Технологія захисного шару та шовкографії в виробництві друкованих плат: проектування, процес і контроль якості

Спеціальна маска для паяння та шовкова екранна розмітка є важливими, але часто недооцінюваними елементами у виробництві друкованих плат (PCB). Хоча маска для паяння в основному захищає мідні провідники й забезпечує надійність процесу паяння, шовкова екранна розмітка надає критично важливу інформацію для збирання, перевірки та технічного обслуговування. Зі зростанням щільності розташування елементів на PCB та зменшенням розмірів корпусів компонентів технології маски для паяння та шовкової екранної розмітки стикаються зі зростаючими вимогами щодо точності, контролю процесу та узгодженості проектування. У цій статті розглядаються матеріали, методи обробки, правила проектування та поширені дефекти, пов’язані з маскою для паяння та шовковою екранною розміткою в сучасному виробництві друкованих плат.

1. Роль маски для паяння та шовкової екранної розмітки

1.1 Функція маски для паяння

Маска для паяння — це полімерне покриття, нанесене на мідні поверхні друкованої плати, яке залишає відкритими лише паяльні контактні площадки.

Її основні функції включають:

· Запобігання утворенню мостиків при паянні

· Захист міді від окиснення та корозії

· Покращення електричної ізоляції

· Підвищення механічної та експлуатаційної надійності

1.2 Функція шовкової екранної розмітки

Шовкова екранна друкована плата використовується для нанесення інформації, пов’язаної з компонентами, на поверхню друкованої плати.

Типовий вміст шовкового екранного друку:

· Позначення умовних позицій

· Контурні зображення компонентів

· Позначки полярності

· Логотипи, коди версій та попередження

Чіткий шовковий екранний друк підвищує ефективність збирання, точність перевірки та довготривалу обслуговуваність.

2. Матеріали та типи паяльної маски

2.1 Поширені матеріали паяльної маски

Більшість паяльних масок виготовлені на основі епоксидних смол або фоточутливих полімерів.

Основні властивості матеріалу:

· Добре зчеплення з міддю та ламінатом

· Термостійкість до паяння у пічному режимі (reflow soldering)

· Стійкість до хімічних впливів флюсу та засобів очищення

2.2 Рідкий фоточутливий (LPI) паяльний маска

Рідка фоточутлива паяльна маска є галузевим стандартом.

Переваги:

· Висока роздільна здатність

· Підходить для друкованих плат з малим кроком компонентів та високої щільності монтажу (HDI)

· Однорідна товщина та гарне покриття

Основна технологічна послідовність:

1. Покриття (розпиленням або зануренням у завісу)

2. Передваріння

3. УФ-опромінення за допомогою фотомаски

4. Розчинення (процес розвитку)

5. Остаточне варіння

3. Особливості проектування захисного шару для паяння

3.1 Типи отворів у захисному шарі для паяння

· Не визначений захисним шаром для паяння (NSMD):

· Площадка визначається міддю

· Краща надійність паяних з’єднань

· Рекомендується для корпусів BGA та корпусів з малим кроком виводів

· Визначено маскою паяння (SMD):

· Площадка визначається отвором у масці паяння

· Використовується, коли відстань між площадками дуже мала

3.2 Зазор маски паяння

· Типовий зазор: 2–4 мил (50–100 мкм)

· Занадто малий: ризик вторгнення маски

· Занадто великий: оголена мідь та утворення мостиків паяння

При проектуванні необхідно враховувати технологічні допуски виготовлення.

3.3 Ширина загороджувальної смуги та перемички

· Захисне покриття (сольдер-маска) між контактними площадками запобігає утворенню мостиків

· Мінімальна ширина перемички зазвичай ≥ 4 милі

· Для плат HDI можливі менші значення за умови валідації технологічного процесу

4. Проблеми та дефекти якості сольдер-маски

4.1 Поширені дефекти сольдер-маски

· Невідповідність розташування (помилка реєстрації)

· Мікропори та порожнини

· Утворення тріщин після паяння в пічі

· Погана адгезія або відшарування

4.2 Причини та профілактика

· Погане очищення поверхні перед нанесенням покриття

· Неправильна енергія експонування

· Недостатній режим затвердіння

· Невідповідність між правилами проектування та виробничими можливостями заводу

Контроль процесу та перевірка проекту з урахуванням вимог виробництва (DFM) є обов’язковими.

5. Технологія шовкографічного друку

5.1 Матеріали для шовкографічного друку

Шовкографічні фарби повинні:

· Витримувати температури паяльного ретлоу

· Добре прилипати до паяльної маски

· Зберігати читабельність протягом усього терміну експлуатації виробу

Зазвичай кольори:

· Білий (найпоширеніший)

· Жовтий, чорний (спеціальні застосування)

5.2 Методи друку

· Трафаретний друк (традиційний)

· Струминний друк (цифровий, висока точність)

Струминний трафаретний друк забезпечує:

· Вищу роздільну здатність

· Відсутність фізичного трафарету

· Краще вирівнювання на щільних платах

6. Рекомендації щодо дизайну шовкографічного зображення

6.1 Читабельність та розміщення

· Мінімальна висота тексту: рекомендовано ≥ 1,0 мм

· Уникайте розміщення шовкографічного зображення на:

· Площадках (pads)

· Отворах для міжшарових переходів (vias)

· Ділянках BGA

6.2 Позначки полярності та орієнтації

· Чітке позначення полярності діодів, конденсаторів, виводу 1 ІС

· Однаковий стиль маркування по всій платі

· Уникайте неоднозначності, що може призвести до помилок збирання

6.3 Маркування шовкографією та процес збирання

Маркування шовкографією не повинно перешкоджати:

· Нанесенню паяльної пастки

· Точності розміщення компонентів

· Інспекції за допомогою AOI

Накладання маркування шовкографією на контактні площадки може спричинити проблеми з паянням.

7. Інспекція та контроль якості

7.1 Інспекція паяльної маски

· Візуальна інспекція

· Перевірка товщини та рівномірності покриття

· Випробування на адгезію та твердість

7.2 Інспекція шовкографії

· Точність вирівнювання

· Читабельність після процесу рефлоу

· Стійкість до очищення та впливу навколишнього середовища

Автоматична оптична інспекція (AOI) широко використовується для перевірки обох шарів.

8. Надійність та екологічні аспекти

Високоякісна маска для паяння та шовкографія повинні витримувати:

· Кілька циклів рефлоу

· Термічне циклювання

· Вологість та вплив хімічних речовин

Друковані плати для автомобільної та промислової галузей часто вимагають матеріалів вищого класу й більш точного контролю процесів.