فناوری لایه محافظ لحیم‌کاری و صفحه نام‌گذاری در تولید برد مدار چاپی: طراحی، فرآیند و کنترل کیفیت

ماسک لحیم‌کاری و سیلک‌اسکرین عناصر اساسی و در عین حال اغلب نادیده گرفته‌شده در تولید برد مدار چاپی (PCB) هستند. در حالی که ماسک لحیم‌کاری عمدتاً برای محافظت از مسارات مسی و اطمینان از قابلیت اطمینان لحیم‌کاری به‌کار می‌رود، سیلک‌اسکرین اطلاعات حیاتی مربوط به مونتاژ، بازرسی و نگهداری را فراهم می‌کند. با افزایش تراکم برد مدار چاپی و ریزتر شدن بسته‌بندی قطعات، فناوری‌های ماسک لحیم‌کاری و سیلک‌اسکرین نیازمند دقت بالاتر، کنترل دقیق‌تر فرآیند و هماهنگی بهتر در طراحی هستند. این مقاله به بررسی مواد، روش‌های فرآورش، قوانین طراحی و عیوب رایج مرتبط با ماسک لحیم‌کاری و سیلک‌اسکرین در تولید مدرن برد مدار چاپی می‌پردازد.

۱. نقش ماسک لحیم‌کاری و سیلک‌اسکرین

۱.۱ عملکرد ماسک لحیم‌کاری

ماسک لحیم‌کاری پوششی پلیمری است که روی سطوح مسی برد مدار چاپی اعمال می‌شود و تنها نقاط قابل لحیم‌کاری را آشکار می‌گذارد.

وظایف اصلی آن شامل موارد زیر است:

· جلوگیری از ایجاد پل لحیمی در حین مونتاژ

· محافظت از مس در برابر اکسیداسیون و خوردگی

· بهبود عایل‌بودن الکتریکی

· افزایش قابلیت اطمینان مکانیکی و محیطی

۱.۲ عملکرد سیلک‌اسکرین

سیلک‌اسکرین برای چاپ اطلاعات مربوط به قطعات روی سطح برد مدار چاپی (PCB) استفاده می‌شود.

محتوای رایج سیلک‌اسکرین:

· نام‌گذاری‌های مرجع

· خطوط محصورکننده قطعات

· نشانه‌های قطبیت

· لوگوها، کدهای نسخه و هشدارها

سیلک‌اسکرین واضح، بازدهی مونتاژ، دقت بازرسی و قابلیت نگهداری بلندمدت را بهبود می‌بخشد.

۲. مواد و انواع ماسک لحیم‌کاری

۲.۱ مواد رایج ماسک لحیم‌کاری

اغلب ماسک‌های لحیم‌کاری بر پایه اپوکسی یا پلیمرهای عکس‌پذیر هستند.

ویژگی‌های کلیدی مواد:

· چسبندگی خوب به مس و لامینات

· مقاومت حرارتی در برابر لحیم‌کاری با عبور از ناحیه حرارتی (reflow soldering)

· مقاومت شیمیایی در برابر فلوکس و عوامل پاک‌کننده

۲٫۲ ماسک لحیم‌گذاری عکس‌پذیر مایع (LPI)

ماسک لحیم‌گذاری عکس‌پذیر مایع (LPI) استاندارد صنعتی است.

مزایا:

· قدرت تفکیک‌پذیری بالا

· مناسب برای برد‌های مدار چاپی با فاصله‌گذاری ریز (fine-pitch) و برد‌های مدار چاپی با تراکم بالا (HDI)

· ضخامت یکنواخت و پوشش مناسب

جریان فرآیند اولیه:

۱. پوشش‌دهی (با اسپری یا پرده)

۲. پیش‌پخت‌سازی

۳. قرار دادن در معرض تابش فرابنفش با استفاده از فوتوماسک

۴. توسعه‌دهی (شست‌وشو)

۵. پخت نهایی

۳. ملاحظات طراحی ماسک لحیم‌کاری

۳.۱ انواع بازشوی ماسک لحیم‌کاری

· تعریف‌نشده توسط ماسک لحیم‌کاری (NSMD):

· پد توسط مس تعریف می‌شود

· قابلیت اطمینان بالاتر اتصال لحیم‌کاری

· برای بسته‌بندی‌های BGA و با پیچیدگی بالا ترجیح داده می‌شود

· تعریف‌شده توسط ماسک لحیم‌کاری (SMD):

· پد توسط بازشوی ماسک لحیم‌کاری تعریف می‌شود

· زمانی استفاده می‌شود که فاصله بین پدها بسیار کم باشد

۳٫۲ فاصله امن ماسک لحیم‌کاری

· فاصله معمول: ۲ تا ۴ میل (۵۰ تا ۱۰۰ میکرومتر)

· خیلی کوچک: خطر نفوذ ماسک به ناحیه مورد نظر

· خیلی بزرگ: قسمت‌های مسِ بیرون‌زده و اتصال ناخواسته لحیم

طراحی باید تحمل‌پذیری ساخت را در نظر بگیرد.

۳٫۳ عرض دیواره و شیار

· دیواره‌ی ماسک لحیم بین پد‌ها از ایجاد اتصال ناخواسته جلوگیری می‌کند

· عرض حداقلی دیواره معمولاً ≥ ۴ میل است

· برد‌های HDI ممکن است با اعتبارسنجی فرآیند، مقادیر کوچک‌تری را نیز اجازه دهند

۴. مسائل کیفیتی و نقص‌های ماسک لحیم

۴.۱ نقص‌های رایج ماسک لحیم

· عدم ترازبندی (خطای ثبت موقعیت)

· سوراخ‌های سوزنی و حفره‌ها

· ترک‌خوردگی پس از عملیات رفلو

· چسبندگی ضعیف یا جداشدن لایه

۴.۲ علل و روش‌های پیشگیری

· تمیز کردن نامناسب سطح قبل از پوشش‌دهی

· انرژی نوردهی نامناسب

· پروفایل پخت ناکافی

· عدم تطابق بین قوانین طراحی و قابلیت‌های کارخانه

کنترل فرآیند و بررسی طراحی برای ساخت (DFM) ضروری است.

۵. فناوری چاپ سیلک‌اسکرین

۵.۱ مواد سیلک‌اسکرین

جواهرات سیلک‌اسکرین باید:

· تحمل دمای رفلو را داشته باشند

· به خوبی به روکش فلزی (سولدر ماسک) چسبیده باشند

· حفظ خوانایی در طول عمر محصول

رنگ‌های رایج:

· سفید (رایج‌ترین)

· زرد، مشکی (کاربردهای ویژه)

۵.۲ روش‌های چاپ

· چاپ غربالی (سنتی)

· چاپ جت جوهری (دیجیتال، دقت بالا)

چاپ جت جوهری-غربالی امکانات زیر را فراهم می‌کند:

· وضوح بالاتر

· عدم نیاز به صفحه فیزیکی

· ترازبندی بهتر روی برد‌های متراکم

۶. راهنمای طراحی سیلک‌اسکرین

۶.۱ خوانایی و قرارگیری

· ارتفاع حداقل متن: حداقل ۱٫۰ میلی‌متر توصیه می‌شود

· از قرار دادن سیلک‌اسکرین روی موارد زیر خودداری کنید:

· پدها

· بازشو‌های ویا

· نواحی BGA

۶.۲ نشانه‌های قطبیت و جهت‌گیری

· نشان‌دهی واضح برای دیودها، خازن‌ها و پین ۱ IC

· استانداردسازی سبک نشان‌گذاری در سراسر مدار

· اجتناب از ابهام‌هایی که ممکن است منجر به خطاهای مونتاژ شوند

۶.۳ نشان‌گذاری سیلک‌اسکرین در مقابل فرآیند مونتاژ

نشان‌گذاری سیلک‌اسکرین نباید بر روی موارد زیر تأثیر بگذارد:

· چاپ پاست سolder

· دقت در قرارگیری قطعات

· بازرسی AOI

همپوشانی نشان‌گذاری سیلک‌اسکرین روی پدها می‌تواند باعث ایجاد مشکلات در قابلیت لحیم‌خوردن شود.

۷. بازرسی و کنترل کیفیت

۷.۱ بازرسی ماسک لحیم

· بازرسی بصری

· بررسی ضخامت و پوشش

· آزمون چسبندگی و سختی

۷.۲ بازرسی صفحه‌چاپ (Silkscreen)

· دقت ترازبندی

· خوانایی پس از فرآیند ریفلو (reflow)

· مقاومت در برابر تمیزکردن و تنش‌های محیطی

بازرسی نوری خودکار (AOI) به‌طور گسترده‌ای برای هر دو لایه استفاده می‌شود.

۸. ملاحظات قابلیت اطمینان و محیطی

ماسک لحیم‌کاری و صفحه‌چاپ (silkscreen) با کیفیت بالا باید در برابر موارد زیر مقاوم باشند:

· چرخه‌های مکرر ذوب مجدد

· چرخه‌های حرارتی

· رطوبت و قرارگیری در معرض مواد شیمیایی

مدارهای چاپی خودرویی و صنعتی اغلب به مواد با کیفیت بالاتر و کنترل دقیق‌تر فرآیند نیاز دارند.