16 Декабря 2020
Автор и должность
Семен Хесин, главный специалист
Отдел
ООО "Остек-СТ"
Издание
Вектор высоких технологий №5(50) 2020
Посмотреть в формате pdf

Когда мы смотрим на какой-то продукт, например, на свой мобильный телефон, мы не всегда видим и понимаем путь, который пройден производителем для достижения конечного результата. В этой статье я хочу рассказать о компании Orbotech, потому что почти каждое электронное устройство в мире, в том числе и изделия, которыми мы пользуемся каждый день, изготовлены с помощью систем этой компании.

Какой путь прошла компания и как смогла достичь значимых результатов?

Конкуренция — путь к прогрессу. Две фирмы — Orbot и Optrotech — c 1981 по 1992 год соревновались в производстве автоматических оптических систем, а потом приняли решение о слиянии в фирму Orbotech. Решение стало прочным фундаментом для создания огромной корпорации, которая быстро расширялась и открывала в своей деятельности новые продукты и рынки.

Давайте рассмотрим продукты компании Orbotech, относящиеся к бизнесу по печатным платам.

Orbotech сегодня – это:

  • 40-летняя история ▪▪50 офисов по всему миру
  • 3 000 сотрудников, из которых 600 работают в отделе R&D (разработчики и ученые)
  • 4 бизнес направления:
    • Печатные платы
    • Дисплеи
    • Солнечные панели
    • ПО для распознавания банковских чеков
  • Референс-лист по печатным платам (количество установок фирмы Orbotech, эксплуатируемых в данный момент в мире):
    • Автоматическая оптическая инспекция (АОИ): более 5 000
    • Прямое экспонирование: более 1 800
    • Автоматическое оптическое формирование проводников (устранение КЗ и обрывов): более 600
    • Прямое нанесение маркировки и маски: более 600
    • CAM (Computer-aided manufacturing – программное обеспечение для подготовки технологического процесса производства изделий): более 13 000 рабочих мест
АОИ

Первым продуктом компании стали установки автоматического оптического контроля. Чем плотнее трассировка печатных плат, тем труднее межоперационный контроль, и если он выполняется на микроскопе, то увеличивается риск пропуска дефектов из-за влияния человеческого фактора. Поэтому применение АОИ в данном случае — наиболее эффективно. Основная задача, которая стоит перед АОИ, — определить, что дефект, а что нет. На первый взгляд кажется, что надо выставить максимально жесткие настройки, чтобы ничего не пропустить. Однако это приведет к тысячам ложных дефектов помимо критичных. А ведь каждый «дефект» все равно должен быть просмотрен оператором, который примет финальное решение о том, какой дефект ложный, а какой нет; при этом, просматривая тысячи, он может просто пропустить реальные дефекты. Получается, что решение этой задачи всегда будет компромиссом между жесткостью настроек и количеством ложных дефектов?

Orbotech не идет по пути компромиссов. Уменьшение количества ложных дефектов без пропуска критичных — это главная задача АОИ. 40-летний опыт компании позволил создать решения (рис 1), которые не имеют аналогов среди производителей оборудования. Их основные особенности:

  • возможность классификации и установки разных допусков на разные подгруппы одних и тех же элементов (рис 2 — разные допуски на проводники, имеющие разную ширину, разные допуски на различные типы площадок и другое);
  • программное обеспечение «понимает» структуру печатной платы, включая имеющуюся и будущую топологию (отверстия, маску, маркировку) (Таблица 1);
  • одновременный контроль заготовки в нескольких (двух или трех) световых каналах за один проход в совокупности с программным обеспечением, которое позволяет анализировать сразу две или три картинки (рис 3). Важно, что просмотр платы осуществляется именно за один проход, т. к. альтернативное решение (смена сфетофильтров и повторные прогоны), используемое конкурентами, ведет к потере производительности и пропуску критичных дефектов.
Таблица 1. Схема принятия решения на различных АОИ

table1.jpg

Перечисленные особенности позволяют находить критичные дефекты и пропускать ложные, таким образом предоставляя 100 % контроль при максимальной производительности.

Автоматическое оптическое формирование проводников

Миниатюризация плат ведет к уменьшению проводника/зазора. И если экспонирование 50/50 мкм и менее — это реальная задача с высокой повторяемостью, то стабильные проявление и травление настолько прецизионного рисунка — задача весьма непростая. Долгие годы фирма Orbotech производила установку PerFix, которая позволяла устранять короткие замыкания, образовавшиеся в результате неидеальных режимов химической обработки. А 5 лет назад компания презентовала установку Precise (рис 4), которая позволяет не только подрезать лазером короткие замыкания (рис 5), но и напылять чистую медь на места протравов, восстанавливая проводники (рис 6). Технология не имеет аналогов в мире и сводит процент брака после получения рисунка слоев и готовых плат к нулю.

Прямое экспонирование

С 1996 года компания Orbotech начала заниматься установками прямого экспонирования фоторезиста и защитной паяльной маски печатных плат, купив разработки у известной немецкой фирмы Carl Zeiss. В то время еще не пришла эпоха цифровых фотоаппаратов и мобильных телефонов, а цеха печатных плат уже начали цифровизацию и переход от пленок (фотошаблонов) к цифровым технологиям — и этот переход до сих пор не закончился.

Однако уже можно с уверенностью сказать, что прямое экспонирование — это обязательный этап развития любого цеха печатных плат.

Модельный ряд установок прямого экспонирования активно развивался (рис 7), и Orbotech первым внедрял такие технологии, как двойной стол, лазер нескольких длин волн, экспонирование прецизионного рисунка 10/10 мкм (рис 8) и другие.

Новейшими моделями компании Orbotech стали установки Nuvogo и Diamond (рис 9).

Установки прямого экспонирования, предлагаемые компанией, при энергии экспонирования 35 мДж/см2 (пример для фоторезиста) обеспечивают получение топологии рисунка 7 класса точности и выше на заготовке 610×820 мм с производительностью до 300 сторон в час. А при энергии экспонирования 300 мДж/см2 (пример для паяльной маски) — любого рисунка, включая 7 класс на заготовке 610×457 мм с производительностью 120 сторон в час. Важно: при указании производительности мы даем финальные значения, учитывающие загрузку/разгрузку, совмещение при самых высоких точностях (рис 10), необходимую энергию экспонирования, минимальный проводник/зазор и размер заготовки.

А отличительной особенностью оптики установок Orbotech является самая большая глубина фокуса, которая позволяет максимально комфортно работать с гибкими короблеными платами. Компания является лидером по количеству эксплуатируемых систем прямого экспонирования печатных плат в мире — большинство частных и государственных производств печатных плат Европы, Азии, Америки используют именно Orbotech. Хотите прибыльное, высококачественное и высокопроизводительное производство — тогда вам нужно оборудование Orbotech.

Прямое нанесение маркировки

Технология прямого нанесения маркировки позволяет значительно сократить количество операций для формирования маркировки, сэкономить площади, повысить точность и удобство работы. До недавнего времени эта технология проигрывала традиционной трафаретной печати лишь в производительности. Однако с появлением последних моделей установок (Sprint 150/200/300) (рис 11) прямое нанесение догнало традиционную технологию по производительности. Следует также отметить, что здесь нанесенный рисунок уже предварительно отвержден, и для нанесения рисунка маркировки на вторую сторону достаточно перевернуть плату и вновь вставить в установку. Поэтому для многономенклатурных и мелкосерийных производств данный процесс дает даже бо’льшую производительность при формировании маркировки по сравнению с традиционной технологией, где много времени тратится на изготовление трафарета.

Еще одной причиной развития этой технологии стали повышенные требования к сериализации и прослеживаемости от конечных заказчиков — предприятий, которые осуществляют сборку изделий.

Orbotech развивает данную технологию с 1999 года. Отличительными особенностями установок серии Sprint являются:

  • высокое качество печати благодаря технологии DotStream (рис 12, 13);
  • длительный срок службы печатающих головок по сравнению с аналогичными решениями других компаний;
  • технологические особенности оборудования, которые обеспечивают качество и удобство работы (рис 14).

Хорошей демонстрацией точности печати является печать объемных структур (рис 15).

Прямое нанесение маски

Попытки создать установку прямого нанесения маски начались уже достаточно давно и являют логичным продолжением активного развития технологии прямого нанесения маркировки. Однако в данном случае все гораздо сложнее, и большинство попыток не увенчались успехом и не привели к появлению коммерческого продукта, а лишь к прототипам и экспериментам на первых покупателях. Почему? Ответ кроется в конструктиве печатной платы. Маркировка обычно наносится на однородное покрытие, на маску. А маска наносится на два совершенно различных по свойствам покрытия: медь и стеклотекстолит. Долгое время это служило камнем преткновения для достижения покрытия, которое было бы достаточно стойким к финишным покрытиям, а также приемлемым с точки зрения внешнего вида. Компания Orbotech вела разработки подобной технологии более 5 лет, прежде чем выпустить на рынок готовый коммерческий продукт (рис 16), который бы давал достойный результат, отвечающий требованиям заказчиков, изготавливающих печатные платы для спецприменений и гражданских задач.

Ввиду того, что технология крайне молодая, при выборе оборудования для таких задач мы рекомендуем, в первую очередь, увидеть «живую» демонстрацию результатов (рис 17 и 18) — и готовы ее представить.

Компания Frontline

В печатных платах, как и в механическом производстве, есть CAM и CAD-системы. Лидирующей фирмой по CAM-системам является Frontline (дочерняя компания Orbotech), основные продукты которой:

  • InSignt: ПО для оценки сложности печатных плат;
  • InCam: ПО для подготовки данных к производству;
  • InPlan: полная система технологического планирования процесса производства печатных плат;
  • и т. д.: InCouplon, Insolver, InStack, InShop.

Расскажу немного об InCam. Первая задача InCam (в случае, если у вас нет InSight) — это понять, сможете ли вы сделать конкретную печатную плату. Для этого программное обеспечение автоматически показывает сложные моменты печатной платы оператору (Таблица 2).

Таблица 2. Часть отчета о сложности печатной платы (пример)

table2.jpg

Вторая задача связана с подготовкой данных к производству. Зачастую бывает, что конструкторы разводят платы, не учитывая особенности общей и частной технологии производства печатных плат.

Если не обращать на это внимание, то процент выхода годных будет низок. Надо понимать, что технология производства печатных плат не позволят сделать плату в нолях (с крайне жесткими допусками). Всегда будут рассовмещения, недотравы, перетравы и другие дефекты. Вопрос в их величине и в допуске, который задают конструктор, ТУ и ГОСТ. Общепризнанная мировая практика — готовить файлы к производству печатных плат с небольшими корректировками, не выходящими за рамки допусков, и учитывая при подготовке особенности конкретного производства, технологии и материалов. Это позволяет значительно повысить выход годных плат и облегчить производство. В Таблице 3 приведены примеры необходимости использования данного программного обеспечения.

Таблица 3. Необходимость использования InCam

table3.jpg

Приведенные примеры — это лишь малая часть того, что может сделать InCam.

Особенно важно, чтобы такие корректировки ни в коем случае не нарушили целостность электрических цепей на этапе подготовки данных. Для этого программное обеспечение InCam сверяет список электрических цепей, проверив который до и после корректировок, мы сможем быть уверены, что не сделали ошибок при выполнении подготовки данных к производству.

Возможности компании Frontline также дают большие перспективы по улучшению и других продуктов Orbotech (АОИ, прямое экспонирование и т. д.). Индустрия 4.0 — это следующий этап развития всех мировых производств. Orbotech вместе с Frontline являются первопроходцами и лидерами в этом направлении для печатных плат. Сложность заключается в огромном количестве операций, оборудования, инструментов, материалов и технологий, которые присутствуют в печатных платах. Задача непростая, но очень интересная. Для этого у Frontline есть специальный продукт — InShop. В этой статье я не буду описывать его, потому что сегодня существует очень мало производств печатных плат, готовых к данному этапу модернизации. Но если ваше производство проявляет такую готовность, нам необходимо встретится и побеседовать на эту тему более детально.

Заключение

В данной статье кратко рассмотрены ключевые технологии, которыми обладает компания Orbotech. Но каждый продукт требует более подробного представления: отдельной статьи, презентации, детальной беседы и демонстрации возможностей. Задавайте вопросы сотрудникам ООО «Остек-Сервис-Технология» по электронной почте ost@ostec-group.ru — мы всегда готовы поделиться с вами нашими знаниями и опытом.

Orbotech — уверенный лидер индустрии печатных плат. Недаром ведущие мировые компании-производители электроники ставят своим поставщикам печатных плат условие: «Платы для нас должны быть изготовлены с обязательным применением оборудования компании Orbotech».

А у вас оно уже применяется?