Linee guida complete per la maschera di saldatura dei PCB nel 2024

Nel campo della produzione elettronica, la produzione di schede a circuito stampato (PCB) comporta processi intricati e ispezioni meticolose. I circuiti stampati sono composti da componenti essenziali come la maschera di saldatura, lo strato serigrafico, il cablaggio e l'anima, e ogni fase di produzione richiede precisione e controlli approfonditi. Con il progredire dell'industria elettronica, la domanda di circuiti stampati in termini di affidabilità e alta densità continua a crescere. Per soddisfare queste esigenze in continua evoluzione, i produttori cercano di ottimizzare la tecnologia di interconnessione ad alta densità (HDI) e la tecnologia delle maschere di saldatura. In questo articolo di approfondimento, FS Technology fa luce sul ruolo critico della tecnologia HDI. Maschere di saldatura per PCB.

Che cos'è la maschera di saldatura?

Lo strato della maschera di saldatura, noto anche come strato di strato della finestra o strato di olio verdegioca un ruolo fondamentale nel processo di Processo di produzione dei PCB. Serve come strato protettivo che copre aree specifiche della scheda di circuito, consentendo una modellazione precisa durante i successivi processi di finitura e saldatura. Utilizzando una tecnica di produzione a film negativo, la maschera di saldatura è progettata per rivelare la pelle di rame esposta, lasciando intatte le aree designate non verdi.

Il risultato negativo dello strato di maschera di saldatura del PCB implica una completa inversione della situazione reale. Le aree contrassegnate per l'applicazione dell'olio verde durante la fase di progettazione sono, in realtà, regioni non a olio verde, note come aperture di finestre. Pertanto, lo strato di maschera di saldatura ha lo scopo fondamentale di creare finestre all'interno della superficie complessiva di olio verde, consentendo la corretta saldatura dei componenti non a olio verde.

 

Poiché il substrato del PCB è costituito da fibra di vetro e resina epossidica, non presenta la sufficiente resistenza al calore richiesta per processi quali livellamento della saldatura ad aria calda (HASL) e la saldatura a montaggio superficiale. Senza uno strato di maschera di saldatura, l'esposizione prolungata alle alte temperature può portare alla degradazione superficiale del materiale dielettrico. Pertanto, lo strato di maschera di saldatura funge da barriera protettiva, salvaguardando il circuito da potenziali danni causati dall'esposizione prolungata a temperature elevate durante questi processi di produzione.

Strato della maschera di saldatura VS. Strato di flusso di saldatura

Esaminiamo un PCB a due strati come esempio illustrativo. La configurazione di base di un PCB a due strati consiste in due breadboard (in alto e in basso) che formano il nucleo, uno strato di prepreg al centro e due strati di maschera di saldatura (in alto e in basso) insieme a due strati di serigrafia (in alto e in basso). Fare riferimento al diagramma seguente:

Struttura interna del PCB a doppio strato

Durante la produzione dei circuiti stampati, l'intera maschera di saldatura non viene ricoperta uniformemente di olio verde a causa di fattori quali la saldatura e la dissipazione del calore. Di conseguenza, queste aree esposte vengono comunemente chiamate "finestre" in cui il rame è visibile.

Il diagramma seguente fornisce una rappresentazione visiva:

Dettagli dello strato di saldatura del PCB

Lo strato di saldatura, noto anche come maschera di pasta, si riferisce allo strato specifico sul PCB che rimane non rivestito di olio verde. In sostanza, si riferisce allo strato Stencil per PCB utilizzato nel processo di produzione. Molti ingegneri lo considerano sinonimo di strato superiore, allineandosi ai dati presentati sullo strato superiore. Esaminando attentamente lo schema strutturale del PCB a doppio strato sopra riportato, si nota l'assenza di uno strato di saldatura dedicato all'interno della struttura del circuito. Lo scopo dello strato di saldatura è diverso da quello dello strato di maschera di saldatura. La sua esistenza non ha come scopo principale la saldatura, ma piuttosto quello di facilitare l'esecuzione di un'operazione di saldatura. Assemblaggio SMT. Durante il Flusso del processo SMTL'applicazione precisa della pasta saldante sulle piazzole si ottiene erogando accuratamente la pasta attraverso le aperture dello stencil, da cui il termine "strato superiore di stagno" per lo strato di saldatura.

L'immagine seguente mostra lo strato di saldatura (maschera di pasta):

Strato di flusso PCB

Sebbene sia la maschera di pasta che la maschera di saldatura siano coinvolte nei processi di stagnatura, vi sono distinzioni fondamentali tra di esse. In termini di funzionalità dei circuiti interni, lo strato di PCB con maschera di saldatura ha il duplice scopo di prevenire la nebbia salina e l'umidità, oltre a consentire la saldatura. Al contrario, la maschera di pasta si concentra principalmente sulla produzione di stencil SMT, in particolare per l'assemblaggio di pacchetti a montaggio superficiale. In genere, lo strato di maschera di saldatura viene applicato uniformemente con olio verde, lasciando esposte le aree prive dello strato di maschera di saldatura. D'altra parte, la maschera di pasta viene utilizzata per la progettazione di stencil, con l'obiettivo specifico di facilitare il posizionamento dei componenti, in particolare in assemblaggio di PCB ad alto volume scenari.

Influenza della maschera di saldatura sulla PCBA

Difficoltà di saldatura SMT

La saldatura SMT presenta diverse difficoltà, in particolare quando si ha a che fare con Componenti SMD con spaziatura dei pin ridotta. Una progettazione inadeguata della distanza minima tra le maschere di saldatura può avere un impatto significativo sul processo di assemblaggio, con conseguente aumento dei danni in fabbrica e dei costi di assemblaggio per i clienti.

Soluzione: Per ridurre queste sfide, è fondamentale ottimizzare il processo di confezionamento dei componenti in base alle capacità effettive e ai processi PCBA dell'impianto di produzione. Ciò comporta una revisione approfondita dei documenti di progettazione del cliente e il rafforzamento del reparto di progettazione interno all'azienda.

Controllo dello spessore della maschera di saldatura

Il controllo preciso dello spessore della maschera di saldatura è un aspetto critico del processo di saldatura. Produzione di PCB. Uno spessore insufficiente della maschera di saldatura può causare perdite di rame nelle tracce di linea e problemi di false saldature dei circuiti integrati. Al contrario, uno strato di maschera di saldatura troppo spesso può causare ponti di sospensione e circuiti aperti durante la saldatura. saldatura a riflusso.

Soluzione: Per risolvere questo problema, è essenziale gestire con attenzione lo spessore della maschera di saldatura. Dovrebbe essere più sottile dello spessore della piazzola di rame, con uno spessore della maschera di saldatura di almeno 10 µm nelle posizioni angolari del circuito. Inoltre, lo spessore della maschera di saldatura sulle tracce e sul foglio di rame deve essere mantenuto al di sotto dei 35 µm.

Elaborazione della maschera di saldatura e allineamento del pad

Durante la stampa della pasta saldante in impianti di assemblaggio SMT non standard, può verificarsi una contaminazione sulla superficie della piazzola, con conseguenti giunti di saldatura o sfere di saldatura di scarsa qualità. Questi problemi derivano dalla mancata corrispondenza tra la maschera di saldatura e l'allineamento della piazzola.

Soluzione: Quando si progetta la maschera di saldatura, è necessario attenersi rigorosamente a Linee guida per la progettazione di PCB è fondamentale. I progettisti devono cercare di ridurre al minimo la spaziatura o i vuoti d'aria intorno alle caratteristiche delle piazzole per garantire una stampa ottimale della pasta saldante e prevenire la contaminazione.

Restringimento delle saldature

In situazioni in cui sulla scheda sono presenti un numero eccessivo di SMD e una progettazione imprudente della scheda, gli SMD adiacenti possono condividere un filo comune. Questo può causare stress durante la termoretrazione della saldatura a causa del calore, con conseguente spostamento o rottura dei componenti.

Soluzione: Comunicazione efficace con il Servizio di assemblaggio di PCB è essenziale affrontare i problemi di progettazione dei componenti e delle schede. Grazie alla collaborazione, è possibile risolvere i problemi implementando pratiche ragionevoli di installazione dei componenti e assicurando che si tenga conto di considerazioni progettuali appropriate.

4 tipi di maschera di saldatura per PCB

Maschere laterali superiori e inferiori

Le maschere di saldatura sul lato superiore e sul lato inferiore sono comunemente utilizzate dagli ingegneri elettronici per identificare i problemi nello strato verde della maschera di saldatura. Queste Strati di PCB vengono applicate con metodi a pellicola o epossidici. I pin dei componenti vengono quindi saldati sulla scheda attraverso le aperture registrate dalle maschere.

La maschera del lato superiore corrisponde al modello di traccia conduttiva sul lato superiore della scheda, mentre la maschera del lato inferiore è utilizzata per il lato opposto della scheda.

Maschere per saldatura epossidica liquida

Le maschere di saldatura liquide epossidiche offrono un'opzione economica per i progetti di PCB. Questa tecnica, nota come serigrafia, utilizza una rete tessuta per supportare i progetti di blocco dell'inchiostro. La rete consente di identificare le aree in cui l'inchiostro può essere trasferito.

Maschere di saldatura fotoimmaginabili liquide (LPI/LPISM)

Il Liquid Photoimaging Soldermask (LPI o LPISM) è un materiale liquido per soldermask che viene applicato sulla superficie del circuito stampato e sottoposto a un processo di indurimento. Questo avanzato materiale per soldermask consente un'applicazione precisa della saldatura e garantisce connessioni elettriche accurate, lasciando aperture selettive solo nelle aree in cui è richiesta la saldatura.

Maschera saldante a film secco-DFSM

La laminazione sotto vuoto viene utilizzata per l'applicazione di maschere di saldatura a film secco su circuiti stampati. Dopo il processo di laminazione, il film secco viene esposto e sottoposto a una successiva lavorazione. Le aperture sono posizionate strategicamente per creare un modello una volta che la pellicola è stata lavorata. Successivamente, i componenti vengono saldati alle piazzole di rame. Il processo elettrochimico viene utilizzato per depositare gli strati di rame sulla scheda.

Il rame viene stratificato sia sulle aree di traccia che all'interno dei fori, formando il circuito desiderato. Per proteggere i circuiti in rame, viene applicato uno strato di stagno. Nella fase finale, la pellicola viene rimossa, rivelando i segni incisi. Per garantire un'adeguata adesione e stabilità, si ricorre anche alla polimerizzazione termica.

Le maschere di saldatura a film secco sono comunemente utilizzate nelle schede a filo ad alta densità grazie alle loro proprietà vantaggiose. Impediscono alla maschera di saldatura di infiltrarsi nei fori passanti, garantendo una formazione precisa del circuito.

Linee guida per il processo SolderMask

Linee guida per la progettazione

In pratica, l'uso delle maschere di saldatura nei progetti è una scelta discrezionale. I progettisti possono facilmente incorporare una maschera di saldatura specificando alcuni parametri e alcuni strumenti software offrono persino funzionalità di generazione automatica di maschere di saldatura.

Tuttavia, è fondamentale avviare una discussione approfondita con il produttore di PCB scelto prima di iniziare il processo di progettazione. Questo assicura una comprensione completa delle loro capacità specifiche per quanto riguarda lo spessore della maschera di saldatura e la distanza minima tra le piazzole di rame, poiché queste considerazioni non sono universalmente applicabili a tutti i PCB.

Trascurare o gestire male semplici problemi legati alle maschere di saldatura, come aperture inadeguate o eccessive, o uno squilibrio tra il numero di aperture e il numero di piazzole di rame nel piano del circuito, può portare al fallimento di una scheda di circuito.

Identificare se tali problemi derivano da negligenza o da modifiche involontarie nei file di progettazione può richiedere tempo e un'attenta indagine. Se non si affrontano diligentemente questi problemi, le conseguenze possono essere catastrofiche. Di conseguenza, un esame meticoloso dei file di progettazione è di fondamentale importanza.

Via Cap Oil

L'olio di copertura delle vie, noto anche come olio di copertura delle vie, è una tecnica utilizzata nella produzione di circuiti stampati in cui la Vias su PCB sono coperti da una maschera di saldatura per evitare che vengano esposti. A differenza del riempimento dei via, l'olio di copertura dei via copre solo la circonferenza anulare dei vias. Quando l'intera via viene ricoperta, si parla di riempimento o tamponamento.

I produttori utilizzano comunemente l'olio via cap come processo di soldermask per proteggere le schede dei circuiti. Questo metodo viene spesso utilizzato in combinazione con il riempimento epossidico o con il riempimento della maschera, tenendo in considerazione la Costo di produzione del PCB. Tra le varie tecniche di bumping via, il bumping LPISM è considerato l'approccio più conveniente.

Vias a tenuta stagna creati con soldermask
Vias a tenuta stagna creati con soldermask

Diga a saldare

Il SolderMask Dam, noto anche come solder mask gap, è un componente cruciale nella progettazione dei PCB. Il suo scopo principale è quello di garantire una distanza adeguata tra le caratteristiche della superficie di saldatura per evitare la formazione di ponti di saldatura. In genere, la distanza della diga di saldatura è pari alla metà della larghezza del passo del conduttore. Tuttavia, nei casi in cui si utilizzano modelli conduttivi sottili inferiori a 100 µm, questa regola può essere attenuata per soddisfare i requisiti specifici del progetto.

diga della maschera di saldatura
Maschera di saldatura DAM

Apertura della maschera di saldatura

L'apertura della maschera di saldatura è una caratteristica fondamentale nella progettazione dei circuiti stampati che consente di esporre i circuiti per l'applicazione della pasta di saldatura durante il processo di saldatura. In genere viene realizzata rimuovendo lo strato di maschera di saldatura sulla superficie esterna del PCB in aree specifiche. L'accuratezza di queste aperture è di estrema importanza, poiché eventuali imprecisioni possono causare l'esposizione involontaria di rame che non dovrebbe essere stampato con la pasta saldante. Questo può portare a problemi quali cortocircuito del circuito stampato, corrosione o danni alle tracce del circuito.

Apertura della maschera di saldatura
Apertura della maschera di saldatura

Copertura o estensione della maschera di saldatura

Questa specifica, nota anche come rigonfiamento della maschera di saldatura, può avere valori positivi, nulli o negativi.

  • Estensione positiva della maschera di saldatura: Quando c'è una distanza tra il bordo della maschera di saldatura e il perimetro esterno esposto della piazzola, si parla di estensione o rigonfiamento positivo della maschera di saldatura. In questo modo si garantisce che la piazzola sia adeguatamente coperta dalla maschera di saldatura, fornendo protezione e prevenendo ponti di saldatura involontari.
  • Estensione della maschera di saldatura pari a zero: Quando non ci sono spazi o distanze tra la maschera di saldatura e la piazzola, si considera un'estensione della maschera di saldatura pari a zero. Ciò significa che la maschera di saldatura si allinea esattamente con i confini della piazzola.
  • Estensione della maschera di saldatura negativa: In alcuni casi, la maschera di saldatura può estendersi oltre i confini della piazzola, sovrapponendosi a una parte della piazzola. Si tratta della cosiddetta estensione negativa della maschera di saldatura. In genere viene utilizzata per fornire una copertura aggiuntiva della maschera di saldatura in aree in cui è necessaria una maggiore protezione, come i circuiti ad alta densità o le aree soggette a potenziali ponti di saldatura.
Copertura della maschera di saldatura

Note applicative

Quando si applica una maschera di saldatura a un circuito stampato, è fondamentale garantire un isolamento adeguato tra gruppi di piazzole di contatto, come quelle situate sotto i conduttori dei microcircuiti, e altri elementi conduttivi come vias, piazzole di contatto e conduttori.

Questo isolamento serve a ridurre al minimo il tempo e lo sforzo necessari durante il processo di saldatura. Senza un adeguato isolamento, possono formarsi piccoli ponti di saldatura tra piazzole di contatto adiacenti, con conseguenti complicazioni e tempi aggiuntivi per il rilevamento e l'eliminazione. Il mancato rilevamento di tali ponti di saldatura può provocare cortocircuiti, causando problemi di funzionamento o addirittura il guasto del componente.

Oltre a facilitare una corretta saldatura, la maschera di saldatura funge da strato protettivo per la superficie del PCB. Protegge la scheda dagli effetti potenzialmente corrosivi dei rivestimenti chimici aggressivi applicati durante i processi di saldatura, compresi i metodi chimici e chimico-tecnologici.

È importante notare che, sebbene la maschera di saldatura fornisca una certa protezione, non protegge il PCB dall'umidità in condizioni operative difficili a causa della sua natura igroscopica. Per la protezione dall'umidità, in questi casi, sono disponibili rivestimenti organici specializzati, spesso denominati rivestimenti conformali nella letteratura tecnica.

Secco o liquido

La scelta tra maschera di saldatura a secco e liquida dipende principalmente dal requisito di "hole tenting", che si riferisce alla sovrapposizione o alla copertura dei fori su un PCB.

Gli obiettivi della tenda a buca sono i seguenti:

  • Isolamento durante l'assemblaggio per evitare il contatto tra il modello conduttivo e i componenti con superfici conduttive (metalliche).
  • Protezione della colonna di rame dei vias placcati da fattori ambientali aggressivi, quali soluzioni di decapaggio, liquidi di lavaggio, flussanti, ecc.
 

Vantaggi della maschera a saldare liquida:

  • Economicità del processo di produzione grazie al basso consumo di materiale specifico, che consente la formazione di strati protettivi sottili di circa 30 µm (anche su aree di rilievo relativamente alte, fino a 70 µm).
  • Adesione comparativamente più elevata rispetto alle maschere di saldatura a secco, poiché il materiale liquido viene applicato allo stato liquido.
  • Possibilità di creare ponticelli stretti con una larghezza fino a 0,15 mm o anche inferiore.
  • Resistenza alle soluzioni alcaline calde e concentrate dopo la polimerizzazione finale, soprattutto alle soluzioni utilizzate nel processo di doratura a immersione in tutte le fasi.

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