Как рождаются Arduino — экскурсия на фабрику печатных плат

Недавно я имел удовольствие побывать на заводе по производству Arduino. Arduino производится в Скарманьо, маленькой коммуне недалеко от заводов Olivetti на окраине города Турин в Италии.
Дорога в Скарманьо

Вся забота по производству печатных плат,  установке компонентов и распространения лежит на плечах этого городка. Я был в восторге от увиденного и хотел бы поделиться некоторыми фотографиями.
Изюминкой моей поездки был System Elettronica, завод по производству печатных плат для Arduino.

Arduino pcbfab factory

Одна из особенностей  System Elettronica заключается в том, что на фабрике выбраны цвета из флага Италии. На фотографии этажа вы можете увидеть подтверждение этому факту в виде элементов красного и белого цвета.

Arduino pcbfab

Рождается Arduino из вот таких огромных листов фольгированного текстолита.

Copper-on-FR4

Листы, изображённые на фотографии, имеют толщину 1,6 мм (наиболее распространённая толщина для печатных плат, соответствующая 1/16 дюйма), и  размером  1 х 1,5м.

Первый шаг в производстве печатных плат — сверление отверстий. Этот этап заготовка проходит до нанесения маски соединений по нескольким причинам. Во-первых, по существующим отверстиям можно правильно выставить маску для соединений. Во-вторых, процесс сверления грязный и неряшливый, поэтому есть вероятность повредить маску.

Pcb drill

>На фотографии показана головка сверлильного станка с ЧПУ, используемого для сверления отверстий. Чистые листы текстолита кладутся по три штуки, поэтому за один проход сверлятся три отверстия.

 

Pcbfab drillrack

На фотографии показан набор свёрл для станка. Если вы когда либо имели удовольствие возиться с созданием файлов для сверления, возможно вам встречался термин «набор свёрл». Вот так он и выглядит.

Видеоролик демонстрирует работу сверлильного станка.

Каждое отверстие в плате сверлится механикой, потому количество отверстий влияет на стоимость платы. Этот конкретный станок относительно мал. Я видел в Китае огромные массивные сверлильные столы, на которых работает от четырех до шести сверлильных станков, обрабатывающие дюжины панелей одновременно. Процесс идёт настолько быстро, что чувствуется вибрация даже на расстоянии нескольких метров.

Pcbfab drilled plated

На фото выше — пачка текстолита после сверления и очистки от заусениц, готовая к дальнейшей обработке.

Следующий шаг — нанесение фоторезиста на текстолит и экспонирование. На System Elettronica это делается с помощью высококонтрастной плёнки. Я видел и другие техники с использованием лазера, когда шаблон наносится с помощью лазерной растровой развёртки. Такие методы приемлемы для быстрого прототипирования, однако при массовом производстве практичнее использовать плёнку.

Pcbfab exposure

На этом фото — чистый текстолит кладется на светостол для экспонирования.

Exposed

На фотографии изображены заготовки до и после экспонирования.

Stripper

Затем листы текстолита отправляются на проявку. Один и тот же станок используется для проявки фоторезиста и паяльной маски.

Post resist

Так выглядит лист после проявки. Это одна из моих любимых фотографий.

После фото обработки и проявки листы проходят через ряд ванн с различными растворами для протравки меди.

Plating

Движение листов по ваннам полностью автоматизированно. Это необходимо из-за того, что кислород может испортить заготовку в считанные секунды, поэтому транспортировка должна быть как можно быстрее. Кроме того, в ваннах находятся едкие и вредные для человеческого организма химикаты, так что, лучше пусть этим занимаются роботы.

Как видите, заготовки плавно качаются туда сюда. В каждой ванне свой раствор.

Preplate

После обработки заготовок в растворах, тусклое, белое покрытие (думаю, это никель) наносится на все участки, не покрытые фоторезистом, включая не покрытые до этого, переходные и технологические отверстия

Postplate

На этом этапе открытые и покрытые фоторезистом части меди удаляются, остаётся только текстолит и защищённая медь.

Brightcopper

Заключительный этап — обработка поверхности плат. Заметьте, на фото не платы Arduino так как они не обрабатывались на этом станке когда я делал эту фотографию.

Теперь платы готовы к нанесению паяльной маски и шелкографии. Для этого используется похожий процесс с использованием фоторезиста, шаблонов и машин проявки/зачистки.

Post soldermask

На фотографии показаны печатные платы с нанесенными паяльной маской и шелкографией. Фактически, шелкография — просто второй слой паяльной маски. Особенный состав сухой плёнки белой паяльной маски закупается для Arduino для достижения максимальной отчётливости и приятного вида, который сохранится даже в трудных условиях работы плат. Я видел и другие способы нанесения шелкографии, например — струйная печать с высоким разрешением. Такой способ больше подходит для быстрого производства плат. Другой пример шелкографии — с применением ракеля и красок.

После того, как платы прошли все виды химических обработок, на них наносится слой припоя с помощью паяльного фена. После этого платы проходят проверку.

Каждая плата полностью проверена. Это значит, что каждая дорожка проверена на целостность и сопротивление двумя «парящими» электродами. Такая проверка — большой объём работ. На видеоролике выше можете посмотреть как быстро идёт процесс. Альтернативой такому методу проверки может служить использование грейферных (по типу ракушки) тестеров, где набор контактов прижимается к проверяемой плате. Так происходит тестирование за одно механическое действие. Однако, грейферные прижимные приборы очень трудоёмки в сборке и поддержке. Необходимо после каждой смены соединений в проекте переделывать проводные соединения в тестере. Так что, во многих случаях, тестирование «парящими» электродами может быть дешевле и гибче.

Stack

На фото — пачка листов готовая к последнему шагу обработки — прорезки щелей.

Routing

Перед тем как платы можно будет отправить, каждый лист должен пройти нарезку, что бы поместиться в станок для поверхностного монтажа. Листы собираются в пачку и помещаются в станок для резки.

Result

Наконец, платы готовы для пайки. Как видите, на каждом листе они расположены по 12 штук,  для максимального удобства поверхностного монтажа.

Whole lotta Arduino

Вот стопка из  25 000 платных печатных плат Arduino, готовых покинуть завод по производству печатных плат, на которые потом будут напаяны радиодетали  и проданы мэйкерам во всем мире!

Огромное спасибо команде Arduino и Давиду Гомба  (Davide Gomba) за то, что они нашли время в своём плотном графике, показывали мне всё и терпеливо ждали, пока я фотографировал и всячески восхищался техникой…

Перевод статьи Where Arduinos are Born: Touring a PCB Factory.