Paviršiaus apsaugos (solder mask) ir spaudimo (silkscreen) technologijos PCB gamyboje: projektavimas, procesas ir kokybės kontrolė

Pjūvio sluoksnis ir spaudos žymėjimas yra būtini, tačiau dažnai nepakankamai vertinami elementai PCB gamyboje. Nors pjūvio sluoksnis pagrindinė funkcija – apsaugoti vario takelius ir užtikrinti patikimą litavimą, spaudos žymėjimas pateikia esminę informaciją montavimui, tikrinimui ir techninei priežiūrai. Kai PCB tankis didėja ir komponentų korpusai tampa smulkesni, abiejų – pjūvio sluoksnio ir spaudos žymėjimo – technologijų tikslumas, procesų valdymas ir projektavimo koordinavimas tampa reikalaujami aukštesnių standartų.

1. Pjūvio sluoksnio ir spaudos žymėjimo funkcijos

1.1 Pjūvio sluoksnio funkcija

Pjūvio sluoksnis – tai polimerinė danga, taikoma ant PCB vario paviršiaus, paliekant atviras tik litavimo padėklus.

Jo pagrindinės funkcijos yra:

· Apsaugoti nuo litavimo tiltelių montavimo metu

· Apsaugoti varį nuo oksidacijos ir korozijos

· Gerinti elektrinę izoliaciją

· Padidinti mechaninę ir aplinkos sąlygomis veikiančią patikimumą

1.2 Spaudos žymėjimo funkcija

Šilko ekranas naudojamas komponentų susijusios informacijos spausdinimui ant PCB paviršiaus.

Tipiškas šilko ekrano turinys:

· Žymėjimai (nuorodos žymėjimai)

· Komponentų kontūrai

· Poliarumo žymės

· Logotipai, versijų kodai ir įspėjimai

Aiškus šilko ekranas padeda padidinti surinkimo efektyvumą, patikrinimo tikslumą ir ilgalaikę priežiūrą.

2. Litavimo masės medžiagos ir tipai

2.1 Paplitusios litavimo masės medžiagos

Dauguma litavimo masių yra epoksidinės arba nuotraukomis vaizduojamos polimerinės medžiagos.

Pagrindinės medžiagos savybės:

· Gerai sukibę su variu ir laminatu

· Šiluminė atsparumas perlydymo (reflow) litavimui

· Cheminė atsparumas pritvirtinimo medžiagoms (flux) ir valymo tirpikliams

2.2 Skystoji fotoformuojama (LPI) litavimo masė

LPI litavimo masė yra pramonės standartas.

Privalumai:

· Aukšta skiriamoji geba

· Tinka smulkios žingsnio ir HDI spausdintųjų plokštų (PCB) gamybai

· Vienodas storis ir geriau dengiamumas

Pagrindinis technologijos procesas:

1. Danga (purškimo ar užuolaidos būdu)

2. Pirminis kietinimas

3. UV šviesos veikimas su fotoplokštės šablonu

4. Plėtojimas

5. Galutinis kietinimas

3. Sausojo sluoksnio konstravimo ypatumai

3.1 Sausojo sluoksnio atvirkštinės zonos tipai

· Ne sausojo sluoksnio apibrėžtos (NSMD) kontaktinės pados:

· Kontaktinė pado forma nustatyta vario sluoksniu

· Geresnė litavimo jungties patikimumo charakteristika

· Pageidautina BGA ir smulkių kontaktų skaičiaus pakuotėms

· Pjūvio apibrėžta (SMD):

· Pjūvio padas apibrėžiamas pjūvio atvirkštinės dangos (solder mask) anga

· Naudojama, kai padų tarpai yra labai maži

3.2 Pjūvio atvirkštinės dangos (solder mask) atstumas

· Tipiškas atstumas: 2–4 mil (50–100 μm)

· Per mažas: rizika, kad pjūvio atvirkštinė danga užslinks ant padų

· Per didelis: atviras vario paviršius ir nuolatinis lydymo tiltelis (solder bridging)

Projektavimo metu būtina atsižvelgti į gamybos leistinus nuokrypius.

3.3 Užtvankos ir tarpinės juostos plotis

· Solder masko barjeras tarp kontaktų padeda išvengti tiltelių susidarymo

· Minimalus barjero plotis dažnai ≥ 4 mil

· HDI plokštės gali leisti mažesnes reikšmes, jei tai patvirtinta gamybos procesu

4. Solder masko kokybės problemos ir defektai

4.1 Dažniausiai pasitaikantys solder masko defektai

· Netikslus išdėstymas (registravimo klaida)

· Adatos skylutės ir tuštumos

· Įtrūkimai po perlydymo

· Bloga sukibimo galimybė ar atsilupimas

4.2 Priežastys ir prevencija

· Netinkamas paviršiaus valymas prieš dengiant

· Netinkama eksponavimo energija

· Nepakankamas kietinimo režimas

· Nesuderinamumas tarp projektavimo taisyklių ir gamyklos galimybių

Technologinio proceso kontrolė ir DFM peržiūra yra būtinos.

5. Žymėjimo spausdinimo technologija

5.1 Žymėjimo spausdinimo medžiagos

Žymėjimo spausdinimo dažai turi:

· Atlaikyti perkaitinimo temperatūras

· Gerai sukibti su lydymo sluoksniu

· Išlaikyti skaitomumą visą gaminio naudojimo laiką

Dažniausiai naudojamos spalvos:

· Balta (dažniausiai naudojama)

· Geltona, juoda (specialiosios paskirtys)

5.2 Spausdinimo metodai

· Tinklelinis spausdinimas (tradicinis)

· Naudojant spausdintuvą su įpurškimu (skaitmeninis, didelė tikslumas)

Įpurškiamasis tinklelinis spausdinimas suteikia:

· Aukštesnę raišką

· Nereikia fizinio tinklelio

· Geriau pritaikyta tankiems plokštumoms

6. Šilko ekranų projektavimo gairės

6.1 Skaitymo patogumas ir išdėstymas

· Minimalus teksto aukštis: rekomenduojama ≥ 1,0 mm

· Venkite šilko ekrano dėjimo ant:

· Kontaktų padų

· Perėjimų (via) angų

· BGA sričių

6.2 Poliarumo ir orientacijos žymėjimai

· Aiškus diodų, kondensatorių ir integrinių grandynų 1 kojos žymėjimas

· Nuolatinis žymėjimo stilius visuose elementuose

· Išvengti neaiškumų, kurie gali sukelti surinkimo klaidų

6.3 Žymėjimas šilko ekranu prieš montavimo procesą

Žymėjimas šilko ekranu neturi trukdyti:

· Svirto tirpalo spausdinimui

· Komponentų tiksliai išdėstymui

· Automatiniam optiniam įvertinimui (AOI)

Žymėjimo šilko ekranu persidengimas su kontaktinėmis aikštelėmis gali sukelti problemų su lydymo savybėmis.

7. Įvertinimas ir kokybės kontrolė

7.1 Apsaugos sluoksnio (solder mask) įvertinimas

· Vizualinė patikra

· Storumo ir dengimo tikrinimas

· Sukibimo ir kietumo bandymai

7.2 Žymėjimo spausdinimo patikra

· Išdėstymo tikslumas

· Perkaitinimo po to skaitomumas

· Atsparumas valymui ir aplinkos poveikiui

Automatinė optinė patikra (AOI) plačiai naudojama abiem sluoksniais.

8. Patikimumas ir aplinkos sąlygų įvertinimas

Aukštos kokybės lydymo masės ir žymėjimo spausdinimo sluoksnis turi išlaikyti:

· Kelios pakartotinės lydymo ciklų kartos

· Temperatūros ciklinis keitimas

· Drėgmė ir cheminė veika

Automobilių ir pramonės spausdintųjų laidų plokštėms dažnai reikia aukštesnės kokybės medžiagų ir tikslingesnio proceso valdymo.