Technológia lúčovacej masky a potlačovej vrstvy v výrobe PCB: návrh, proces a kontrola kvality

Lak proti spájkovaniu a potlač na PCB sú nevyhnutné, avšak často podceňované prvky pri výrobe dosiek plošných spojov. Zatiaľ čo lak proti spájkovaniu primárne chráni meďové dráhy a zabezpečuje spoľahlivosť spájkovania, potlač na PCB poskytuje kritické informácie pre montáž, kontrolu a údržbu. So zvyšujúcou sa hustotou dosiek plošných spojov a jemnejšími balíčkami súčiastok sa zvyšujú požiadavky na technológie laku proti spájkovaniu aj potlače na PCB, najmä pokiaľ ide o presnosť, kontrolu procesu a koordináciu návrhu. Tento článok sa zaoberá materiálmi, metódami spracovania, pravidlami návrhu a bežnými chybami súvisiacimi s lakom proti spájkovaniu a potlačou na PCB v súčasnej výrobe dosiek plošných spojov.

1. Úloha laku proti spájkovaniu a potlače na PCB

1.1 Funkcia laku proti spájkovaniu

Lak proti spájkovaniu je polymérny povlak aplikovaný na meďové povrchy dosky plošných spojov, pričom necháva voľné iba spájkovateľné plošky.

Jeho hlavné funkcie zahŕňajú:

· Zamedzenie vzniku spájkových mostíkov počas montáže

· Ochrana medi pred oxidáciou a koróziou

· Zlepšenie elektrickej izolácie

· Zvýšenie mechanického a environmentálneho výkonu

1.2 Funkcia potlače na PCB

Štampovanie pomocou sitotlačovej metódy sa používa na tlač informácií súvisiacich s komponentmi na povrchu dosky plošných spojov (PCB).

Typický obsah sitotlače:

· Označenia referenčných prvkov

· Obrysy komponentov

· Značky polarity

· Logá, kódy verzií a upozornenia

Jasná sitotlač zvyšuje účinnosť montáže, presnosť kontrol a dlhodobú údržbu.

2. Materiály a typy pájky pre ochranné vrstvy

2.1 Bežné materiály pre ochranné vrstvy

Väčšina ochranných vrstiev je založená na epoxidových alebo fotoreprodukovaných polyméroch.

Kľúčové materiálové vlastnosti:

· Dobrá priľnavosť k medi a laminátu

· Teplotná odolnosť voči spájkovaniu reflow

· Chemická odolnosť voči pájke a čistiacim prostriedkom

2.2 Tekutá fotocitlivá (LPI) pájková maska

LPI pájková maska je priemyselný štandard.

Výhody:

· Vysoké rozlíšenie

· vhodná pre dosky PCB s jemným rozostupom a HDI dosky

· Rovnomerná hrúbka a dobré pokrytie

Základný technologický postup:

1. Náter (práškový alebo záclonový)

2. Predpečenie

3. UV ožiarenie pomocou fotomasky

4. Vyvíjanie

5. Finálne tepelné úplné vytvrdenie

3. Zohľadnenia pri návrhu ochranného laku

3.1 Typy otvorov v ochrannom laku

· Ochranný lak nezadefinuje plošku (NSMD):

· Ploška definovaná meďou

· Vyššia spoľahlivosť spájkového spoja

· Preferované pre BGA a balíčky s jemným rozostupom

· Definované pájkou (SMD):

· Ploška definovaná otvorom v pájkovej masky

· Používa sa, keď je rozostup plošiek veľmi malý

3.2 Vzdialenosť pájkovej masky

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

· Príliš malá: riziko vpínania sa pájkovej masky

· Príliš veľká: nezakrytá meď a vznik pájkových mostíkov

Návrh musí brať do úvahy výrobné tolerancie.

3.3 Šírka prekážky a medzery

· Izolačná hraničná prekážka z pájkovej masky medzi kontaktovými ploškami bráni vzniku mostíkov

· Minimálna šírka prekážky je často ≥ 4 mil

· Dosky HDI môžu umožniť menšie hodnoty za predpokladu overenia výrobného procesu

4. Problemy s kvalitou a chyby pájkovej masky

4.1 Bežné chyby pájkovej masky

· Nesprávne zarovnanie (chyba registrácie)

· Ihlíčkové otvory a prázdne miesta

· Praskliny po reflu

· Zlá prilnavosť alebo odštiepovanie

4.2 Príčiny a opatrenia na ich predchádzanie

· Zlá čistenosť povrchu pred nanesením povlaku

· Nesprávna expozíciou energie

· Nedostatočný režim tuhnutia

· Nezhoda medzi pravidlami návrhu a výrobnými možnosťami výrobnej základne

Kontrola procesu a revízia pre návrh s ohľadom na výrobu (DFM) sú nevyhnutné.

5. Technológia tlače cez sitový tlačový stôl

5.1 Materiály pre tlač cez sitový tlačový stôl

Tlačové farby pre tlač cez sitový tlačový stôl musia:

· Odolávať teplotám pri spájkovaní

· Dobrým spôsobom sa prichádzať k ochrannému laku

· Zachováva čitateľnosť počas celého životného cyklu výrobku

Bežné farby:

· Biela (najbežnejšia)

· Žltá, čierna (špeciálne aplikácie)

5.2 Tlačové metódy

· Sieťová tlač (tradičná)

· Inkjet tlač (digitálna, vysoká presnosť)

Inkjet sieťová tlač ponúka:

· Vyššiu rozlíšiteľnosť

· Žiadna fyzická sieť

· Lepšie zarovnanie na hustých doskách

6. Pokyny pre návrh potlačeného označenia (silkscreen)

6.1 Čitateľnosť a umiestnenie

· Minimálna výška textu: odporúča sa ≥ 1,0 mm

· Vyhnúť sa umiestňovaniu potlačeného označenia na:

· Plošné spoje (pads)

· Otvorovia pre prechodky (vias)

· Oblasti BGA

6.2 Označenia polarity a orientácie

· Jednoznačné označenie polarity diód, kondenzátorov a vývodu 1 integrovaných obvodov (IC)

· Jednotný štýl označovania v celom rozsahu

· Vyhnúť sa nejednoznačnostiam, ktoré by mohli spôsobiť chyby pri montáži

6.3 Štikovanie (silkscreen) vs. montážny proces

Štikovanie (silkscreen) nesmie ovplyvniť:

· Tlač pájky

· Presnosť umiestnenia súčiastok

· Inšpekciu AOI

Prekrývanie štikovania (silkscreen) na pájkových ploškách môže spôsobiť problémy s pájateľnosťou.

7. Inšpekcia a kontrola kvality

7.1 Inšpekcia pájkovej masky

· Vizuálna kontrola

· Kontrola hrúbky a krytia

· Skúška adhézie a tvrdosti

7.2 Kontrola potlaču (silkscreen)

· Presnosť zarovnania

· Čitateľnosť po reflow procese

· Trvanlivosť pri čistení a za podmienok environmentálneho zaťaženia

Automatická optická kontrola (AOI) sa široko používa pre obe vrstvy.

8. Spoľahlivosť a environmentálne aspekty

Vysokokvalitná ochranná vrstva (solder mask) a potlač (silkscreen) musia odolať:

· Viacnásobné cykly refluovania

· Teplotné cykly

· Vlhkosť a chemické vplyvy

Automobilové a priemyselné DPS často vyžadujú materiály vyššej kvality a prísnejší kontrolný proces.