7 Декабря 2016
Автор и должность
Петр Семенов, генеральный директор
Отдел
ООО "Остек-СТ"
Издание
Вектор высоких технологий №7(28) 2016
Посмотреть в формате pdf

Cтатья написана специалистом, который одним из первых в середине 90-х годов прошлого столетия внедрял в производство печатных плат импортный стеклотекстолит для изделий специального назначения. Это было связано с отработкой процессов поверхностного монтажа и новыми требованиями к минимальному значению коробления (скручивания) заготовок печатных плат. В дальнейшем трудовая деятельность автора была связана с развитием производства печатных плат, анализом состояния и возможностей технологического процесса, анализом брака и разработкой мероприятий по выходу из кризисных ситуаций в производстве печатных плат.

СИТУАЦИЯ

Сегодня государство не в состоянии обеспечить полный контроль качества выпускаемых изделий в различных сферах производства: от продуктов питания до техники специального назначения. Это связано, в первую очередь, с отменой действия ряда государственных стандартов, регламентирующих требования к ключевым параметрам, выработанным на основе мирового опыта разработки, проектирования, изготовления различных изделий. Вместо накопленного интеллектуального потенциала, закрепленного в государственных стандартах, предлагается система саморегулирования путем проб и ошибок при потреблении продуктов, соответствующих требованиям ТУ изготовителя и поставщика. Таким образом, потребителю предлагается самостоятельно разобраться, подходят ли ему данные комплектующие, продукты и т. д. На примере продуктов питания это выглядело бы примерно так: перед покупкой колбасы покупатель должен ознакомиться с содержанием «ТУ» и самостоятельно оценить, не угрожает ли данный продукт его здоровью как в ближайшее время, так и в перспективе, и после этого принять решение о покупке.

Также дело обстоит и в других случаях. Например, при проектировании печатных плат конструктор обязан учитывать требования стандарта, на основании которого материал выпускается, и эти требования должны быть жёстче, чем расчетные параметры при проектировании платы. Очень часто материал для проведения типовых испытаний приходит на производство с контролируемыми параметрами выше, чем по стандарту. Затем, при выпуске серийной продукции, параметры уже соответствуют стандарту на материал, но не требованиям изделия. Возникают проблемы с эксплуатацией. Такой подход недопустим.

Именно поэтому статья, которую вы сейчас читаете, может показаться вам немного «с перчинкой», но поверьте, реальная ситуация применения импортного стеклотекстолита для изготовления техники специального назначения в РФ гораздо сложнее, чем описано в данной статье.

Итак, вернемся к истории. Если констатировать факты, то в середине 90-х годов прошлого века материал DE-104 Isola был единственным базовым фольгированным материалом, завозимым в РФ. Естественно, его и пробовали использовать в качестве замены отечественным материалам СФ, СТФ, СФНС и т. д. Надо отметить, что были попытки продаж высококачественного материала фирмы PANASONIC немецкими компаниями, работающими в России. Однако стоимость высококачественного материала, отвечающего жестким военным стандартам, была выше дешевого стеклотекстолита, поэтому он не получил широкого распространения. Впоследствии и сами иностранцы не стали поставлять его в РФ, потому что фольгированный стеклотекстолит и препреги входят в список стратегических продуктов (теперь на эти продукты распространяются санкции, введенные Евросоюзом).

Итак, в результате деятельности бизнеса и сложившейся ситуации в РФ получил распространение дешевый материал DE-104, хотя его назначение и электротехнические характеристики не отвечали жестким требованиям эксплуатации изделиям специального назначения.

Основной тест «СAF» — устойчивость к миграции меди — производителем материала на нем даже не нормируется, а учитывая, что это основной параметр, дающий прогноз о надежности готовой печатной платы, понятно, что эмбарго на такой материал не распространяется. Для понимания, рассмотрим, как проводится тест:

  • Из испытуемого материала с препрегом прессуется заготовка.
  • Сверлятся сквозные отверстия с минимальным расстоянием друг от друга. Чем меньше расстояние между отверстиями, тем жестче тест.
  • Проводится «стандартная» химическая металлизация отверстий с гальваническим усилением медью.
  • К соседним металлизированным отверстиям припаиваются проводники, подается напряжение 100 В и измеряется сопротивление под воздействием температуры 85 ºС и повышенной влажности 85 % не менее 1000 часов.

В процессе сверления в области вокруг отверстий стекловолокно и связующее могут нарушать свою однородную структуру. В пустоты, трещины композитного материала за счет капиллярного эффекта проникают химические растворы и после нанесения гальванической меди остаются запечатанными в диэлектрике.

Впоследствии эти химические вещества и вода и являются причиной образования зон проводимости и участков разрушения токопроводящих покрытий и диэлектрика под воздействием внешних факторов.

Одним словом, этот тест — ускоренные типовые испытания прототипа МПП из поставляемого материала — один из основных тестов для входного контроля базового материала и препрега для продукции ответственного назначения. Учитывая, что этот тест на миграцию меди на DE-104 не проводится, можно как минимум предположить, что он его не выдержит. Если сюда еще добавить высокое влагопоглощение этого фольгированного стеклотекстолита, порядка 0,25 % от массы, а для печатной платы весом 100 грамм — это будет до 300 см. куб. водяного пара при термоударе, то становится совсем грустно.

Однако благодаря грамотной политике продвижения материал DE 104 получил разрешение на применение в качестве материала-заменителя в интересах министерства обороны и стал широко применяться при изготовлении аппаратуры. И многие были счастливы, поскольку на рынке никакой другой материал разрешение на применение не получил, а многих кроме разрешения ничего и не интересовало.

Но прошло время, посыпались отказы изделий из сборочных цехов, от предприятий заказчиков, из эксплуатации. При этом различные предприятия использовали разные методы изготовления, различные технологические растворы металлизации рисунка схемы МПП, разное оборудование, материал только один и тот же во всех случаях — DE-104.

В чем возможные причины такой ситуации?

  1. Материал не соответствует условиям эксплуатации изделий согласно позиционированию фирмы изготовителя.
  2. Увеличение плотности в межсоединениях новых конструкций МПП требует применения материала с соответствующими электротехническими характеристиками, которые отсутствуют у материала DE 104. Более высокие значения объемного и поверхностного сопротивления. Более низкое влагопоглощение.
  3. Снижение качества продукта из-за невостребованности продукта в Европе. Периодическое производство для рынка РФ.
  4. Факторы, усугубляющие ситуацию и уменьшающие мобилизационную устойчивость:

    • локализация производства материала, применяемого в военных целях РФ, в одной иностранной компании;
    • компания-производитель материала принадлежит США с середины 2000-х годов;
    • знание производителем материала конечных потребителей в РФ (это оборонные предприятия) благодаря участию в семинарах, визитам на предприятия РФ по вопросам поставок и использования продукта.

Другими словами, можно кратко описать ситуацию так:

  • Потенциальный противник знает, какой базовый материал применяется в РФ для военных целей.
  • Потенциальный противник этот базовый материал для нас изготавливает.
  • Поставляемый и применяемый базовый материал даже при соответствии требованиям стандарта, по которому его выпускают, не соответствует по применяемости жестким условиям эксплуатации техники специального назначения.
  • Несмотря на все несоответствия DE-104 применяется по сей день при изготовлении техники специального назначения на основании ранее выданных разрешений.

КТО ВИНОВАТ?

  1. Те, кто продвигал использование материала в технике специального назначения, не учитывая назначение материала.
  2. Те, кто выдавал разрешение на применение на основе проведения испытаний образцов, не учитывая назначение материала.
  3. Те, кто закладывал в конструкцию изделия материал, зная или не зная, что материал не предназначен для применения в технике специального назначения.
  4. Потенциальный противник. Грамотная, вежливая позиция.

ЧТО ДЕЛАТЬ

  • Для исключения повторения ситуации, а также невозможности негативного воздействия на изготавливаемый материал, предполагаемый к отгрузке в РФ, не допускать утечки информации о применяемости данного материала в технике специального назначения. Информация должна быть закрыта.
  • Не допускать монополии одной/двух марок импортного материала в технике специального назначения.
  • Применять при конструировании и изготовлении техники специального назначения базовые фольгированные материалы, препреги, предназначенные для этих применений и заведомо превосходящие по электротехническим параметрам предъявляемые требования. Применять базовые фольгированные стеклотекстолиты с характеристиками не хуже «рекомендуемых параметров».

Рекомендуемые параметры стеклотекстолита приведены в Таблице 1, в сравнении с «разрешённым DE 104».

Таблица 1 Рекомендуемые параметры стеклотекстолита

Isola

Предлагаемая замена

Характеристики

Метод

Единицы изм.

Рекомендуемые параметры

DE-104

Тайвань

Температура стеклования Tg

TMA

°С

140-150

Лучше, больше

DSC135

DSC140

DMA

180-220

Лучше, больше

н/д

н/д

Коэффициент термического расширения СТЕ

X

(30-120°C)

ppm/°C

15-19

Лучше, меньше

16

н/д

Y

17-21

Лучше, меньше

13

Z

(<Tg)

40-55

Лучше, меньше.

Очень критично

70

50

(>Tg)

170-250

Лучше меньше.

Очень критично

250

250

Стойкость к припою (260°С)

A

сек.

>300

Лучше, больше

>300

>300

Стойкость к припою (288°С)

>180

Лучше, больше

>120

T-260 (без меди)

TMA

мин.

>60

Лучше, больше

T-260 (с медью)

>60

Лучше, больше

20

T-288 (без меди)

>60

Лучше, больше

2

Температура декомпозиции (5 % от массы)

TGA

°С

340-350

Лучше, больше

315

310

Усилие на отрыв меди

18 мкм

A

кН/м

1,2-1,4

Лучше, больше. Критично для сборки и ремонта

н/д

н/д

35 мкм

1,3-1,5

Лучше, больше. Критично для сборки и ремонта

Модуль упругости (продольное)

A

Gpa

23-26

150°C

16-19

Диэлектрическая константа

1 МГц

C-96/20/65

4,8-5,0

4,46

н/д

1 ГГц

4,3-4,5

4,3

4,2

Тангенс угла диэлектрических потерь

1 МГц

C-96/20/65

0,0060-0,0070

0,02

1 ГГц

0,0090-0,011

Лучше, меньше.

Характеризует степень однородности материала, повторяемость электротехнических характеристик

0,022

0,015

Объемное электрическое сопротивление

C-96/35/90

Ὠ*см

1xE15-1xE16

Лучше, больше.

Очень критично

1,3xE12-3,4xE13

5xE12-5xE14

Поверхностное сопротивление

1xE14-1xE15

Лучше больше

1,0xE12-7,2xE12

5xE12-5xE13

Сопротивление изоляции

C-96/20/65+D-2/100

1xE14-1xE15

Лучше, больше.

Очень критично

Водопоглощение

E-24/50+D-24/23

%

0,02-0,04

Лучше, меньше.

Очень критично

0,3

0,25

Горючесть(UL-94)

A

V-0

V-0

V-0

Устойчивость к электромиграции меди(CAF)

85°C/85%RH, 100V

часы

>1000

Больше лучше.

Главный параметр надежности, долговечности диэлектрика

Н/Д **

Н/Д**

** Без измерения параметра к применению в спецтехнике применять не рекомендуем

Как видно из таблицы материал, предлагаемый для замены материала DE-104, имеет почти такие же характеристики. Также высоко значение влагопоглощения (0,25 %), не высоки значения удельного объемного и поверхностного сопротивления, высоко значение тангенса угла диэлектрических потерь, что может свидетельствовать о недостаточной полимеризации смолы в диэлектрике, ну и самое главное — отсутствие теста CAF. По электротехническим параметрам практически ничего не меняется.

Далее приведена выдержка из фантазийной статьи, опубликованной в середине 2000-х годов. Последняя публикация после всплеска массовых отказов МПП была в журнале «Печатные платы и покрытия» № 3, 2012 год.

90-е. Территория потенциального союзника. Организация, работающая на правительство. Совещание.

— Итак, Билл! Достигнутые результаты за последнее десятилетие поражают. В области электроники Россия осталась практически без современной электронной базы, начиная от материаловедения и заканчивая тестированием готовых электронных компонентов. Однако русские проснулись и понимают, что не смогут преумножить или, по крайней мере, сохранить нажитый капитал без поддержки военных на мировом плацдарме. Россия ищет пути быстрого восстановления обороноспособности и пытается вернуть потерянные позиции на рынке вооружений, я уже не говорю о восстановлении имиджа государства, которое в состоянии защитить своих граждан и их капиталы в кризисных ситуациях.

Наша концепция национальной безопасности предусматривает действия, направленные на отсутствие в обозримом будущем каких-либо серьёзных препятствий для осуществления наших национальных интересов в любых регионах мирового пространства.

В условиях неразберихи при восстановлении радиоэлектронной промышленности в России наибольшее значение имеют усилия на начальном этапе в виде методологической помощи, информационной поддержки с целью выработки неправильной концепции развития. Билл, вы слушаете? Денег не надо, русские сами сделают за нас работу, развивая свой бизнес в конкурентной борьбе, в условиях отсутствия технической и экономической экспертизы проектов.

Настало время взяться за печатный монтаж!

— Почему шеф?

— Знайте, Билл, что стоимость кристалла составляет примерно 10 % от стоимости его корпусирования. Все чаще в качестве основы корпуса используются не «рамки», а многослойные печатные платы. Новая элементная база с объемными выводами требует другого подхода в проектировании и изготовлении МПП и конструировании электронных ячеек. Бóльшее значение приобретают свойства базовых материалов МПП, включая радиотехнические параметры и температурные коэффициенты деформации. Качество и характеристики конструкционных материалов приобретают исключительное значение!!!

Предлагаю следующие перспективные мероприятия по помощи России:

  1. Стимулировать создание эксклюзивных поставок базовых конструкционных материалов для производства печатных плат изделий специального назначения. Особое внимание уделить материалам, работающим на высокой частоте и полиимидным основам, не имеющим аналогов в РФ. Главный критерий — один агент и отсутствие прямых поставок.
  2. Активное продвижение технологий, не подходящих для военного применения или требующих ресурсов, которые отсутствуют у потенциального противника.

— Шеф, а оборудование?

— Билл, оборудование не имеет такого значения, это лишь средство производства. Его можно заменить на худшее по параметрам, приобрести через третьи страны и т.д. Другое дело конструкционный материал, который прошёл все испытания и быстро заменить его просто невозможно. Вы же знаете, если материал введен в перечень допустимой замены, то все конструкторы будут закладывать его в изделия. А нам только этого и надо. В условиях локализации марки, например, стеклотекстолита, не представляет труда взять под контроль производственные мощности и качество поставляемого материала! Понимаете, Билл! Русские будут думать, что все хорошо, а на самом деле они подпишут приговор своим изделиям.

Генри Форд был не прав, сказав, что эксклюзивность — одна из форм недобросовестной конкуренции. Это эффективное средство контроля и распределения стратегических ресурсов!!!