Es scheint keine direkte Korrelation zwischen mit Lötstopplack verstopften Leiterplatten‑Vias (gedruckte Leiterplatte) und dem Via‑Kupfer zu bestehen. Allerdings kann schlecht ausgeführtes Lötstopplack‑Verstopfen zu zerstörerischen Ergebnissen auf Leiterplatten führen. Als eine spezielle Technologie für Schablonendruck entwickelt sich die Lötstopplack‑Verstopfungstechnologie für die Leiterplattenherstellung mit der Anwendung und dem ständigen Fortschritt der SMT (Surface‑Mount‑Technologie). Das Verstopfen von Vias weist die folgenden Merkmale auf:
• Unter allen Vias auf Leiterplatten müssen die meisten nicht freiliegen, mit Ausnahme von Bauteil-Durchsteckvias, Wärmeableitungs‑Vias und Test‑Vias. Das Verstopfen der Vias mit Lötstoppmaske verhindert, dass Flussmittel oder Lotpaste in der späteren Bestückungsphase durch die Vias auf die Bauteilseite gelangt, da dies möglicherweise zu Kurzschlüssen führen kann. Außerdem kann durch den Einsatz der Lötstoppmasken‑Plugging‑Technologie Lotpaste eingespart werden.
• Das Verstopfen von Vias mit Lötstoppmaske entspricht den Anforderungen der SMT und verhindert, dass Klebstoff, der sich auf der Oberfläche von Bauteilen wie ICs (integrierten Schaltkreisen) befindet, durch Vias abfließt.
• Die Lötstoppmasken-Verstopfungstechnologie verhindert, dass Flussmittel, Chemikalien oder Feuchtigkeit in den engen Zwischenraum zwischen BGA-Bauteilen und Leiterplatten eindringen, und verringert so das Zuverlässigkeitsrisiko, das durch die erschwerte Reinigung entsteht.
• Um den Anforderungen automatisierter Montagelinien gerecht zu werden, muss manchmal ein Vakuum eingesetzt werden, um Leiterplatten (PCB) zum Transport oder zur Inspektion anzusaugen. Daher müssen Vias mit Lötstopplack verschlossen werden, um ein Vakuumleck zu verhindern, das möglicherweise zu einem lockeren Halt führt.
Ursachen für schlecht ausgeführtes Lötstoppmasken-Verstopfen
Eine der Ursachen für schlecht ausgeführtes Lötstoppmasken-Verstopfen liegt in unvollständigem oder unzureichendem Lötstoppmasken-Verstopfen.
Unvollständiges oder unzureichendes Lötstoppmasken-Verstopfen bezeichnet eine Situation, in der sich am oberen Teil der Vias kein Lötstoppmaskenlack befindet, während sich am unteren Teil nur eine geringe Menge Lötstoppmaskenlack befindet.
Ein weiteres Beispiel für unvollständiges oder unzureichendes Lötstoppmasken-Verstopfen zeigt, dass sich auf der linken Seite der Via Lötstoppmaske befindet, während sich auf der rechten Seite der Via von der Via-Öffnung aus ein sogenanntes Lufteinschlussloch entlang der Lochwand nach unten ausdehnt. Es dehnt sich dann zur linken Seite der Via-Wand hin aus, wenn es sich dem mittleren Teil der Via nähert, wobei ein Querschnitt entsteht. Das Via-Kupfer bricht fast an der Schnittstelle zwischen dem Querschnitt und dem Kupfer der Via-Wand.
Ursachen für das Brechen oder die Dünnheit von Durchkontaktierungen aus Kupfer
Sobald eine unvollständige oder unzureichende Lötstoppmaskenverfüllung auftritt, kann in späteren Fertigungsschritten der Leiterplatte Mikroätzlösung oder Säurelösung in die Vias eindringen. Die Vias sind in der Regel klein, mit einem Durchmesser von weniger als 0,35 mm. Wenn eine Verfüllung mit Lötstoppmaske erfolgt, bleibt kein oder nur wenig Lötstoppmaskenlack für die Abdeckung an der Via-Öffnung übrig, während sich Lötstoppmaske in der Mitte des Vias oder am Boden des Vias befindet, sodass es keine Durchgangswege für die Lösungen innerhalb der Vias gibt. Die Lösungen können sich nur an der Schnittstelle zwischen Lötstoppmaske und Via-Wand verbergen und lassen sich nicht entfernen, was schließlich zu Kupferbruch oder -dünnung im Via führt.
Schäden durch Bruch oder zu geringe Dicke von Vias infolge schlecht ausgeführter Lötstoppmasken-Verfüllung
a.Wenn das Kupfer an der Innenseite der Durchkontaktierung so dünn wird, erreicht der Widerstand den Milliohm-Bereich. Mit der angewandten Zweileitermessmethode kann dies nicht mehr nachgewiesen werden, sodass fehlerhafte Produkte unentdeckt bleiben.
Wenn der elektrische Test das Problem der geringen Kupferdicke in den Vias nicht aufdeckt, wird das dünne Kupfer aufgrund des Hochtemperaturbetriebs und der Z-Achsen-Ausdehnung in der PCBA-Phase (Printed Circuit Board Assembly), die Lötprozesse umfasst, abreißen. Infolgedessen werden elektronische Produkte unter unzureichender Funktionsausführung leiden oder ihre Funktionen können bei langfristiger Nutzung durch die Kunden möglicherweise instabil werden. Handelt es sich um dünnes Via-Kupfer, das nicht vollständig gebrochen ist, kann dies mit herkömmlichen Inspektionsmethoden, einschließlichAOI,AXIund Sichtprüfung. Sobald dies festgestellt wird, müssen alle Produkte, die zu derselben Produktionscharge gehören, verschrottet werden, was zu großen Verlusten führt.
b.Was den Bruch von Durchkontaktierungen oder ringförmige Unterbrechungen betrifft, sind Leiterplattenhersteller in der Lage, diese durch elektrische Tests zu finden. Dennoch gibt es ein Problem: Das Ätzen des Kupfers mittels Mikroätzlösung ist ein so langwieriger Prozess, dass der Fehler erst auftritt, wenn das Produkt bereits beim Kunden ist. Das bedeutet, dass ein Bruch der Via-Kupferschicht nur von den Kunden entdeckt werden kann, die lediglich einen instabilen Betriebszustand der elektronischen Produkte wahrnehmen. Wenn Kunden zum Beispiel feststellen, dass elektronische Produkte einen schwarzen Bildschirm zeigen oder hängen bleiben, kann dies möglicherweise auf einen Via-Kupferbruch zurückzuführen sein.
Lösungen
a. Aus der Perspektive des technischen Designs
Nachdem die Konstruktionsabteilung einer Leiterplattenfabrik die PCB-Design-Dateien von Kunden erhalten hat, sollte der Durchmesser der zu verstopfenden Vias und deren Anforderungen im Fokus stehen. Allgemein gesprochen sollte der Durchmesser einer zu verstopfenden Via unter 0,35 mm liegen und nicht zu groß sein, da ein zu großer Durchmesser eher zu unvollständigem oder unzureichendem Verstopfen führt. Obwohl Kunden Anforderungen an das Verstopfen von Vias stellen, legen sie in der Regel keine spezifischen Vorgaben zur Füllung der Vias fest. Entsprechend den Vorschriften der IPC ist der Füllgrad von verstopften Vias ebenfalls nicht konkret definiert. Basierend auf den Anforderungen der überwiegenden Mehrheit der Leiterplattenhersteller und meiner langjährigen Konstruktionserfahrung halte ich es für optimal, wenn verstopfte Vias einen Füllgrad von mehr als 75 % aufweisen.
b. Aus der Perspektive der Verbesserung der Lötstoppmasken‑Plugging‑Technologie
Bis jetzt beherrscht die Leiterplattenindustrie die folgenden Arten von Lötstoppmasken-Verstopfungstechnologien:
Technologie Nr. 1 Via-Verfüllung → Lötstoppmasken-Druck (Aluminiumblech beteiligt sich an der Via-Verfüllung und eine Entlüftungsplatte wird verwendet)
Technologie Nr. 2: Das Via-Verstopfen erfolgt gleichzeitig mit dem Aufdruck des Lötstopplacks.
Technologie Nr. 3 Harzverstopfung → Lötstoppmasken-Druck
Technologie#4Oberflächenfinish→ Über Einstecken
Was die Füllung durch Via-Plugging betrifft, wird empfohlen, die erste und die dritte Via-Plugging-Technologie anzuwenden, da beide Methoden zu einer hohen Füllung beitragen. Allerdings leiden sie unter komplizierten Herstellungsprozessen, bei denen Aluminiumblech und Abluftplatte erforderlich sind. Außerdem werden zwei oder mehr Drucker für den synchronen Druck benötigt, und das Platinenbrennen nimmt mehr Zeit in Anspruch.
Technologie Nr. 2 weist eine hohe Produktionseffizienz auf, ist jedoch über die Via-Füllung nur schwer zu kontrollieren. Diese Art von Technologie wird nicht empfohlen, da eine geringe Via-Füllung gemäß der Diskussion im vorherigen Abschnitt dieses Artikels zu dünnem Via-Kupfer oder zu Via-Kupferbrüchen führen kann.
Technologie Nr. 4 wird normalerweise nicht angewendet, daher wird sie im weiteren Verlauf dieses Artikels nicht besprochen.
c. Durch Öffnen eines bei der elektrischen Prüfung aufgedeckten Problems
Die Öffnungsinspektion der Vias zeigt an, ob unvollständiges oder unzureichendes Via-Verfüllen bei dünnem Via-Kupfer oder durch entstandene Kupferbrüche auftritt.
Wie bereits zuvor erörtert, ist die elektrische Prüfung selten in der Lage, dünnes Kupfer in Vias zu erkennen, eignet sich jedoch zur Untersuchung von ringförmigen Kupferunterbrechungen. Wenn während des elektrischen Tests offene Vias festgestellt werden, kann dies genutzt werden, um zu überprüfen, ob sie auf chemisch abgeschiedenes Kupfer, Galvanik oder schlecht ausgeführtes Lötstoppmasken-Via-Verstopfen zurückzuführen sind. Sobald die Ursache des Problems ermittelt ist, können entsprechende Maßnahmen anschließend aufgeführt werden.
d. Aus der Perspektive der Lötstoppmaske oder Harzqualität
Technologische Tests müssen an neuen Lötstopplacken für Via-Verfüllung und an Via-Verfüllharzen durchgeführt werden, damit deren Qualität gewährleistet werden kann. Anschließend sollten sie in Kleinserientests eingesetzt werden, um ihre Leistung und Qualität weiter zu verifizieren. Wie im vorangegangenen Teil dieses Artikels dargestellt, führt eine geringe Qualität des Lötstopplacks für Via-Verfüllung oder des Via-Verfüllharzes zu Problemen, zum Beispiel zu Lunkern/Luftblasen. Wenn Mikroätzlösung in solche Lunker eindringt, wird das Via-Kupfer nach und nach weggeätzt, was zu dünnem Via-Kupfer oder zu Kupferunterbrechungen im Via führt. Ihre Qualität darf niemals ihrem niedrigen Preis geopfert werden.
Die Anwendung der Lötstoppmaske spielt eine entscheidende Rolle bei der Leiterplattenherstellung, und die Füllung der Vias ist von großer Bedeutung, da sie das Erscheinungsbild der Produkte betrifft und mit der Qualität des Via-Kupfers in Zusammenhang steht, wenn die Via-Füllung unvollständig oder unzureichend ist. Daher sollte der praktischen Verwaltung besondere Aufmerksamkeit geschenkt werden. Insbesondere sollten geregelte Verfahren eingehalten, das Produktionsmanagement verfeinert und Prüfstandards klar definiert werden, damit die Vollständigkeit der Via-Füllung vollständig gewährleistet ist.
