металлизации в электролитах со специальными добавками при реверсировании тока идет иначе, о чем будет сказано ниже.
Ряд фирм предлагает горизонтальные линии химической обработки: очистки отверстий от продуктов сверления, прямой и электрохимической металлизации. В них используется система принудительного продавливания рабочих растворов в отверстия малого диаметра, за счет которой успешно металлизируются сквозные и глухие отверстия диаметром до 0,1 мм. Предусмотрены системы автоматического дозирования технологических растворов.
С помощью вертикальных (погружных) линий, которые представляет, например, фирма PAL-Galvaur, задача металлизации тонких отверстий решается по-другому. Они имеют лазерную систему позиционирования операторов, более 300 вариантов технологических маршрутов с возможностью программирования новых вариантов, импульсные источники тока для уменьшения толщины металлизации на поверхности платы, пластиковые защитные экраны для выравнивания толщины металлизации по площади заготовки, специальные захваты подвески снизу для устранения «парусности» тонких заготовок, русифициро-
ванное программное обеспечение. В сочетании с использованием химических концентратов фирмы J-Kem линии PAL-Galvaur позволяют металлизировать сквозные и глухие отверстия диаметром до 0,1 мм. В настоящее время в мире успешно работает более тысячи единиц химико-гальванического оборудования PAL-Galvaur в производстве фирм Ericsson (Швеция), Nokia (Финляндия), Volvo (Швеция), Scania (Швеция) и др.
Финишные покрытия
Большое разнообразие финишных покрытий делает трудным выбор какого-либо одного-двух, поскольку они, как правило, удовлетворяют все требования по стоимости, смачиваемости, долговременности и т. д. Перечень их широк: OSP (Organic Solderability Preservative), NiAu (ENIG — Electroless Ni & Immersion Gold — химический никель и иммерсионное золото), ImAg (Immersion Ag), ImBi (Immersion Bi), Pd (Electroplate or Electroless Pd — химический или гальванический палладий), NiPd (Electroless Ni & Immersion Pd), NiPdAu (Electroless NiPd & Immersion Au), ImSn (Immersion Sn), NiSn (Electroplate Ni&Sn), SnAg (Electroplate Sn&Ag) and HALS (Hot-Air Solder Leveling). В этом ряду лидирующими покрытиями печатных плат являются OSP, ENIG, ImAg, ImSn и HALS [21].
ИАБЬ-процесс горячего облуживания плат состоит в их погружении на ограниченное время в ванну с расплавленным припоем. Во время быстрой выемки плат их обдувают струи горячего воздуха, которые убирают излишки припоя и выравнивают покрытие. Но наплывы припоя неизбежно остаются, особенно много их на развитых металлических поверхностях. В последующей сборке наплывы мешают установке мелких компонентов, что ограничивает применение HASL. Но с точки зрения качества покрытия, исключительной способности к пайке ему нет равных. Поэтому там, где изготовление плат и сборка объединены в одном производстве, находят методы использования HASL.
Еще один существенный недостаток HASL— жесткий термоудар, который испытывают платы при погружении в расплавленный припой. И чем выше рабочая температура припоя, тем серьезнее проблема обеспечения надежности межсоединений. В силу этого ряд предприятий не используют HASL для многослойных плат, считая, что они уменьшают надежность внутренних межсоединений.
СБР обеспечивает защиту медной поверхности от окисления в процессе хранения и пайки. В конце пайки этот слой, выполнив свою функцию, теряет способность обеспечить последующие процессы пайки. В Японии это дешевое покрытие используется больше 20 лет. Но чтобы процесс пайки проходил в одну стадию группового нагрева, конструкторы изделий учитывают указанную особенность в целях снижения их себестоимости. OSP — хорошая альтернатива HASL, однако оно имеет короткий жизненный цикл, что негативно сказывается на технологической надежности, не обеспечивает многократную пайку, тем более при высоких температурах. Чтобы избежать этих затруднений, приходится использовать нейтральную среду пайки (азот).
ЕЫЮ (~4 мкм № + —0,1 мкм Аи) — другая альтернатива HASL-процессам. Это покрытие свободно от ионных загрязнений, способно к многократной пайке при высоких температурах, так как тонкий слой золота защищает никель от окисления, а никель — барьер, предотвращающий взаимную диффузию золота и меди. Характерный для Е№Ю дефект — черные контактные площадки, случающиеся из-за выделения на поверхность никеля фосфора, присутствующего в химическом процессе. Во время пайки золото растворяется в припое и обнажает плохо паяемый слой фосфора. Припой скатывается с поверхности фосфора, в чем и проявляется эффект черной контактной площадки. Она может возникать также при передержке пайки, интенсифицирующей образование ин-терметаллидов олова с никелем и олова с фосфором, внедренным в никель. Выделение фосфора на поверхности никеля может вызвать также процесс золочения. Осаждение защитного покрытия золотом из нейтраль-
ных электролитов уменьшает вероятность этих явлений.
ENIG капризен в выборе флюсов, его цена примерно на 25% выше, чем у OSP. Преимущества ENIG: жизнеспособность более года, плоская контактная поверхность, хорошая смачиваемость припоем при правильном подборе флюса, неокисляемая поверхность для контактирования (нажимные и скользящие контакты).
Иммерсионное олово (ImSn) — еще одна альтернатива HASL-процессам. Популярность ImSn растет за счет хорошей смачиваемости, которую оно обеспечивает, и простоты процесса осаждения. ImSn демонстрирует лучшую паяемость, чем ENIG. Но существует два ограничения для его применения: самопроизвольные нитевидные кристаллические образования (whiskers — усы), которые могут приводить к КЗ, и образование интерметаллических соединений Cu^ Snr. Поскольку толщина иммерсионного олова не превышает 1 мкм иС% Snr быстро поглощает этот тонкий слой, способность к пайке исчезает. В последнее время это явление устраняют введением барьерного подслоя различного содержания: метал-лоорганика и др. Перспектива использования ImSn состоит в низкой стоимости процесса осаждения, хорошей паяемости, плоской поверхности покрытия (в отличие от HASL), хороших условий для обеспечения беспаянных соединений Press-Fit (впрессовывание штырей-хвостовиков разъемов в металлизированные отверстия плат).
Иммерсионное серебро. Толщина ImAg не превышает 200 нм, поэтому расходы на реализацию этого покрытия незначительны. Жизнеспособность ImAg гораздо длительнее, чем OSP, но несколько меньше, чем ENIG. Пожелтение покрытия в процессе хранения, сборки и пайки — результат загрязнения воздушной среды сульфатами, хлоридами. Пожелтение не сказывается на свойствах ImAg , но его декоративность страдает. Консервирующие покрытия антиокислителями тормозят процесс пожелтения и продлевают жизнеспособность покрытия. ImAg менее популярно в Европе, чем в США, где оно более доступно.
Тестирование печатных плат
Для современного состояния тестирующих систем характерно использование контактирования «летающими» щупами вместо контактного поля (матриц контактов). Малую производительность этих систем компенсируют специальными приемами быстрого контроля состояния межсоединений по емкости проводников и их групп. Преимущества двух систем использует фирма New System (Италия): в ее тестерах применяются «летающие матрицы» контактов, за счет чего производительность тестера увеличивается на порядок. Добавление к этому указанных приемов тестирования делает производительность тестеров New System соизмеримой с проверкой
контактным полем и транзисторным перебором сочетаний точек контактирования.
Применение автоматических тестеров фирмы New System с патентованной технологией «летающих матриц» позволяет проводить 100%-ное электрическое тестирование жестких и гибких печатных плат с одной или одновременно с двух сторон с использованием стандартного резистивного и ускоренного емкостного метода испытаний. Для базирования тестируемой платы или мультиплицированной заготовки используется оптическая система, позволяющая компенсировать возможную усадку материала или рассовме-щение наружных слоев.
Испытания
Для испытаний на российском рынке вновь появились малоразмерные климатические камеры, представленные, например, фирмой Tabai, хорошо зарекомендовавшие себя еще с советских времен. Сейчас это испытательное оборудование присутствует на рынке под брендом Espec.
Всевозможные цифровые измерительные приборы, например фирмы Fluke, позволяют измерять любые электрические характеристики печатных плат и базовых материалов: электрическое сопротивление изоляции и проводников, волновое сопротивление линий связи в платах, погонные емкости проводников и др. Отличительный признак цифровой измерительной техники — длительный срок работы без поверки.
Набор лабораторного оборудования для металлографии позволяет получить качественный микрошлиф через 17 минут после поступления платы на анализ. Набор для экспресс-анализа содержит рычажный пресс для высечки образца, настольный горячий пресс для опрессовки образца быстро твердеющей пластмассой, дисковую пилу для реза вдоль осей отверстий, полировочную машинку для доводки поверхности образца до нужной чистоты, металлографический микроскоп с видеокамерой (опция), принтер для регистрации данных анализа.
Комплектование сборочно-монтажного производства
Смещение сборочно-монтажных технологий в сторону $МТ не предвещает полного отказа от технологий монтажа штыревых выводов в отверстия. Поэтому контрактные производства комплектуют свои технологические линии стандартным набором оборудования, чтобы изготавливать электронные модули по любой схеме монтажа (рис. 20). Функциональные возможности таких линий наращиваются, в основном, за счет модулей сборки, номенклатуры компонентов, скорости установки; вводится тестирование компонентов «на пролете» от питателя до платы.
Последняя новинка, которая была показана на выставке в Нюрнберге, — сборка трехмерных модулей для автомобильной электроники. Они могут устанавливаться непосредственно на управляемых агрегатах, повторяя их форму. В состав линии входит специальный модуль установки компонентов на разных горизонтальных уровнях. Вне линии помещается устройство нанесения клея и установки микрокомпонентов и лазерная система пайки. Если считать, что развитие технологий монтажа компонентов идет эволюцион-но, то это можно проследить по основным составляющим сборочно-монтажного производства.
Материалы для пайки
Совсем недавно ничто не предвещало смену старого «заслуженного» эвтектического сплава олово-свинец Sn63/Pb37. На его основе в обращении находятся припои с легирующими присадками для различных применений. В расчете на использование Sn63/Pb37 разработан широкий ряд процессоров, оборудования, покрытий, материалов монтажных подложек. Незыблемость этого сплава была поколеблена наличием в нем свинца, приговоренного экологами к изъятию из электронной аппаратуры.
1 — Загрузка
2 — Трафаретная печать
3 — Оптический контроль печати
4 — Установка компонентов
5 — Оптический контроль установки
6 — Пайка оплавлением
7 — Оптический контроль пайки
8 — Рентгеновский контроль пайки
9 — Выгрузка
Рис. 20. Типичная комплектация сборочно-монтажной линии
При остывании после пайки
BGA, LCC, CSP
& Керамическая монтажная подложка (А1203), ТКЛР = 7,1х10-6/°С
Трещииа^’і \ урв^н.
И Печатная плата, ТЮ1Р = (12... 1б)х 10-6/°С
Рис. 21. Термомеханические напряжения в паяных соединениях BGA-компонентов
Однако альтернативу эвтектике Sn63/Pb37 найти трудно, и первые предложенные для пайки бессвинцовые сплавы заметно ей проигрывают. Совершенно очевидно, что эти бессвинцовые сплавы потребуют больших температур паек и вслед за этим — изменений флюсов и припойных паст, а также новых технологий пайки с использованием нейтральной среды для предотвращения окислений, термоокислительной деструкции компонентов и материалов, новых финишных покрытий, увеличения нагревостойкос-ти базовых материалов и паяльных масок печатных плат, новых технологий очистки плат после пайки, технологий ремонта и восстановления бессвинцовых паяных соединений.
Наиболее опасно повышение температуры пайки с позиций термомеханических напряжений, возникающих из-за разницы температурного расширения материалов, участвующих в межсоединениях (рис. 21). Если не принять меры к использованию материалов с повышенной температурой стеклования, термомеханические напряжения могут привести к усталостным разрушениям паек.
Нанесение паяльной пасты
Стандартное нанесение паяльных паст производится с помощью трафаретной печати. Альтернативой этому процессу является поточечное нанесение капель пасты диспенсером. Но из-за большой вязкости паяльных паст производительность диспенсера настолько низка (одна точка в секунду), что в подавляющем большинстве случаев используется трафаретная печать, даже на маломасштабных производствах.
Станки трафаретной печати по принципу действия мало отличаются от аналогичных станков для полиграфических работ. Но сами трафаретные формы обязательно выполняются из металлических листов. К этому вынуждает большая вязкость паяльных паст и относительно большой размер частиц припоя, не проходящих через ячейки сит. Металлические трафареты изготавливаются лазерной гравировкой или фотохимическим травлением. Лазерное гравирование предпочтительнее, поскольку оно обеспечивает более ровные края перфораций. Установка и базирование групповой заготовки на рабочий стол
станка производится по реперным знакам с помощью автоматического привода с использованием оптической системы распознавания. После установки и базирования заготовки на столе включается вакуумный прижим, способный выправить коробление платы. Станки трафаретного нанесения паяльной пасты снабжаются системой очистки трафаретов, предотвращающей загрязнение поверхности платы паяльной пастой. Цикл печати на твердые подложки, как правило, укладывается в 10-30 с, реально — в 15 с.
Сложности возникают при необходимости монтажа на гибкие подложки. В этом случае приходится создавать технологическую оснастку, позволяющую зафиксировать гибкое основание на жесткой подложке. В настоящее время это касается технологии стапели-рования кристаллов (Stacked Chip), для России этот процесс пока не актуален. Но если монтаж компонентов осуществляется на гибкие платы или гибкую часть гибко-жестких плат, технологическая оснастка сопровождает изделие по всему циклу изготовления.
Нанесение клея (адгезивов)
Этот процесс неизбежен, если SMD-компоненты на нижней стороне платы паяются волной припоя. Без закрепления клеем SMD-компоненты будут смыты волной.
Наиболее широко используемые в клеевых композициях термореактивные смолы обычно отверждаются в присутствии кислых (ангидридов органических кислот), щелочных катализаторов или отвердителей при комнатной или повышенной температуре. Отверждение сопровождается усадочными явлениями (15-20%), создающими напряженное состояние в клеевом шве. Эпоксидные клеи обладают уникально низкой усадкой (порядка 3%), поэтому в большей части клеев используются эпоксидные композиции.
Цианоакрилатные клеи (циакрин), относящиеся к термопластам, также могут быть использованы в специальных случаях. Они образуют прочный клеевой шов при сдавливании в течение короткого времени (1-3 мин). Однако их нагревостойкость ограничена: уже при 60 °С прочность склеивания уменьшается в два раза.
Липкие ленты с двусторонним клеевым слоем применяются для крепления тяжелых компонентов или в качестве теплопроводящей прокладки для отвода тепла от теплонагруженных компонентов. После снятия защитных пленок компоненты прилипают к поверхностям при легком нажатии рукой. Но поскольку используемые в них эластомеры относятся к разряду термопластов, групповой нагрев здесь недопустим. Поэтому пайка таких приклеенных компонентов производится селективно, после групповой пайки.
Эпоксидные клеи нашли наиболее широкое применение для крепления компонентов при пайке волной припоя и групповой пай-
ке тяжелых компонентов, не удерживающихся на монтажных поверхностях силами поверхностного натяжения расплавленного припоя. Они обеспечивают хорошую адгезию практически ко всем материалам, имеют хорошие электроизоляционные свойства, быстро отверждаются, выдерживают термоудары при пайке, влагостойки, в соответствующих эпоксидных композициях не создают разрушающих термомеханических напряжений. Стандартный состав однокомпонентных эпоксидных композиций содержит саму эпоксидную смолу, отвердители для горячего отверждения, пластификаторы для обеспечения нужной тиксотропности, наполнитель и краситель. Цвет красителя выбирают исходя из обеспечения хорошего контраста с цветом подложки. Хранение при низких температурах (+5 °С) позволяет продлить время жизни однокомпонентного эпоксидного адгезива до приемлемых значений.
Двухкомпонентные клеи удобны для ремонтных работ, так как они способны отверждаться при комнатных температурах. Однако однокомпонентные адгезивы обладают лучшими свойствами и широко используются в автоматических линиях. Отверждение однокомпонентных композиций начинается при 100 °С. На практике используют температурный режим 110-60 °С.
В неотвержденном состоянии клеи интенсивно поглощают влагу. При отверждении они частично оставляют влагу в своем объеме, и при пайке происходит ее интенсивное освобождение, в результате чего в клеевом шве возникают пустоты (пробелы), которые при эксплуатации могут наполняться атмосферной влагой. Поэтому в течение всего времени использования клеев необходимо предотвращать их возможное увлажнение.
В более чем 90% случаев клей наносят с помощью диспенсеров с использованием шприцов. Для увеличения производительности используют многоголовочные системы, подобные показанной на рис. 22. Такая система
Рис. 22. Многоголовочный диспенсер для нанесения клея
обеспечивает производительность до 50 тыс. точек в час, соизмеримую со скоростью установки компонентов. Однако интерес к трафаретному методу увеличивается, хотя еще не преодолены многие трудности, связанные с затвердеванием клея на трафарете и неустойчивостью форм клеевых капель.
Установка компонентов
По существу, это ключевая операция, определяющая производительность линии. От технологии установки зависят разнообразие корпусов применяемых компонентов, точность установки, возможность перестройки под очередной заказ.
В процессе практических оценок различных технологий определились три принципа установки компонентов на основе использования:
• одноголовочного манипулятора;
• карусельных многоголовочных систем;
• нескольких параллельно работающих одноголовочных манипуляторов или карусельных систем (параллельные системы).
Одноголовочная позиционирующая система перемещает устанавливающую головку в ортогональной системе координат с использованием червячного или линейного привода. Она обеспечивает наибольшую гибкость и точность установки широкого ряда компонентов, но не может достичь уровня производительности карусельных и параллельных систем. Зато конструкции таких систем развиваются и совершенствуются, для того чтобы достичь возможности установки всех существующих компонентов, вплоть до QFP и BGA. С точки зрения точности позиционирования эта система — лучшая из трех упомянутых выше.
Карусельная система с вращающимися установочными головками обеспечивает наибольшую скорость установки компонентов. Для быстрого захвата компонента кроме вращения карусели с головками вращаются и сами головки, чтобы для каждого из устанавливаемых компонентов использовался соответствующий ему захват, закрепленный на головке. Для позиционирования компонента плата перемещается в ортогональной системе с линейными или червячными приводами. Таким образом, приходится одновременно управлять позиционированием захватов и платы, поскольку карусель, не останавливаясь, вращается с постоянной скоростью, захватывая компоненты и затем «на проходе» устанавливая их на плату.
Для массового производства используют параллельные системы. Их принцип состоит в разбиении платы на несколько секций, каждая из которых индивидуально обслуживается отдельной системой. Секции подбираются или по однородности компонентов, или по полю одинаковых плат в групповой заготовке, или по разбиению большой платы на отдельные зоны.
Обычно для установки сложных компонентов используют одноголовочные системы, производительность которых находится в диапазоне от 5 до 20 тыс. компонентов в час. Карусельные системы обеспечивают производительность от 20 до 50 тыс. компонентов в час. Самые быстрые — параллельные системы, работающие со скоростью от 50 до 100 тыс. компонентов в час.
Второй присутствующей в автоматах сборки функцией является видеосистема, управляющая точностью позиционирования. Именно с ее помощью точно устанавливается местоположение платы и позиционируется компонент на плате. Видеосистемы классифицируются по местоположению камер (снизу или сверху) и расположению источника освещения. Камеры, расположенные сверху (downward-looking cameras — вниз глядящие камеры), различают маркировки на плате и используют их для коррекции позиционирования компонентов. Такие камеры обычно располагают на головке захвата и установки компонентов. Камеры, распознающие снизу, используются для инспекции компонентов во время переноса последних от места захвата в питателе до установки на плату. Обычно нижняя камера устанавливается стационарно, а траектория предусматривает перемещение компонента над этой видеокамерой. Время распознавания вынужденно увеличивается по мере увеличения размеров и сложности компонентов. Компенсируя увеличение времени распознавания, питатели со сложными компонентами разносят на две стороны машины и устанавливают по две камеры с каждой стороны на пути прохождения компонентов. Точность установки компонентов с использованием видеосистем достигает 0,05-0,1 мм. Этого достаточно даже для установки BGA-компонентов. Более точное позиционирование выводов компонентов относительно монтажных площадок на плате устанавливается при пайке за счет поверхностного натяжения припоя.
Видеокамерные системы распознают изображение, анализируя его растр (развертку изображения). Лазерные системы позиционирования, в отличие от видеосистем, используют растровую развертку луча и точечный детектор. Компонент (его очертания) распознается как тень, образующаяся при прерывании лазерного луча, а само изображение компонента отсутствует. По этой тени компонент позиционируют на плате. Лазерные системы высокопроизводительны, но отсутствие видеоизображения делает их низкоинтеллектуальными. По крайней мере, они не способны правильно сориентировать полярные компоненты и сложные корпуса с периферийными или матричными (BGA) выводами.
Питатели адаптированы к разнообразным конструкциям упаковщиков компонентов, таким как фидеры, ленты, пеналы, тубы, матричные кассы, вибробункеры и т. д., в том числе заказные виды упаковок. Одноголовоч-
ные системы способны адаптироваться к любым конструкциям питателей. В противоположность этому высокоскоростные параллельные системы, особенно карусельные, могут обеспечить свою производительность только с питателей из лент и вибробункеров. Мало того, для них устанавливают специальные приспособления, помогающие быстрому выдвижению компонентов в позицию, с которой их забирает движущийся захват. Такое ограничение сказывается на выборе компонентов для конструирования плат массового спроса или побуждает вести сборку на линиях с разными типами сборочных систем. Это обычно касается плат мобильных телефонов и материнских плат компьютеров, содержащих большое количество пассивных компонентов, сложные многовыводные микросхемы и компоненты с выводами, монтируемыми в отверстия.
Примечательны технологические решения, позволяющие отказаться от пайки волной припоя. Для этого специальная паяльная паста при трафаретной печати продавливается в отверстия. Реологические свойства этой пасты таковы, что при установке выводов компонентов в отверстия она не выдавливается, а обволакивает вывод и при последующем нагреве в печи, расплавляясь, образует качественную галтель припоя с заполнением отверстия. Однако не все компоненты со штыревыми выводами могут выдерживать нагрев в печи оплавления. К таким компонентам относятся электролитические конденсаторы, разъемы, некоторые типы интегральных схем. Поэтому полный отказ от пайки волной припоя пока не предвидится.
Мало того, рынок электронных модулей не уменьшил, а даже увеличил объем продаж конструкций с пайкой выводов в отверстия. Фирмы, специализирующиеся на поставках оборудования для «дырочного» монтажа, интенсивно развиваются, предлагая новые модификации своих изделий. Наиболее успешно в этой области продвигается фирма Коуотс, предлагая широкий ряд оборудования для установки «дырочных» компонентов, в том числе универсальные установки для формовки и подрезки выводов. Наиболее знамениты серии полуавтоматов с лазерными целеуказателями. Среди новинок фирмы — портативный цеховой склад с высокоскоростной системой поиска и выгрузки ленточных кассет с компонентами. На стеллаже умещаются 550 кассет с возможностью найти и получить то, что нужно, в течение 5 с.
Пайка
Пайка оплавлением в технологиях поверхностного монтажа существует уже два десятка лет. Фундаментально она за это время не изменилась. Изменились только корпуса компонентов и материалы пайки. Появилась серия печей с конвекционным нагревом. Они обеспечивают более эффективные темпера-
- Процесс - плавления - канифоли Плавление припоя 183 °С
/! 170 » / 150 V /Жидкое \ \\ J состояние \ \ \
I// <4°С/с Макси мал ь скорость нг /I Продолжите тельность прогрева \ <1 мин у припоя / \ \ 1 / \ \ \1 / \ V / \ |\ / \ 1 \ / \ 1 \ / \ 1 \ / \ 1 \ / 1 1 \
ная 1грева активации і і !
Предвари- Прогрев Оплав- Охлаж-
тельный перед ление дение
подогрев оплавлением
Рис. 23. Типичный термопрофиль печи при пайке оплавлением паяльных паст
турные режимы пайки. Пайка оплавлением, конденсационная пайка, локальная лазерная пайка и ручные виды паек с различными способами нагрева останутся превалирующими в будущих технологиях монтажа.
Термовременные профили оплавления обычно рекомендуются поставщиками паяльных паст. Типичная кривая термопрофиля показана на рис. 23. Минимальную температуру выбирают исходя из температуры плавления эвтектического припоя, так чтобы произошло полное смачивание спаиваемых поверхностей для образования правильной паяной галтели. При этом приходится учитывать размер сферических частиц припоя и характер флюса в паяльной пасте, активность спаиваемых поверхностей, теплоемкость компонентов, глубину пропая. Для эвтектического припоя 8п63/РЬ37 минимальная температура плавления Т1 составляет 200-25 °С. Для других сплавов минимальная температура Т1 приблизительно на 15-20 °С выше температуры ликвидуса.
Верхнее ограничение температуры пайки Т2 определяется максимально возможной температурой кратковременного нагрева компонентов, специально устанавливаемой в их сертификатах, если это ограничение оправдано низкой устойчивостью компонентов к режимам пайки. С учетом метрологической погрешности верхний предел нагрева устанавливают на 5 °С меньше значения температуры, принятой для самого «нежного» компонента. Если наличие таких компонентов не дает возможности использовать нормальный температурный диапазон пайки, их устанавливают и паяют вручную или локально лазером.
Превышение температуры Т2 и времени пребывания в зоне плавления не только опасно для «нежных» компонентов, но и чревато возможностью интенсивного образования интерметаллоидов, термодеструкции материалов плат и компонентов, снижающих надежность электронных изделий.
Очевидно, что температурный градиент, устанавливающийся в печи, должен уклады-
ваться в диапазон (Т2-Т1). Чтобы не выйти из этих пределов, в печи создают несколько последовательных зон, так чтобы скорость нагрева-охлаждения при движении конвейера не превышала 4 °С в секунду. На рис. 23 показан типичный температурный профиль при пайке оплавлением. В первой зоне предварительного нагрева плата нагревается до 100 °С. Во второй зоне, непосредственно перед зоной плавления, нагрев достигает 150-170 °С (для 8и63/РЬ37). Зону оплавления изделие проходит за 20-30 с, так чтобы температура его нагрева в экстремуме уложилась в диапазон (Т2-Т1). Скорость охлаждения также должна быть регламентирована.
Для измерения температурного профиля обычно используют термостатированный блок термопар, где холодные спаи находятся в термостате (обычно используется лед), а горячие — в точках измерения. Блок снабжен встроенным устройством записи температуры. Большая часть таких приборов питается автономно от аккумуляторов. Термопары подсоединяют к «легким» и «тяжелым» компонентам на краях платы и вблизи центра. Таким образом, удается получить максимально достоверные результаты измерений.
При пайке компонентов на нижней стороне платы трудно рассчитывать, что тяжелые компоненты удержатся за счет поверхностного натяжения припоя. Для определения необходимости их приклейки обычно руководствуются упрощенной оценкой: отношение массы компонента в граммах к суммарной монтажной площади компонента в квадратных дюймах не должно превышать 30.
Пайка в атмосфере азота стала обычным явлением в производствах, где надо достичь высокого уровня надежности. Использование нейтральной среды обусловлено недостаточной активностью флюсов при растворении окислов в течение всего цикла пайки, термоокислительной деструкцией материалов электроизоляционных элементов конструкций электронных модулей. Пайка в атмосфере азота оставляет гораздо меньше дефектов и в меньшей степени травмирует материалы.
А если говорить об использовании дешевых финишных покрытий печатных плат на основе органических ингибиторов (OSP — organic solderability preservatives), то повторная пайка, которая бывает нужна для второй стороны платы, особенно нуждается в нейтральной среде для предотвращения термодеструкции OSP и окисления поверхности монтажных площадок. Раньше использование азота требовало организации станции непрерывного газоснабжения. Теперь альтернативой им явились газогенераторы, вырабатывающие необходимые для печи оплавления объемы азота.
Независимо от высокого уровня автоматизации сборочно-монтажных работ по-прежнему остаются актуальными ручные паяльные и ремонтные станции фирм Расе, Weller (Cooper Tools), ERSA. К этому ряду прибавились фирмы Kohler и MARTIN. Безусловно, ремонтные и наладочные работы должны быть снабжены всеми видами инструментов для демонтажа, снятия лака, напайки перемычек, очистки, подлакировки и т. д.
Инвестирование производства
Создание современного производства требует значительных инвестиций: от 100 тыс. до миллионов долларов. Собственных средств для таких вложений у предприятий нет, долгосрочные кредиты недоступны, привлечение средств с фондового рынка за счет продажи акций мало реально. В таких условиях предприятия вынуждены искать инвесторов, готовых принять бизнес-планы развития производства и финансировать их реализацию. Любопытно, что посредниками по привлечению инвестиций в развитие производства успешно выступают фирмы, поставляющие соответствующее оборудование. Наиболее перспективные из них имеют в своем составе технологические подразделения, способные профессионально оценить реальное техническое состояние предприятий и на основе этих оценок разработать технические проекты создания новых и реконструкции существующих производств. Используя экспресс-методы расчета экономических показателей создаваемых производств, они владеют полной информацией для подготовки пакета документа, необходимого для переговоров с инвесторами. С другой стороны, будучи частными предприятиями, ориентированными на рыночные условия, такие фирмы-поставщики оборудования давно установили тесные отношения с частным капиталом и успели завоевать его доверие.
Сегодня в России создалась противоречивая ситуация, при которой есть спрос капитала и есть его предложение, но нет эффективного рынка, где они могут встретиться. Разрешить эту ситуацию могут профессиональные фирмы, вызывающие доверие обеих сторон. ■
Литература
8. ГОСТ Р ИСО 14644-4-2002 Чистые помещения и связанные с ними контролируемые среды. Часть 4. Проектирование, строительство и ввод в эксплуатацию.
9. ГОСТ 12.1.005-88 Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны.
10. МУ 3.3.2.056 Определение класса чистоты производственных помещений и рабочих мест. М.: Госкомсанэпиднадзор России, 1996.
11. МУ 3.3.2.056 Определение класса чистоты производственных помещений и рабочих мест. М.: Госкомсанэпиднадзор России, 1996.
12. ГОСТ 25991 Боксы и кабины пылезащитные с ламинарным потоком воздуха.
13. Federal Standard USP 209E Airborne particulate cleanliness classes in cleanrooms and clean zones. September 11, 1992.
14. Трубкина В. Выбор технологических методов в производстве печатных плат // Компоненты и технологии. 2002. № 2.
15. Петров М. Лазерная обработка материалов в электронике // Компоненты и технологии.
2002. № 8.
16. Медведев А., Однодворцев М., Семенов П. Модернизация производства печатных плат// Электронные компоненты. 2003. № 9.
17. Ласкин А. Технология Laser Graver — шаблоны печатных плат за один технологический этап // Компоненты и технологии. 2003. № 1.
18. http://www.estek.ru
19. http://www.eastspacelight.com
20. http://www.bungard.de
21. http://www.ots-kr.com
22. http://www.printprocess.com
23. http://www.new-system.com
24. Медведев А. Productronica 2001. Первые впечатления // Компоненты и технологии. 2001. № 8;
2003. № 1.
25. Семенов П. Снайпер или автомат? Прецизионные системы совмещения в производстве многослойных печатных плат // Компоненты и технологии. 2002. № 3.
26. Медведев А., Салтыкова В., Lundquest J. Печатные платы. Системы прямой металлизации // Компоненты и технологии. 2003. № 4.
27. Росинкин С. Опыт внедрения технологии прямой металлизации при мелкосерийном производстве печатных плат // Электронные компоненты. 2003. № 8.
28. Степанов В. Прямая металлизация: да или нет? // Компоненты и технологии. 2002. № 5.
29. Медведев А. Бессвинцовые технологии монтажной пайки. Что нас ожидает? // Электронные компоненты. 2004. № 11.
30. Alternative Surface Finishes: Failure Modes of Electroless Nickel/Immersion Gold/ Brian J. Toleno, ACI, USA.
31. Future Surface Finishing needs with OSP/ Frando van der Pas // Printed Circuits Europe. Nov.-Dec. 1999.
32. Final Finishes/ Frando van der Pas // Coockson Electronics. 5th European Surface Mount Conference. Brighton. 2002.
