Как плату производят

Чтобы проектировать плату, которую реально изготовить, нужно хотя бы в общих чертах понимать, что с ней делают на заводе. Почти каждое ограничение в правилах производителя — минимальная ширина дорожки, поясок, перемычка маски — следует из какого-то шага этого маршрута.

Общая идея: субтрактивная технология

Подавляющее большинство плат делают субтрактивно: берут заготовку, сплошь покрытую медью, и стравливают лишнее. Рисунок, который нужно сохранить, защищают фоторезистом — светочувствительной плёнкой. Это та же идея, что в фотопечати: свет переносит изображение с шаблона на поверхность.

Аналогия: так скульптор режет статую из куска мрамора, убирая всё лишнее, а не лепит её из глины.

Маршрут

Рис. 4.7. Упрощённый маршрут изготовления платы по субтрактивной технологии (лишнюю медь стравливают). Шаги в пунктирных рамках нужны только многослойным платам. У двухслойной платы маршрут начинается сразу со сверления.

1. Подготовка данных (CAM). Инженер завода получает твои файлы (Gerber или ODB++, файлы сверловки, урок 10.2), проверяет их на соответствие своим нормам, компенсирует подтрав и раскладывает несколько плат на технологическую заготовку — панель.

2–4. Внутренние слои (только многослойные платы). Ядра покрывают фоторезистом и засвечивают ультрафиолетом через изображение слоя. Неэкспонированный резист смывают, открытую медь стравливают, резист снимают. Готовые внутренние слои проверяют автоматической оптической инспекцией (AOI): после прессования исправить ничего будет нельзя. Затем ядра, препрег и наружную фольгу прессуют в единый пакет (урок 4.3).

5. Сверление. Станки с ЧПУ сверлят все отверстия, микропереходы прожигают лазером. Сверло никогда не попадает точно в расчётную точку — отсюда требование к пояску (урок 4.4).

6. Металлизация отверстий. Стенки отверстий — голый стеклотекстолит. Сначала химически осаждают тонкий проводящий слой меди, затем гальванически наращивают медь до нужной толщины. Поэтому медь на наружных слоях в итоге толще исходной фольги.

7–8. Рисунок наружных слоёв и травление. Снова фоторезист и засветка, затем гальваническое наращивание меди на дорожки и в отверстия, защитный слой металла, травление лишней меди. Травитель разъедает медь не только вниз, но и вбок (подтрав), поэтому у слишком тонких дорожек и узких зазоров рисунок «плывёт». Это главная причина ограничений на минимальную ширину и зазор, и она тем сильнее, чем толще медь.

9. Паяльная маска. Жидкий фоточувствительный лак наносят на всю плату, засвечивают, лишнее вымывают и отверждают. Совмещение шаблона маски с медью неточное, поэтому нужны расширение окон и минимальная перемычка (урок 4.5).

10. Финишное покрытие. HASL, ENIG, OSP и другие — на открытую медь.

11. Шелкография. Надписи краской, чаще всего струйной печатью.

12. Электротест. Каждую плату проверяют на обрывы и короткие замыкания по твоему списку соединений: летающими щупами (flying probe) для малых партий или «ложем гвоздей» (специальной оснасткой) для больших.

13. Контур. Платы вырезают из панели фрезой или делают V-надрезы (скрайбирование), по которым их потом отламывают.

14. Выходной контроль и упаковка. Внешний вид и размеры проверяют по стандарту IPC-A-600. Готовые платы упаковывают, нередко в вакуум.

Двухсторонняя плата пропускает шаги 2–4: её делают из одного ядра, сразу со сверления.

Классы плат

Стандарты IPC делят изделия на три класса по требованиям к надёжности:

Класс	Что это	Примеры
1	электроника общего назначения: главное — чтобы работало	игрушки, простые бытовые устройства
2	аппаратура длительного пользования: желательна долгая безотказная работа	большинство бытовой и промышленной электроники, компьютеры
3	высоконадёжная аппаратура: отказ недопустим	медицина, авиация, оборонная техника

Класс указывают в заказе. Чем он выше, тем строже критерии приёмки по IPC-6012 и IPC-A-600 (поясок, толщина меди в отверстиях, допустимые дефекты) и тем дороже плата. Большинство недорогих производителей по умолчанию работают по классу 2. Для учебных плат этого более чем достаточно.

💡Совет

Почти все быстрые производители делают двухсторонние платы на «пуле»: много чужих проектов раскладывают на одной панели и делают вместе. Поэтому платы стандартной технологии (FR-4, 1,6 мм, 1 oz, зелёная маска, HASL) стоят копейки, а любое отклонение — другая толщина, цвет, покрытие — может заметно поднять цену и срок.

🛠Особенность Altium

Всё, что уходит на завод, Altium готовит из одного проекта: Gerber-файлы слоёв, файлы сверловки, чертёж платы. В руководстве Altium этому посвящён последний шаг — выходные данные и выпуск проекта (урок 7.9), подробно — модуль 10. Электротест завод делает по списку соединений: его тоже можно выгрузить из Altium в формате IPC-D-356 вместе с Gerber-файлами [ПРОВЕРИТЬ: название пункта вывода в Output Job для AD 26].

Практика

1. Найди на сайте любого производителя видео или фоторепортаж с производства и сопоставь шаги с рисунком 4.7.
2. Объясни своими словами, почему минимальный зазор для меди 2 oz больше, чем для 1 oz. (Толстую медь травят дольше, и подтрав вбок больше.)
3. Какой класс по IPC ты укажешь для мультивибратора? А для платы, которая будет стоять в кардиостимуляторе? (Класс 1–2; класс 3.)

🧯 Типичные ошибки

Дорожки на готовой плате уже, чем в проекте

Почему Подтрав при травлении. Производитель компенсирует его, но в пределах своих возможностей.

Как исправить Не проектируй на пределе норм без нужды. Если ширина критична (импеданс, большой ток), обсуди это с производителем.

Плату отклонили на этапе CAM-проверки

Почему Нарушены нормы производителя: слишком тонкие дорожки, узкие поясок или перемычки маски.

Как исправить До заказа задай в Altium правила по нормам производителя и прогони DRC (урок 7.7), затем посмотри Gerber в просмотрщике (урок 10.8).

Заказали класс 3 «на всякий случай» — цена выросла в разы

Почему Класс 3 означает более строгий контроль и отбраковку.

Как исправить Выбирай класс по назначению изделия. Для прототипов и большинства устройств хватает класса 2.

Проверь себя

1. 1. Что значит «субтрактивная» технология изготовления плат?

   Медь наносят только там, где нужны дорожкиЗаготовку покрывают медью целиком, а лишнее стравливаютДорожки вырезают фрезой
2. 2. Зачем делают электротест каждой платы?

   Чтобы проверить работу схемыЧтобы найти обрывы и короткие замыкания относительно списка соединений проектаЧтобы измерить толщину меди
3. 3. Почему при металлизации медь на наружных слоях становится толще?

   На наружные слои вместе с отверстиями гальванически наращивают медьЕё специально наклеиваютНе становится
4. 4. Какой класс IPC обычно подходит для учебных и большинства бытовых плат?

   Класс 1 или 2Только класс 3Класс 4

🎯Практическое задание~20 мин

Возьми страницу технологических возможностей выбранного производителя и для каждого ограничения (минимальная ширина и зазор, минимальное отверстие, поясок, перемычка маски, шелкография) напиши, на каком шаге маршрута с рисунка 4.7 оно возникает. Получится таблица «ограничение — шаг — почему». Это твой первый документ по DFM — технологичности конструкции (урок 5.10).