Опыт производства силовых печатных плат для импульсных устройств
Ярким примером служит успешно реализованный компанией А-КОНТРАКТ проект по изготовлению силовых печатных плат с уникальным набором требований, ключевыми из которых были работа с большими импульсными токами и выполнение нестандартного монтажа. Решение этих задач потребовало от не только глубокого инженерного анализа, но и разработки специализированного технологического процесса.
Спецификация
Спецификация изделия предъявляла комплексные требования к конструкции печатного узла.
- Во-первых, была задана нестандартная структура основания: использование тонкого стеклотекстолита (FR-4) толщиной всего 300–500 мкм в сочетании с тяжелой медной фольгой толщиной 70 мкм (≈2 oz/ft²). Такое соотношение было необходимо для обеспечения минимального активного сопротивления и индуктивности токоведущих дорожек при работе с большими токами.
- Во-вторых, одним из элементов схемы были газоразрядные приборы (разрядники), требующие пайки не в сквозные отверстия, а непосредственно в торцевую поверхность металлизированных вырезов в плате. Эта технология, известная как «edge-plating» или пайка в торец, обеспечивает оптимальный теплоотвод и минимизацию паразитной индуктивности в силовых цепях защиты.
Вызовы
Данный набор требований обусловил возникновение двух принципиальных технологических вызовов.
- Первый заключался в высокой вероятности термомеханической деформации (коробления) платы в процессе групповой пайки (например, в конвекционной или парофазной печи). Коэффициент теплового расширения (КТР) меди и стеклотекстолита различен, а тонкий диэлектрический слой, не сбалансированный симметричной тяжелой медью с обратной стороны, при нагреве создавал значительные внутренние напряжения, ведущие к необратимому искривлению подложки.
- Второй, и наиболее серьезный, вызов был связан с операцией пайки разрядников. На момент получения заказа в российской практике контрактного производства массово не применялась технология селективной автоматизированной пайки в торцевую металлизацию. Единственной альтернативой оставался ручной монтаж с использованием паяльника, что неизбежно вело к низкой повторяемости качества соединения, высокой доле брака, резкому росту трудоемкости и, как следствие, неприемлемой для серийного производства стоимости конечного изделия.
Для преодоления этих барьеров инженеры и технологи А-КОНТРАКТ инициировали полноценное исследовательско-опытное производство (НИОКР). Был выполнен цикл экспериментов с использованием тестовых образцов. Исследовалось поведение образцов материалов и комплектующих при термических нагрузках, идентичных реальному технологическому циклу.
В результате была разработана и внедрена комбинированная технология, которая позволила решить проблему коробления.
Комбинированная технология — решение проблемы коробления
Для пайки газоразрядников технологи А-КОНТРАКТ разработали процедуру, которая исключила перегрев чувствительного элемента разрядника и обеспечила формирование надежного, повторяемого паяного соединения с полным смачиванием металлизированной поверхности.
Таким образом, работа над данным проектом стала не просто производственной операцией, а полноценной технологической разработкой. А-КОНТРАКТ не только доказал возможность создания силовых плат экстремальной конструкции, но и получил в свое распоряжение уникальный для контрактного производителя актив компетенций.
Результатом стало стабильное производство электронных блоков с высокой повторяемостью характеристик, что подтверждает тезис: сложные, нестандартные задачи являются для компании точкой роста, позволяющей оттачивать мастерство и расширять портфель доступных технологий для будущих проектов в области силовой и импульсной электроники.