Technologie pájecí masky a potisku na tištěných spojovacích deskách: návrh, výrobní proces a kontrola kvality

Maska pro pájení a potisk jsou zásadní, avšak často podceňované prvky výroby tištěných spojovacích desek (PCB). Zatímco maska pro pájení především chrání měděné dráhy a zajišťuje spolehlivost pájení, potisk poskytuje kritické informace pro montáž, kontrolu a údržbu. S rostoucí hustotou PCB a zmenšujícími se rozměry součástkových pouzder jsou na technologie masky pro pájení i potisku kladeny vyšší nároky na přesnost, řízení procesu a koordinaci návrhu. Tento článek se zabývá materiály, zpracovatelskými metodami, návrhovými pravidly a běžnými vadami souvisejícími s maskou pro pájení a potiskem v moderní výrobě tištěných spojovacích desek.

1. Role masky pro pájení a potisku

1.1 Funkce masky pro pájení

Maska pro pájení je polymerový povlak aplikovaný na měděné plochy tištěné spojovací desky (PCB), který nechává volné pouze pájitelné plošky.

Mezi jeho hlavní funkce patří:

· Zabraňuje vzniku pájecích můstků během montáže

· Chrání měď před oxidací a korozí

· Zlepšuje elektrickou izolaci

· Zvyšuje mechanickou a environmentální spolehlivost

1.2 Funkce potisku

Silk-screen se používá k tisku informací souvisejících s komponenty na povrch desky plošných spojů (PCB).

Typický obsah silk-screenu:

· Označení referenčních hodnot

· Obrysy komponent

· Značky polarity

· Loga, kódy verzí a varování

Jasný silk-screen zvyšuje účinnost montáže, přesnost kontrol a dlouhodobou servisní přístupnost.

2. Materiály a typy pájecí masky

2.1 Běžné materiály pájecí masky

Většina pájecích masek je založena na epoxidových pryskyřicích nebo fotocitlivých polymerech.

Klíčové vlastnosti materiálu:

· Dobrá přilnavost k mědi a laminátu

· Odolnost vůči tepelným zátěžím při pájení v pájecí peci

· Chemická odolnost vůči pájivu a čisticím prostředkům

2.2 Kapalná fotocitlivá (LPI) pájivá maska

LPI pájivá maska je průmyslový standard.

Výhody:

· Vysoké rozlišení

· Vhodná pro desky s jemným roztečem a HDI DPS

· Stejná tloušťka a dobré pokrytí

Základní technologický postup:

1. Nanášení (stříkáním nebo záclonovou metodou)

2. Předvýpal

3. UV expozice pomocí fotomasky

4. Vývoj

5. Konečný výpal

3. Zohlednění návrhu pájecí masky

3.1 Typy otevřenin pájecí masky

· Nespecifikovaná pájecí maska (NSMD):

· Plošný spoj definován mědí

· Vyšší spolehlivost pájeného spoje

· Doporučeno pro BGA a součástky s jemným roztečem

· Definováno pájkovou maskou (SMD):

· Ploška definovaná otevřením pájkové masky

· Používá se při velmi malém rozestupu plošek

3.2 Vzdálenost pájkové masky

· Typická vzdálenost: 2–4 mil (50–100 μm)

· Příliš malá: riziko vpichu pájkové masky

· Příliš velká: nechráněný měděný povrch a vznik pájkových můstků

Návrh musí zohledňovat výrobní tolerance.

3.3 Šířka přepážky a mezikruží

· Přepážka z pájkové masky mezi ploškami brání vzniku pájkových můstků

· Minimální šířka překrytí často ≥ 4 mil

· Desky HDI mohou umožnit menší hodnoty za podmínky ověření procesu

4. Problemy a vady povlaku pro pájení

4.1 Běžné vady povlaku pro pájení

· Nesouhlas (chyba registrace)

· Jehlové díry a dutiny

· Praskliny po reflow pájení

· Špatná přilnavost nebo odstupování povlaku

4.2 Příčiny a prevence

· Nedostatečné čištění povrchu před nanášením povlaku

· Nesprávná expozice (energie)

· Nedostatečný proces tuhnutí

· Neshoda mezi návrhovými pravidly a výrobními možnostmi továrny

Kontrola procesu a revize pro návrh pro výrobu (DFM) jsou nezbytné.

5. Technologie potisku silkscreen

5.1 Materiály pro potisk silkscreen

Barvy pro potisk silkscreen musí:

· Odolávat teplotám při pájení v peci

· Dobře přilnout k odolné vrstvě proti pájení

· Zachovat čitelnost po celou dobu životnosti výrobku

Obvyklé barvy:

· Bílá (nejběžnější)

· Žlutá, černá (speciální aplikace)

5.2 Tiskové metody

· Tampotisk (tradiční)

· Inkoustový tisk (digitální, vysoká přesnost)

Inkoustový tampotisk nabízí:

· Vyšší rozlišení

· Žádná fyzická síť

· Lepší zarovnání na hustých deskách

6. Pokyny pro návrh tampotisku

6.1 Čitelnost a umístění

· Minimální výška textu: doporučeno ≥ 1,0 mm

· Vyhněte se umísťování potisku na:

· Plošné spoje (pads)

· Otvory pro přechodové otvory (vias)

· Oblasti BGA

6.2 Označení polarity a orientace

· Jednoznačné označení pro diody, kondenzátory, pin 1 integrovaných obvodů (IC)

· Konzistentní styl označení po celé desce

· Vyhněte se nejednoznačnostem, které mohou způsobit chyby při montáži

6.3 Potisk síťového tisku vs. montážní proces

Potisk síťového tisku nesmí rušit:

· Tisk pájivé pasty

· Přesnost umísťování součástek

· Kontrolu AOI

Překrývající se potisk síťového tisku na pájecích ploškách může způsobit problémy s pájitelností.

7. Kontrola a řízení kvality

7.1 Kontrola pájivé masky

· Vizuální kontrola

· Kontrola tloušťky a pokrytí

· Testování přilnavosti a tvrdosti

7.2 Kontrola potisku

· Přesnost zarovnání

· Čitelnost po pájení v reflow peci

· Odolnost vůči čištění a environmentálním zátěžím

Automatická optická kontrola (AOI) se široce používá pro obě vrstvy.

8. Spolehlivost a environmentální faktory

Vysokokvalitní maska pro pájení a potisk musí odolat:

· Násobným cyklům pájení v reflow peci

· Teplotním cyklům

· Vlhkost a expozice chemikáliím

Automobilové a průmyslové tištěné spojovací desky často vyžadují materiály vyšší kvality a přesnější kontrolu výrobního procesu.