eng
Рассказывает президент российского "Союза развития печатного монтажа", руководитель отделения ИТМ и ВТ РАН им. С.А.Лебедева доктор техн. наук Франц Петрович Галецкий.
Отделение конструктивно-технологических проблем высокопроизводительных вычислительных комплексов Института точной механики и вычислительной техники имени С.А.Лебедева (ИТМ и ВТ) с момента образования в 1959 году занималось разработкой технологий производства многослойных печатных плат. Это неудивительно, поскольку для создаваемых Институтом уникальных ЭВМ требовались и уникальные печатные платы (ПП). Достаточно сказать, что еще в 1972 году в производстве были освоены 6-слойные ПП размером 110 х 160 мм со сквозными металлизированными переходами, а в начале 80-х – 12 слойные ПП размером 500 х 400 мм с линиями связи с заданным волновым сопротивлением.
С 60-х годов в отделении плодотворно работает Франц Петрович Галецкий, возглавлявший лабораторию электронно-физических проблем технологии, а затем – и все отделение. Он является автором известной технологии ПАФОС*, позволившей в 80-х годах формировать 20-слойные платы размером 500 х 600 мм с шириной проводников и зазоров 100 мкм. Сегодня Франц Петрович – доктор технических наук, президент "Союза развития печатного монтажа", один из наиболее квалифицированных экспертов в области индустрии печатных плат. И несомненно, взгляды столь компетентного специалиста на проблемы общегосударственного развития производства и монтажа ПП, которыми он любезно поделился с нами, невероятно ценны.
Отделение конструктивно-технологических проблем высокопроизводительных вычислительных комплексов Института точной механики и вычислительной техники имени С.А.Лебедева (ИТМ и ВТ) с момента образования в 1959 году занималось разработкой технологий производства многослойных печатных плат. Это неудивительно, поскольку для создаваемых Институтом уникальных ЭВМ требовались и уникальные печатные платы (ПП). Достаточно сказать, что еще в 1972 году в производстве были освоены 6-слойные ПП размером 110 х 160 мм со сквозными металлизированными переходами, а в начале 80-х – 12 слойные ПП размером 500 х 400 мм с линиями связи с заданным волновым сопротивлением.
С 60-х годов в отделении плодотворно работает Франц Петрович Галецкий, возглавлявший лабораторию электронно-физических проблем технологии, а затем – и все отделение. Он является автором известной технологии ПАФОС*, позволившей в 80-х годах формировать 20-слойные платы размером 500 х 600 мм с шириной проводников и зазоров 100 мкм. Сегодня Франц Петрович – доктор технических наук, президент "Союза развития печатного монтажа", один из наиболее квалифицированных экспертов в области индустрии печатных плат. И несомненно, взгляды столь компетентного специалиста на проблемы общегосударственного развития производства и монтажа ПП, которыми он любезно поделился с нами, невероятно ценны.
Франц Петрович, что означает термин "печатный монтаж" в названии вашего Союза? О чем идет речь – о производстве ПП или о монтаже на них компонентов?
Печатный монтаж, по наследству от академика С.А.Лебедева, я понимаю как комплекс: изготовление ПП и монтаж компонентов на ПП. Именно в этом значении данный термин следует понимать в названии "Союза развития печатного монтажа". Монтаж ПП и изготовление ПП – это сиамские близнецы, поскольку и ПП без компонентов не нужны, и компоненты без ПП некуда монтировать. Поэтому и технологии этих двух процессов должны рассматриваться совместно.
Многие предприятия покупают ПП в одном месте, монтируют – в другом. Я не говорю, что монтировать ПП обязательно нужно там, где их производят. Но самый оптимальный вариант при производстве РЭА – проектирование и монтаж ПП непосредственно производителями аппаратуры. Тогда конструкция получается наиболее технологичной и надежной. Когда ПП проектируют отдельно – сегодня это происходит в 90–95% случаев – не учитывают условий монтажа. В результате при монтаже ПП возникает множество технологических и надежностных проблем.
За рубежом это давно поняли. Там есть даже термин – design for manufacturing – проектирование для производства, означающий участие в разработке РЭА не только конструкторов, но и технологов ПП и монтажа. Более того, там говорят о concurrent engineering – комплексном (параллельном) проектировании, когда над проектом совместно работают все заинтересованные лица: электронщики, конструкторы, технологи, специалисты по теплообмену, материалам, надежности, рынку и т.д. У нас тоже был похожий по смыслу термин – системное проектирование. Сейчас о нем забывают.
На первый взгляд, ситуация с производством ПП в России вполне удовлетворительная – множество компаний предлагают услуги по проектированию и изготовлению ПП любого качества, в любых объемах, в предельно сжатые и в нормальные сроки – только плати деньги. Немало предложений и в области услуг по монтажу элементов на ПП. Означает ли это, что в деле ПП в России, в отличие от других областей электроники, все благополучно?
Так утверждать нельзя. Действительно, в области печатного монтажа по сравнению с предыдущими годами наблюдается заметное развитие. Но ведь производство ПП – очень сложное. Чтобы изготовить ПП, требуется порядка 100 технологических операций, более 500 установок (машин), около 40 типов химикатов. Нужны сложные очистные сооружения.
Монтаж ПП технологически существенно проще. Для него требуется лишь электричество, сжатый воздух и вентиляция. Объем оборудования исчисляется десятком единиц – в зависимости от размеров производства. Организовать монтажное производство технически легче, по деньгам – дешевле.
Осознавая все проблемы с производством ПП, многие стремятся не создавать/восстанавливать собственное производство ПП, а заказывать их, покупать. В СССР было около 1000 производителей ПП (завод, цех, участок), сейчас их – не более 200. В США в последние годы число производителей ПП тоже сокращается, зато оставшиеся укрупняются. У нас же укрупнения не видно. Относительно крупные партии, особенно – сложных многослойных ПП, в России изготовить негде. Поэтому ПП заказывают зарубежным производителям. Но при этом возможны проблемы с интеллектуальной собственностью. Кроме того, процесс создания аппаратуры – итерационный. Делается опытный образец платы, она монтируется, проверяется функционирование, в плату вносятся изменения и т.д. При заказе за рубежом каждая итерация занимает много времени. Существуют аспекты безопасности, экономической независимости и т.д. Масса причин указывает на то, что ПП надо делать в своей стране. А лучше – на своем предприятии. Сегодня многие начинают восстанавливать или создавать заново производства ПП. Ряд ведомств с мудрыми руководителями выделяют на это серьезные деньги, что очень правильно.
Но еще лучше было бы построить в России серийный завод ПП, куда можно было бы обратиться с заказом сначала опытного образца, а затем и серии. В СССР был один такой завод – в Минске, самый большой в Европе завод ПП. Почти создали завод ПП и в Пензе в структуре МРП. Если бы его успели построить, он и сегодня был бы на хорошем мировом уровне, поскольку заложенные в нем решения опережали время на 3–5 лет.
В России есть несколько небольших фирм с собственными производствами ПП. Но они не способны справиться с большими объемами. С другой стороны, они и не могут развивать большое производство – у них нет соответствующих заказов. Такие задачи должен решать серийный завод ПП с производительностью 800 тыс. – 1 млн. ПП в год. Это покрыло бы потребность всей страны. Такой завод можно создать, и сделать это должно государство с привлечением сторонних инвесторов, поскольку цена подобного завода – порядка 300 млн. долл.
Есть ли сегодня заказы, чтобы загрузить такой завод?
Наверное, нет. Но наблюдается тенденция роста. Ведь еще 7–10 лет назад предприятия приносили нам конструкторскую документацию (КД) на "синьках" – сегодня о них забыли. Появляются новые разработки, на новой элементной базе. Да, сейчас мы переживаем этап опытных образцов, малых партий (сотни штук). Но со временем ПП начнут производить десятками тысяч.
За рубежом, несмотря на уменьшение размеров ПП и рост плотности элементов, объемы выпуска ПП постоянно возрастают. Два-три года назад был преодолен рубеж, когда многослойных ПП стали выпускать больше, чем двусторонних. Это говорит о росте сложности РЭА и элементов. Те же процессы начали происходить и у нас.
Что препятствует развитию собственной индустрии ПП в России?
Проблем тут несколько. Ведь у нас еще нет современной культуры проектирования ПП. Что сейчас практикуется: где-то раздобыли – именно раздобыли – программу трассировки, схемотехник выдает схему, молодые ребята, слабо разбирающиеся в технологии и конструкции изделия, разводят ПП и сразу отдают документацию в производство. Но ведь это – лишь полпути. Кроме трассировки всех связей, их надо отредактировать. Во всех современных САПР ПП есть мощные редакторы, обрабатывающие исходную трассировку в соответствии с определенными критериями – контроль размеров проводников и зазоров, взаимное влияние проводников и т.д. Большинство же наших проектировщиков – но не все – этого не делают.
Однако получить конструкторскую документацию на ПП мало. Следующий важный этап – адаптация проекта ПП к условиям конкретного производства, т.е. перевод КД в исполнительную технологическую документацию. Поскольку оборудование на каждом предприятии – свое, то и технологическая документация – программы сверления, фрезерования, контроля (электрического) и т.д. – для каждого предприятия уникальна.
В России адаптацию выполняют на достаточно низком уровне. В то же время во всем мире существуют специальные программные средства автоматизированного управления производством (CAM -computer-aided manufacturing). Фактически они и реализуют функцию адаптации КД. Некоторые отечественные предприятия уже начали приобретать эти продукты. Но в целом все эти проблемы – следствие более глобальных проблем стандартов и кадров.
Отсутствие стандартов – одна из самых больших бед российской индустрии печатного монтажа. Хорошо известно, что унификация нормативно-технической документации (НТД) – один из важных факторов повышения производительности и качества. В России же во всем спектре печатного монтажа эта проблема не решена. Причина – отсталость наших ГОСТов. Еще в советское время они были слабые, тогда невозможно было поставить ГОСТы на мировой уровень. А сегодня они вдобавок и устарели, поскольку утверждали их в 1979, 1986 годах и т.п. По ним уже нельзя проектировать нормальные ПП. Хуже того – началось неправильное толкование этих ГОСТов. В 1985–1986 годах мы (отделение ПП ИТМ и ВТ) сформулировали совместно с "Авангардом" (Санкт-Петербург) требования к пяти классам точности. Тогда это было прогрессивно. Но, во-первых, прошло время, а во-вторых, непонятно почему из ГОСТа буквально вымарали ряд требований, в том числе – многие параметры, которые должны были определять класс точности (допуски, диаметр отверстий, ширина проводников и т.д.). В результате ссылка на класс точности при заказе ПП никому почти ни о чем не говорит. Многие хотят ПП пятого класса, но что это такое – не могут объяснить (кроме гарантийного пояска).
Сейчас при "Авангарде" действует комиссия, в которую вхожу и я, которая пытается разработать современные нормативные документы. Но создать новые стандарты – это гигантский труд. Ни денег, ни, что самое главное, специалистов, для этого нет. Опыта нет. Поэтому мы предлагаем адаптировать стандарты международного института IPC* и сделать их отечественными. Ведь в разработку стандартов IPC за 20 лет вложены колоссальные средства, в их создании участвовали специалисты всего мира. Эти стандарты многократно тестировались, проверялись многочисленными комиссиями. В них четко прописаны все требования, методики испытаний и т.д. Наше отделение в ИТМ и ВТ восемь лет назад уже внедрило эти стандарты как внутренние. И сейчас мы выпускаем ПП, соответствующие 2–3 классу стандарта IPC. Это – очень высокий уровень. Поэтому даже если бы вдруг выделили много денег, все равно создать собственные стандарты в короткие сроки было бы невозможно. А позаимствовать – на законных условиях – вполне допустимо, именно так поступили такие страны, как США и Германия.
Следующая проблема – кадры. Ведь все делают люди. Можно иметь самое лучшее оборудование и материалы, но если нет специалистов, результата не будет. Проблема же квалифицированных кадров в России весьма актуальна. Особенно специалистов нижнего уровня – операторов, линейных технологов, руководителей участков и т.д.
К сожалению, практически всем специалистам высшего уровня уже за 60 лет. Специалисты среднего уровня лишь на 10 лет моложе. Но и их очень мало. Операторов же, технологов практически нет. Причина та же, что и в других отраслях, – на производстве сегодня мало платят, люди увольняются. У нас в отделении осталась треть тех специалистов, что были, – при том, что мы не останавливали производство ПП ни на один день. На ряде других предприятий производство ПП просто остановили и ликвидировали. Специалисты, разумеется, ушли.
Еще хуже ситуация с теми, кто непосредственно производит ПП, – с операторами. Их катастрофически не хватает. Такие кадры – гальваников, химиков-фотолитографов, прессовщиков, сверловщиков и т.д. – практически перестали готовить. Никакого института, техникума, колледжа по этой специальности нет. Мы принимаем на работу ребят без специального образования и пытаемся научить сами – было бы желание работать. Но даже если и появляются хорошие ребята – мы же не можем им платить достойную зарплату. Конкурентоспособность производств ПП в этом плане крайне низка. Поэтому молодежь быстро уходит в иные сферы – например, в магазин продавцом-консультантом компьютерной техники.
С чем связаны низкие зарплаты – с недостаточным объемом заказов?
Работы у нас хватает – мы выполняем заказы порядка 80 предприятий. Но производство ПП само по себе малорентабельно. И наш, и зарубежный опыт показывают, что рентабельность собственно производства ПП – 5–10%. Монтаж уже более прибылен – до 20%. При выпуске же аппаратуры рентабельность предприятия вырастает до 50–100%. Когда мы делали ПП только для суперЭВМ, выпускавшихся ИТМ и ВТ, проблем с финансами не было. Сегодня же институт суперЭВМ не выпускает, мы работаем со сторонними заказчиками и испытываем финансовые трудности.
Причина низкой рентабельности очевидна: себестоимость ПП – вне зависимости от их сложности – крайне высока, поскольку их производство, как мы уже говорили, очень сложное. В этом многие не отдают себе отчета. Из-за того, что операций свыше 100, тяжело добиться высокого выхода годных, процесс производства – длительный. Результат сильно зависит от качества сырья и химикатов. Практически все материалы – импортные и недешевые.
Тут проявляется еще одна серьезная проблема – привлечение в Россию зарубежных фирм и инвесторов. Интересный факт – в Китае индустрия ПП развивается невиданно быстро, быстрее всех в мире. Одна из причин такого роста – зарубежные фирмы, организующие в Китае свое производство РЭА (например, сотовые телефоны), должны ПП производить также в Китае. В результате выгодно всем – и фирмам, и Китаю, за чужой счет развивающему свою отрасль ПП.
В России были попытки организовать при участии зарубежных компаний производства сверл, фоторезиста, фольгированного диэлектрика и т.п. Даже выбирали площадку для производства фольгированного диэлектрика в Саранске. Но в силу известных причин – главным образом своеобразного капитализма, отсутствия законов, стабильности – все зарубежные партнеры отказались от участия в этих проектах. Экономическая обстановка отпугнула всех инвесторов, которые хотели развивать в России индустрию ПП. Теперь их практически нет. Лишь в отдельных случаях, на базе разработок отечественных предприятий, зарубежные инвесторы помогают организовывать производство.
В Китае же, например, компания Burkle строит завод по производству прессов для ПП, фирма Isola – завод для выпуска фольгированного диэлектрика. Перечень можно продолжить. Инвестиции идут куда угодно, но не в Россию. Самим же нам производство, например, фольгированного диэлектрика, не поднять. Эта задача не была решена и в СССР. Производство только фольги организовывали очень долго. Наконец, завод по производству электролитической фольги запустили, но тут же настала перестройка, и теперь половину предприятия сдают в аренду. Почти все производство стоит без дела.
В результате практически все наше производство ПП базируется на импорте – оборудование, материалы, инструменты. Те же сверла – сегодня лучше купить в Германии, чем в бывшем СССР. А стеклотекстолит – в Австрии, а не в Молдове. Единственная надежда сегодня – может быть, найдутся организации, осознавшие необходимость отечественной индустрии ПП и монтажа, которые сумеют найти финансирование и грамотно все организовать.
Скажите, разработанная вами технология ПАФОС по-прежнему используется? Применяют ли ее другие фирмы?
Технология ПАФОС (полностью аддитивное формирование отдельных слоев) еще в 80-х позволяла производить для МВК "Эльбрус" 20–50-слойные ПП с шириной проводников 100 мкм. Потом вместе с прекращением производства необходимость в таких сложных платах в России отпала. Сегодня мы вновь используем эту технологию. Минимальные размеры проводников (и зазоров) при ПАФОСе зависят только от разрешения фоторезиста, которое сейчас весьма высоко. ПАФОС позволяет производить ПП с шириной проводников 75–40 мкм против 100 мкм при традиционной технологии. Необходимость в таких платах возникает, например, при использовании ИС с корпусами типа BGA с шагом выводов 1,0–0,6 мм. Соответственно, потребовались проводники шириной порядка 50 мкм – можно размещать три таких проводника на шаг переходов. ПАФОС это позволяет. Мы делаем комбинированные многослойные ПП: несколько наружных слоев (например, по четыре сверху и снизу) – ПАФОСом, внутренние слои (например, шесть) – по традиционной технологии. Диэлектрик при этом может быть любым – стеклотекстолит, полиимид, новые жидкокристаллические диэлектрики... Используют ли технологию ПАФОС другие компании, мне неизвестно.
Во всех областях электроники в последние десятилетия наблюдается стремительный прогресс. Затрагивает ли он печатный монтаж и как это сказывается на отечественной индустрии ПП?
Прогресс в области ПП, безусловно, происходит – иначе и не может быть, поскольку совершенствуются комплектующие, появляются новые типы корпусов со все большей плотностью выводов, растут рабочие частоты и т.д. На каждой выставке PRODUCTRONICA, которая проводится раз в два года в Германии, обязательно заметен шаг – большой или маленький – в каждом из направлений печатного монтажа: в материалах, в технологическом и контрольном оборудовании т.п. Разумеется, специалисты должны быть в курсе всего нового и стремиться совершенствовать свое производство. Но тут опять-таки возникает проблема – мы не умеем покупать и очень падки на рекламу.
На выставках хорошо видно, что рядом со стендами с оборудованием, обещающем в рекламных проспектах технологический прорыв, очень много именно российских представителей. Их зарубежные коллеги, ознакомившись с подобными стендами, проходят дальше. Потому что знают – сегодня среди многообещающих технологий немало авантюрных, не проверенных.
Изменять технологию вообще не всегда оправданно. Характерный пример – так называемая прямая металлизация. По названию складывается впечатление, что эта новая технология позволяет непосредственно металлизировать стенки отверстий в ПП. Но в действительности речь идет лишь о создании тонкого токопроводящего слоя (графита, палладия и т.п.) вместо химического осаждения меди в традиционной технологии. А гальваническое осаждение меди все равно необходимо. Теперь представьте – производство хорошо работает по традиционной технологии, и тут начинают внедрять прямую металлизацию. Но ведь установка прямой металлизации – дорогая. Материалы для этого процесса – также специальные и потому дорогие, в России их не производят. Требуется и подготовка специалистов для этой технологии. А в результате в выпускаемых ПП качественного изменения не происходит. Да, у технологии прямой металлизации есть свои преимущества – прежде всего эпитаксиальный рост медного торца. Но эти преимущества не столь велики, чтобы компенсировать проблемы и затраты, связанные с заменой химического осаждения меди технологией прямой металлизации в рамках уже действующего производства. Вот когда создается новое производство, целесообразно сразу закупать оборудование для прямой металлизации.
Другой пример – сегодня много говорят про так называемый printprocess, или бесштыревой процесс. Его суть – если при традиционной сборке многослойных ПП слои при прессовании собирают посредством базовых отверстий на штырях, то новая технология подразумевает отказ от штырей. Вместо них применяют склепку или склейку слоев. Откуда появилась эта технология? Фирма Cedal разработала пресс, в котором нагревается непосредственно фольга за счет пропускания по ней большого тока. Но места для пресс-формы и, соответственно, штырей уже не остается. Тогда фирма стала предлагать соединять слои в МПП склепками или склейками, т.е. действительно без штырей. Совмещаются же слои все равно при помощи штырей и базовых отверстий. Но при этом появляется абсолютно лишняя операция склепки/склейки. Для нее требуется дополнительная – не дешевая – установка. Кроме того, при нагреве слои начинают смещаться, возникают проблемы.
Многие клюют на рекламу новой технологии. Скажем, существуют лазерные технологии – например, прямое экспонирование фоторезиста лазерным лучом. Впервые я видел такое оборудование в 1990 году. И до сих пор все в этой области – на уровне ОКР. Два года назад подобных установок вдруг стало очень много – казалось, произошел прорыв. Однако сейчас от всего этого осталась треть – т.е. опять прорыва не произошло, все разобрались, что в производство такую технологию внедрять еще нельзя.
Другое применение лазеров – прожигание отверстий. Традиционно их сверлят сверлами. При этом в многослойных ПП при сверлении глухих (не сквозных) отверстий возникают проблемы, поскольку у сверла коническое основание и им не всегда возможно просверлить отверстие фиксированного диаметра на строго заданную глубину. Еще в 1982 году мы в ИТМ и ВТ пытались решить данную проблему путем прожигания отверстий лазером. Но данная технология так и не стала серийной – в ней масса проблем. А в этом году сразу несколько фирм предложили конические сверла с плоским основанием (если обычное сверло – это цилиндр, заканчивающийся конусом, то теперь сверло имеет на конце коническую часть с плоским основанием), позволяющие очень точно выдерживать глубину отверстий. В результате задачу, которую лазер так и не решил, разрешило усовершенствованное традиционное механическое оборудование.
Мораль всего вышесказанного – нужно очень осторожно относиться к новым веяниям. Мы не настолько богаты, чтобы помогать зарубежным фирмам отрабатывать новые технологии. Лучше дождаться результата и лишь тогда внедрять их у себя. Да, новое оборудование покупать надо, но именно то, которое нужно и очень грамотно. Иногда ведь и без рекламы ошибаются. Скажем, приобретают установку измерения с точностью 2 мкм. А на практике выясняется, что ее точность – 25 мкм. Почему? Невнимательно читали описание технических характеристик. Действительно, точность позиционирования измерительной линейки – 2 мкм. Но ведь есть еще и другие узлы, со своими погрешностями – а про них забыли.
Другой аспект проблемы – наша тяга к дешевизне. А.С.Пушкин со своим "Не гонялся бы ты, поп, за дешевизной" так и не научил нас покупать не что дешевле, а именно то, что нужно для производства. Конечно, по как можно меньшей цене.
Но если у нас недостаточно специалистов, как же быть тем, кто хочет развивать производство ПП? Откуда они могут черпать информацию, куда им обратиться за консультациями?
Отчасти этим занимался наш "Союз развития печатного монтажа". Но в целом России необходим Институт печатного монтажа – государственная организация, ответственная за это дело. Сейчас несколько организаций – "Авангард" в Санкт-Петербурге, МИТИ в Москве – официально отвечают за развитие технологий печатного монтажа. Но ведь у того же "Авангарда" много других задач. Поэтому столь актуально создание Института печатного монтажа, занимающегося проблемами изготовления ПП и монтажа ПП – обязательно и тем, и другим. Он мог бы решать вопросы анализа оборудования, создания и адаптации НТД и ГОСТов, испытания материалов. Ведь мы у себя в отделении прежде чем применять, испытывали практически все материалы, чтобы выявить их технологические характеристики – как правило, нигде не описываемые. Институт нужен, чтобы все эти проблемы решать централизованно, с привлечением всех российских специалистов. Тем более, что подобные организации есть практически во всех развитых странах.
Будем надеятся, что когда-нибудь Институт печатного монажа появится и в России.
С Ф.П.Галецким беседовал И.В.Шахнович
Печатный монтаж, по наследству от академика С.А.Лебедева, я понимаю как комплекс: изготовление ПП и монтаж компонентов на ПП. Именно в этом значении данный термин следует понимать в названии "Союза развития печатного монтажа". Монтаж ПП и изготовление ПП – это сиамские близнецы, поскольку и ПП без компонентов не нужны, и компоненты без ПП некуда монтировать. Поэтому и технологии этих двух процессов должны рассматриваться совместно.
Многие предприятия покупают ПП в одном месте, монтируют – в другом. Я не говорю, что монтировать ПП обязательно нужно там, где их производят. Но самый оптимальный вариант при производстве РЭА – проектирование и монтаж ПП непосредственно производителями аппаратуры. Тогда конструкция получается наиболее технологичной и надежной. Когда ПП проектируют отдельно – сегодня это происходит в 90–95% случаев – не учитывают условий монтажа. В результате при монтаже ПП возникает множество технологических и надежностных проблем.
За рубежом это давно поняли. Там есть даже термин – design for manufacturing – проектирование для производства, означающий участие в разработке РЭА не только конструкторов, но и технологов ПП и монтажа. Более того, там говорят о concurrent engineering – комплексном (параллельном) проектировании, когда над проектом совместно работают все заинтересованные лица: электронщики, конструкторы, технологи, специалисты по теплообмену, материалам, надежности, рынку и т.д. У нас тоже был похожий по смыслу термин – системное проектирование. Сейчас о нем забывают.
На первый взгляд, ситуация с производством ПП в России вполне удовлетворительная – множество компаний предлагают услуги по проектированию и изготовлению ПП любого качества, в любых объемах, в предельно сжатые и в нормальные сроки – только плати деньги. Немало предложений и в области услуг по монтажу элементов на ПП. Означает ли это, что в деле ПП в России, в отличие от других областей электроники, все благополучно?
Так утверждать нельзя. Действительно, в области печатного монтажа по сравнению с предыдущими годами наблюдается заметное развитие. Но ведь производство ПП – очень сложное. Чтобы изготовить ПП, требуется порядка 100 технологических операций, более 500 установок (машин), около 40 типов химикатов. Нужны сложные очистные сооружения.
Монтаж ПП технологически существенно проще. Для него требуется лишь электричество, сжатый воздух и вентиляция. Объем оборудования исчисляется десятком единиц – в зависимости от размеров производства. Организовать монтажное производство технически легче, по деньгам – дешевле.
Осознавая все проблемы с производством ПП, многие стремятся не создавать/восстанавливать собственное производство ПП, а заказывать их, покупать. В СССР было около 1000 производителей ПП (завод, цех, участок), сейчас их – не более 200. В США в последние годы число производителей ПП тоже сокращается, зато оставшиеся укрупняются. У нас же укрупнения не видно. Относительно крупные партии, особенно – сложных многослойных ПП, в России изготовить негде. Поэтому ПП заказывают зарубежным производителям. Но при этом возможны проблемы с интеллектуальной собственностью. Кроме того, процесс создания аппаратуры – итерационный. Делается опытный образец платы, она монтируется, проверяется функционирование, в плату вносятся изменения и т.д. При заказе за рубежом каждая итерация занимает много времени. Существуют аспекты безопасности, экономической независимости и т.д. Масса причин указывает на то, что ПП надо делать в своей стране. А лучше – на своем предприятии. Сегодня многие начинают восстанавливать или создавать заново производства ПП. Ряд ведомств с мудрыми руководителями выделяют на это серьезные деньги, что очень правильно.
Но еще лучше было бы построить в России серийный завод ПП, куда можно было бы обратиться с заказом сначала опытного образца, а затем и серии. В СССР был один такой завод – в Минске, самый большой в Европе завод ПП. Почти создали завод ПП и в Пензе в структуре МРП. Если бы его успели построить, он и сегодня был бы на хорошем мировом уровне, поскольку заложенные в нем решения опережали время на 3–5 лет.
В России есть несколько небольших фирм с собственными производствами ПП. Но они не способны справиться с большими объемами. С другой стороны, они и не могут развивать большое производство – у них нет соответствующих заказов. Такие задачи должен решать серийный завод ПП с производительностью 800 тыс. – 1 млн. ПП в год. Это покрыло бы потребность всей страны. Такой завод можно создать, и сделать это должно государство с привлечением сторонних инвесторов, поскольку цена подобного завода – порядка 300 млн. долл.
Есть ли сегодня заказы, чтобы загрузить такой завод?
Наверное, нет. Но наблюдается тенденция роста. Ведь еще 7–10 лет назад предприятия приносили нам конструкторскую документацию (КД) на "синьках" – сегодня о них забыли. Появляются новые разработки, на новой элементной базе. Да, сейчас мы переживаем этап опытных образцов, малых партий (сотни штук). Но со временем ПП начнут производить десятками тысяч.
За рубежом, несмотря на уменьшение размеров ПП и рост плотности элементов, объемы выпуска ПП постоянно возрастают. Два-три года назад был преодолен рубеж, когда многослойных ПП стали выпускать больше, чем двусторонних. Это говорит о росте сложности РЭА и элементов. Те же процессы начали происходить и у нас.
Что препятствует развитию собственной индустрии ПП в России?
Проблем тут несколько. Ведь у нас еще нет современной культуры проектирования ПП. Что сейчас практикуется: где-то раздобыли – именно раздобыли – программу трассировки, схемотехник выдает схему, молодые ребята, слабо разбирающиеся в технологии и конструкции изделия, разводят ПП и сразу отдают документацию в производство. Но ведь это – лишь полпути. Кроме трассировки всех связей, их надо отредактировать. Во всех современных САПР ПП есть мощные редакторы, обрабатывающие исходную трассировку в соответствии с определенными критериями – контроль размеров проводников и зазоров, взаимное влияние проводников и т.д. Большинство же наших проектировщиков – но не все – этого не делают.
Однако получить конструкторскую документацию на ПП мало. Следующий важный этап – адаптация проекта ПП к условиям конкретного производства, т.е. перевод КД в исполнительную технологическую документацию. Поскольку оборудование на каждом предприятии – свое, то и технологическая документация – программы сверления, фрезерования, контроля (электрического) и т.д. – для каждого предприятия уникальна.
В России адаптацию выполняют на достаточно низком уровне. В то же время во всем мире существуют специальные программные средства автоматизированного управления производством (CAM -computer-aided manufacturing). Фактически они и реализуют функцию адаптации КД. Некоторые отечественные предприятия уже начали приобретать эти продукты. Но в целом все эти проблемы – следствие более глобальных проблем стандартов и кадров.
Отсутствие стандартов – одна из самых больших бед российской индустрии печатного монтажа. Хорошо известно, что унификация нормативно-технической документации (НТД) – один из важных факторов повышения производительности и качества. В России же во всем спектре печатного монтажа эта проблема не решена. Причина – отсталость наших ГОСТов. Еще в советское время они были слабые, тогда невозможно было поставить ГОСТы на мировой уровень. А сегодня они вдобавок и устарели, поскольку утверждали их в 1979, 1986 годах и т.п. По ним уже нельзя проектировать нормальные ПП. Хуже того – началось неправильное толкование этих ГОСТов. В 1985–1986 годах мы (отделение ПП ИТМ и ВТ) сформулировали совместно с "Авангардом" (Санкт-Петербург) требования к пяти классам точности. Тогда это было прогрессивно. Но, во-первых, прошло время, а во-вторых, непонятно почему из ГОСТа буквально вымарали ряд требований, в том числе – многие параметры, которые должны были определять класс точности (допуски, диаметр отверстий, ширина проводников и т.д.). В результате ссылка на класс точности при заказе ПП никому почти ни о чем не говорит. Многие хотят ПП пятого класса, но что это такое – не могут объяснить (кроме гарантийного пояска).
Сейчас при "Авангарде" действует комиссия, в которую вхожу и я, которая пытается разработать современные нормативные документы. Но создать новые стандарты – это гигантский труд. Ни денег, ни, что самое главное, специалистов, для этого нет. Опыта нет. Поэтому мы предлагаем адаптировать стандарты международного института IPC* и сделать их отечественными. Ведь в разработку стандартов IPC за 20 лет вложены колоссальные средства, в их создании участвовали специалисты всего мира. Эти стандарты многократно тестировались, проверялись многочисленными комиссиями. В них четко прописаны все требования, методики испытаний и т.д. Наше отделение в ИТМ и ВТ восемь лет назад уже внедрило эти стандарты как внутренние. И сейчас мы выпускаем ПП, соответствующие 2–3 классу стандарта IPC. Это – очень высокий уровень. Поэтому даже если бы вдруг выделили много денег, все равно создать собственные стандарты в короткие сроки было бы невозможно. А позаимствовать – на законных условиях – вполне допустимо, именно так поступили такие страны, как США и Германия.
Следующая проблема – кадры. Ведь все делают люди. Можно иметь самое лучшее оборудование и материалы, но если нет специалистов, результата не будет. Проблема же квалифицированных кадров в России весьма актуальна. Особенно специалистов нижнего уровня – операторов, линейных технологов, руководителей участков и т.д.
К сожалению, практически всем специалистам высшего уровня уже за 60 лет. Специалисты среднего уровня лишь на 10 лет моложе. Но и их очень мало. Операторов же, технологов практически нет. Причина та же, что и в других отраслях, – на производстве сегодня мало платят, люди увольняются. У нас в отделении осталась треть тех специалистов, что были, – при том, что мы не останавливали производство ПП ни на один день. На ряде других предприятий производство ПП просто остановили и ликвидировали. Специалисты, разумеется, ушли.
Еще хуже ситуация с теми, кто непосредственно производит ПП, – с операторами. Их катастрофически не хватает. Такие кадры – гальваников, химиков-фотолитографов, прессовщиков, сверловщиков и т.д. – практически перестали готовить. Никакого института, техникума, колледжа по этой специальности нет. Мы принимаем на работу ребят без специального образования и пытаемся научить сами – было бы желание работать. Но даже если и появляются хорошие ребята – мы же не можем им платить достойную зарплату. Конкурентоспособность производств ПП в этом плане крайне низка. Поэтому молодежь быстро уходит в иные сферы – например, в магазин продавцом-консультантом компьютерной техники.
С чем связаны низкие зарплаты – с недостаточным объемом заказов?
Работы у нас хватает – мы выполняем заказы порядка 80 предприятий. Но производство ПП само по себе малорентабельно. И наш, и зарубежный опыт показывают, что рентабельность собственно производства ПП – 5–10%. Монтаж уже более прибылен – до 20%. При выпуске же аппаратуры рентабельность предприятия вырастает до 50–100%. Когда мы делали ПП только для суперЭВМ, выпускавшихся ИТМ и ВТ, проблем с финансами не было. Сегодня же институт суперЭВМ не выпускает, мы работаем со сторонними заказчиками и испытываем финансовые трудности.
Причина низкой рентабельности очевидна: себестоимость ПП – вне зависимости от их сложности – крайне высока, поскольку их производство, как мы уже говорили, очень сложное. В этом многие не отдают себе отчета. Из-за того, что операций свыше 100, тяжело добиться высокого выхода годных, процесс производства – длительный. Результат сильно зависит от качества сырья и химикатов. Практически все материалы – импортные и недешевые.
Тут проявляется еще одна серьезная проблема – привлечение в Россию зарубежных фирм и инвесторов. Интересный факт – в Китае индустрия ПП развивается невиданно быстро, быстрее всех в мире. Одна из причин такого роста – зарубежные фирмы, организующие в Китае свое производство РЭА (например, сотовые телефоны), должны ПП производить также в Китае. В результате выгодно всем – и фирмам, и Китаю, за чужой счет развивающему свою отрасль ПП.
В России были попытки организовать при участии зарубежных компаний производства сверл, фоторезиста, фольгированного диэлектрика и т.п. Даже выбирали площадку для производства фольгированного диэлектрика в Саранске. Но в силу известных причин – главным образом своеобразного капитализма, отсутствия законов, стабильности – все зарубежные партнеры отказались от участия в этих проектах. Экономическая обстановка отпугнула всех инвесторов, которые хотели развивать в России индустрию ПП. Теперь их практически нет. Лишь в отдельных случаях, на базе разработок отечественных предприятий, зарубежные инвесторы помогают организовывать производство.
В Китае же, например, компания Burkle строит завод по производству прессов для ПП, фирма Isola – завод для выпуска фольгированного диэлектрика. Перечень можно продолжить. Инвестиции идут куда угодно, но не в Россию. Самим же нам производство, например, фольгированного диэлектрика, не поднять. Эта задача не была решена и в СССР. Производство только фольги организовывали очень долго. Наконец, завод по производству электролитической фольги запустили, но тут же настала перестройка, и теперь половину предприятия сдают в аренду. Почти все производство стоит без дела.
В результате практически все наше производство ПП базируется на импорте – оборудование, материалы, инструменты. Те же сверла – сегодня лучше купить в Германии, чем в бывшем СССР. А стеклотекстолит – в Австрии, а не в Молдове. Единственная надежда сегодня – может быть, найдутся организации, осознавшие необходимость отечественной индустрии ПП и монтажа, которые сумеют найти финансирование и грамотно все организовать.
Скажите, разработанная вами технология ПАФОС по-прежнему используется? Применяют ли ее другие фирмы?
Технология ПАФОС (полностью аддитивное формирование отдельных слоев) еще в 80-х позволяла производить для МВК "Эльбрус" 20–50-слойные ПП с шириной проводников 100 мкм. Потом вместе с прекращением производства необходимость в таких сложных платах в России отпала. Сегодня мы вновь используем эту технологию. Минимальные размеры проводников (и зазоров) при ПАФОСе зависят только от разрешения фоторезиста, которое сейчас весьма высоко. ПАФОС позволяет производить ПП с шириной проводников 75–40 мкм против 100 мкм при традиционной технологии. Необходимость в таких платах возникает, например, при использовании ИС с корпусами типа BGA с шагом выводов 1,0–0,6 мм. Соответственно, потребовались проводники шириной порядка 50 мкм – можно размещать три таких проводника на шаг переходов. ПАФОС это позволяет. Мы делаем комбинированные многослойные ПП: несколько наружных слоев (например, по четыре сверху и снизу) – ПАФОСом, внутренние слои (например, шесть) – по традиционной технологии. Диэлектрик при этом может быть любым – стеклотекстолит, полиимид, новые жидкокристаллические диэлектрики... Используют ли технологию ПАФОС другие компании, мне неизвестно.
Во всех областях электроники в последние десятилетия наблюдается стремительный прогресс. Затрагивает ли он печатный монтаж и как это сказывается на отечественной индустрии ПП?
Прогресс в области ПП, безусловно, происходит – иначе и не может быть, поскольку совершенствуются комплектующие, появляются новые типы корпусов со все большей плотностью выводов, растут рабочие частоты и т.д. На каждой выставке PRODUCTRONICA, которая проводится раз в два года в Германии, обязательно заметен шаг – большой или маленький – в каждом из направлений печатного монтажа: в материалах, в технологическом и контрольном оборудовании т.п. Разумеется, специалисты должны быть в курсе всего нового и стремиться совершенствовать свое производство. Но тут опять-таки возникает проблема – мы не умеем покупать и очень падки на рекламу.
На выставках хорошо видно, что рядом со стендами с оборудованием, обещающем в рекламных проспектах технологический прорыв, очень много именно российских представителей. Их зарубежные коллеги, ознакомившись с подобными стендами, проходят дальше. Потому что знают – сегодня среди многообещающих технологий немало авантюрных, не проверенных.
Изменять технологию вообще не всегда оправданно. Характерный пример – так называемая прямая металлизация. По названию складывается впечатление, что эта новая технология позволяет непосредственно металлизировать стенки отверстий в ПП. Но в действительности речь идет лишь о создании тонкого токопроводящего слоя (графита, палладия и т.п.) вместо химического осаждения меди в традиционной технологии. А гальваническое осаждение меди все равно необходимо. Теперь представьте – производство хорошо работает по традиционной технологии, и тут начинают внедрять прямую металлизацию. Но ведь установка прямой металлизации – дорогая. Материалы для этого процесса – также специальные и потому дорогие, в России их не производят. Требуется и подготовка специалистов для этой технологии. А в результате в выпускаемых ПП качественного изменения не происходит. Да, у технологии прямой металлизации есть свои преимущества – прежде всего эпитаксиальный рост медного торца. Но эти преимущества не столь велики, чтобы компенсировать проблемы и затраты, связанные с заменой химического осаждения меди технологией прямой металлизации в рамках уже действующего производства. Вот когда создается новое производство, целесообразно сразу закупать оборудование для прямой металлизации.
Другой пример – сегодня много говорят про так называемый printprocess, или бесштыревой процесс. Его суть – если при традиционной сборке многослойных ПП слои при прессовании собирают посредством базовых отверстий на штырях, то новая технология подразумевает отказ от штырей. Вместо них применяют склепку или склейку слоев. Откуда появилась эта технология? Фирма Cedal разработала пресс, в котором нагревается непосредственно фольга за счет пропускания по ней большого тока. Но места для пресс-формы и, соответственно, штырей уже не остается. Тогда фирма стала предлагать соединять слои в МПП склепками или склейками, т.е. действительно без штырей. Совмещаются же слои все равно при помощи штырей и базовых отверстий. Но при этом появляется абсолютно лишняя операция склепки/склейки. Для нее требуется дополнительная – не дешевая – установка. Кроме того, при нагреве слои начинают смещаться, возникают проблемы.
Многие клюют на рекламу новой технологии. Скажем, существуют лазерные технологии – например, прямое экспонирование фоторезиста лазерным лучом. Впервые я видел такое оборудование в 1990 году. И до сих пор все в этой области – на уровне ОКР. Два года назад подобных установок вдруг стало очень много – казалось, произошел прорыв. Однако сейчас от всего этого осталась треть – т.е. опять прорыва не произошло, все разобрались, что в производство такую технологию внедрять еще нельзя.
Другое применение лазеров – прожигание отверстий. Традиционно их сверлят сверлами. При этом в многослойных ПП при сверлении глухих (не сквозных) отверстий возникают проблемы, поскольку у сверла коническое основание и им не всегда возможно просверлить отверстие фиксированного диаметра на строго заданную глубину. Еще в 1982 году мы в ИТМ и ВТ пытались решить данную проблему путем прожигания отверстий лазером. Но данная технология так и не стала серийной – в ней масса проблем. А в этом году сразу несколько фирм предложили конические сверла с плоским основанием (если обычное сверло – это цилиндр, заканчивающийся конусом, то теперь сверло имеет на конце коническую часть с плоским основанием), позволяющие очень точно выдерживать глубину отверстий. В результате задачу, которую лазер так и не решил, разрешило усовершенствованное традиционное механическое оборудование.
Мораль всего вышесказанного – нужно очень осторожно относиться к новым веяниям. Мы не настолько богаты, чтобы помогать зарубежным фирмам отрабатывать новые технологии. Лучше дождаться результата и лишь тогда внедрять их у себя. Да, новое оборудование покупать надо, но именно то, которое нужно и очень грамотно. Иногда ведь и без рекламы ошибаются. Скажем, приобретают установку измерения с точностью 2 мкм. А на практике выясняется, что ее точность – 25 мкм. Почему? Невнимательно читали описание технических характеристик. Действительно, точность позиционирования измерительной линейки – 2 мкм. Но ведь есть еще и другие узлы, со своими погрешностями – а про них забыли.
Другой аспект проблемы – наша тяга к дешевизне. А.С.Пушкин со своим "Не гонялся бы ты, поп, за дешевизной" так и не научил нас покупать не что дешевле, а именно то, что нужно для производства. Конечно, по как можно меньшей цене.
Но если у нас недостаточно специалистов, как же быть тем, кто хочет развивать производство ПП? Откуда они могут черпать информацию, куда им обратиться за консультациями?
Отчасти этим занимался наш "Союз развития печатного монтажа". Но в целом России необходим Институт печатного монтажа – государственная организация, ответственная за это дело. Сейчас несколько организаций – "Авангард" в Санкт-Петербурге, МИТИ в Москве – официально отвечают за развитие технологий печатного монтажа. Но ведь у того же "Авангарда" много других задач. Поэтому столь актуально создание Института печатного монтажа, занимающегося проблемами изготовления ПП и монтажа ПП – обязательно и тем, и другим. Он мог бы решать вопросы анализа оборудования, создания и адаптации НТД и ГОСТов, испытания материалов. Ведь мы у себя в отделении прежде чем применять, испытывали практически все материалы, чтобы выявить их технологические характеристики – как правило, нигде не описываемые. Институт нужен, чтобы все эти проблемы решать централизованно, с привлечением всех российских специалистов. Тем более, что подобные организации есть практически во всех развитых странах.
Будем надеятся, что когда-нибудь Институт печатного монажа появится и в России.
С Ф.П.Галецким беседовал И.В.Шахнович
Отзывы читателей
