Durchkontaktierungen (Vias) spielen eine Rolle bei der Herstellung elektrischer Verbindungen zwischen den Lagen einer Leiterplatte (PCB, Printed Circuit Board). Die Herstellung der Lötstoppmaske für Durchkontaktierungen musste bisher nicht besonders hervorgehoben werden. Mit dem Entwicklungstrend hin zu Leichtbau, Dünnheit und Miniaturisierung elektronischer Produkte bewegt sich die Leiterplatte jedoch zunehmend in Richtung höherer Packungsdichte. Darüber hinaus hat der rasche Fortschritt von Verpackungstechnologien wie SMT (Surface Mount Technology), BGA (Ball Grid Array), QFP (Quad Flat Package) usw. dazu geführt, dass Kunden höhere Anforderungen an mit Lötstoppmaske verstopfte Vias stellen.
Das Verstopfen von Durchkontaktierungen mit Lötstoppmaske erfüllt die folgenden Funktionen:
a. Es ist in der Lage, während des Wellenlötens zu verhindern, dass Zinn auf der Leiterplatte durch die Durchkontaktierungen dringt und auf der Bauteiloberfläche freiliegt, nachdem die Bauteile auf der Leiterplatte montiert wurden.
b. Es ist in der Lage, das üblicherweise in Durchkontaktierungen verbleibende Flussmittelproblem wirksam zu beseitigen und die Produktsicherheit weiter zu verbessern.
c. Nach der Montage der Komponenten entsteht am Prüfer ein Vakuumunterdruckzustand.
d. Es ist in der Lage, zu verhindern, dass das Lotpaste auf der Oberfläche in das Durchkontaktierungsloch fließt, wodurch eine leere Lötstelle entsteht.
e. Es ist in der Lage, die Bildung von Lotkugeln in Durchkontaktierungen zu verhindern und darüber hinaus Kurzschlüsse zu vermeiden, die durch das Auswerfen von Zinnkugeln während des Reflow-Lötens entstehen.
Einführung in die Fertigungstechnologie von lötstoppmaskenverfüllten Vias
Der Herstellungsprozess des Lötstopfens für Durchkontaktierungen umfasst in der Regel das Verstopfen der Vias, das Aufbringen der Lötstoppmaske auf die Leiterplatte, das Vorbacken, die Belichtung, die Entwicklung und das Aushärten. Der Herstellungsprozess ist so lang und schwer zu kontrollieren, dass die Produktqualität nur selten gewährleistet werden kann.
Im Vergleich zur herkömmlichen Lötstoppmasken-Applikationstechnologie weist die Herstellung von Lötstoppmasken mit verstopften Vias dieselben Prozessschritte auf, mit Ausnahme des Siebdrucks und der Nachhärtung. Daher liegt der entscheidende Punkt zur Optimierung des Herstellungsprozesses von Lötstoppmasken mit verstopften Vias in einer angemessenen Überwachung und Steuerung in Bezug auf Siebdruck und Nachhärtung.
Der Siebdruck für lötstoppverfüllte Vias erfolgt hauptsächlich auf zwei Arten: Aluminiumschablone und Siebdruck. Die Vorteile der Aluminiumschablone umfassen: geringe Verformung und präzise Ausrichtung beim Siebdruck, während sie jedoch einen längeren Prozessablauf und eine vergleichsweise niedrige Produktionseffizienz aufweist. Siebdruck bezeichnet den Prozess, bei dem Lötstopplack durch den Siebdruck in die Via-Bohrung fließt. Der wesentliche Vorteil dieser Methode liegt in der hohen Produktionseffizienz, da das Aufbringen des Lötstopplacks auf die Leiterplatte und das Verfüllen der Vias mit Lötstopplack synchron durchgeführt werden. Allerdings unterliegt das Sieb einer starken Verformung, wodurch die Ausrichtung schwer zu kontrollieren ist. Wenn die Kompensationsmenge schlecht gesteuert wird oder das Bedienpersonal während des Siebdrucks keine angemessene Kontrolle ausübt, tritt das Problem einer unzureichenden Lötstoppverfüllung auf.
Die Nachhärtung hängt in erster Linie von Härtungstemperatur und -dauer ab. Leiterplatten mit verschlossenen Durchkontaktierungen sind auf segmentierte Härtung angewiesen, während solche ohne auf eine einmalige Härtung angewiesen sind.
Aktuelle Fertigungstechnologie
• Siebdruck
a. Aluminiumblech. Mit einem Bohrer in derselben Größe wie das Bohrwerkzeug werden Löcher gebohrt.
b. Siebdruck. Es sind keine spezifischen Anforderungen festgelegt, und die Bediener haben keine Richtlinien.
• Nachhärtung
Parameter für die Nachhärtung: 80 °C für 30 Minuten, 120 °C für 30 Minuten und 150 °C für 60 Minuten.
Am häufigsten auftretende Probleme im Herstellungsprozess von lötstoppmaskenverfüllten Vias
Zu den am häufigsten auftretenden Problemen im Herstellungsprozess von lötstoppmaskenverfüllten Vias gehören:
a. Lötstoppmaske mit unzureichender Ausfüllung, wobei am Rand der Durchkontaktierung Kupfer freiliegt.
b. Ebenheit wird an Durchkontaktierungen mit verlöteter Lötstoppmaske nicht erreicht, und das Lötstopplack ist beim BGA-Gehäuse ungleichmäßig.
c. Die Lötstoppmaske in den Öffnungen weist nach der Anwendung von HASL (Heißluftverzinnung) Blasenbildung und Ablösungen auf.Oberflächenfinish.
Gründe für Probleme und Verbesserungsmaßnahmen
Problem Nr. 1: Lötstopplack-Verstopfung weist eine schlechte Füllung auf, wobei Kupfer an der Öffnung freiliegt.
• Ursachenanalyse.
Für das Verstopfen von Vias wird eine unzureichende Menge an Lötstopplack verwendet, sodass einige Bereiche der Vias nicht mit Lötstopplack bedeckt sind und an einigen Stellen Kupfer der Via-Löcher freiliegt. Beim Siebdruckprozess treten Vias in folgenden zwei Situationen auf: gleiche oder ähnliche Via-Durchmesser und stark unterschiedliche Durchmesser. Je kleiner die Via-Löcher sind, desto größer ist der Widerstand, dem der Lötstopplack ausgesetzt ist, und desto schwieriger wird das Verstopfen der Vias mit Lötstopplack.
• Verbesserungsmaßnahmen.
Die Öffnung der Aluminiumschablone sollte optimiert und die Verfahren für das verlötstoppmaskengefüllte Via in der Fertigung sollten geregelt werden.
Problem Nr. 2: Ebenheit wird an den mit Lötstoppmaske verstopften Durchkontaktierungen nicht erreicht und das Lötstoppmaskenöl ist beim BGA-Gehäuse ungleichmäßig.
• Ursachenanalyse.
Der folgende Herstellungsprozess macht uns bewusst, dass Unebenheiten am Rand der Durchkontaktierungsbohrung nach der Belichtung auf der Leiterplatte mit lötstoppgefüllter Via nicht auftreten, sondern erst nach dem Nachhärten. Weitere Untersuchungen zeigen, dass der wesentliche Grund für die Unebenheit darin liegt, dass flüchtige Substanzen sich in der Lötstoppmaske ausdehnen und die Lötstoppmaske verdrängen. Um den Druckvorgang zu erleichtern, wird bei der Herstellung der Lötstoppmaske ein Lösungsmittel zugesetzt, sodass dieses Lösungsmittel vor der Hochtemperaturhärtung der Lötstoppmaske so weit wie möglich verflüchtigt werden muss.
• Verbesserungsmaßnahmen.
Die Parameter für die Nachhärtung sollten angepasst und die Aushärtungszeit entsprechend verlängert werden. Flüchtige Substanzen im Lötstopplack sollten vor der Hochtemperaturhärtung so weit wie möglich reduziert werden.
Problem Nr. 3: Lötstoppmaske in den Öffnungen weist nach der Anwendung der HASL-Oberflächenveredelung Blasenbildung und Ablösungen auf.
• Ursachenanalyse.
Ohne Berücksichtigung von Faktoren in Bezug auf Lötstopplack, treten Blasenbildung und Ablösungen des Lacks in der Regel in zwei Situationen auf. Erstens erhält das Kupfer eine mangelhafte Vorbehandlung, wodurch die Haftfähigkeit zwischen Kupfer und Lötstopplack schlecht ist. Zweitens ist die Aushärtung des Lötstopplacks unzureichend, was zu einer verringerten Hitzebeständigkeit des Lötstopplacks führt. Der erste Grund kann ausgeschlossen werden, da die Leiterplatten unter denselben Vorbehandlungsbedingungen gefertigt werden.
• Verbesserungsmaßnahmen.
In Übereinstimmung mit den Eigenschaften der Lötstoppmaske bei der Via-Verstopfungsfertigungstechnologie sollten die Parameter für die Hochtemperaturphase in der Nachhärtungsphase so angepasst werden, dass das Lötstoppmaskenmaterial an den Öffnungen der Vias vollständig ausgehärtet ist.
Zusammenfassend lassen sich wirksame Maßnahmen zur Verbesserung der Fertigungstechnologie für lötstoppmaskenverfüllte Vias wie folgt zusammenfassen:
a. Der Schlüssel zur Kontrolle der Herstellung von lötstoppmaskenverfüllten Vias liegt in der Parametereinstellung für den Siebdruck und die anschließende Aushärtung.
b. Die Herstellung der Schablonenöffnungen auf Aluminiumblech spielt eine wichtige Rolle beim Siebdruck, und der Durchmesser der Schablonenöffnung sollte im Bereich von 0,4 mm bis 0,45 mm liegen.
c. Beim Verstopfen der Lötstoppmaske durch Siebdruck sollten die Durchkontaktierungen einmal gefüllt werden, um zu verhindern, dass Luft in die Lötstoppmaskenfüllung eindringt.
d. Während der Nachhärtung sollte die Aushärtezeit bei niedriger Temperatur ausreichend lang sein, damit die flüchtigen Substanzen in der Lötstoppmaske vollständig verdampfen.
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