Parece que no existe una correlación directa entre los orificios pasantes (vias) de PCB (placa de circuito impreso) rellenados con máscara de soldadura y el cobre de los orificios. Sin embargo, un rellenado de máscara de soldadura mal realizado puede conducir a resultados destructivos en las PCBs. Como un tipo de tecnología especial para la impresión con esténcil, la tecnología de rellenado de vias con máscara de soldadura para la fabricación de PCBs se desarrolla junto con la aplicación y el progreso constante de la SMT (tecnología de montaje superficial). El rellenado de vias presenta las siguientes características:
• Entre todas las vías en las placas PCB, la mayoría no necesitan estar expuestas, excepto las vías de inserción de componentes, las vías de disipación térmica y las vías de prueba. El taponado con máscara de soldadura evita que el flux o la pasta de soldadura queden expuestos en el lado de los componentes a través de las vías en la etapa posterior de ensamblaje de componentes, ya que esto podría provocar cortocircuitos. Además, mediante la aplicación de la tecnología de taponado con máscara de soldadura se puede ahorrar pasta de soldadura.
• El taponado de vías con máscara de soldadura es compatible con los requisitos exigidos por el SMT, evitando que el adhesivo aplicado en la superficie de componentes como los CI (circuitos integrados) se escurra a través de las vías.
• La tecnología de taponado con máscara de soldadura impide que el flux, los productos químicos o la humedad entren en el espacio estrecho entre los componentes BGA y las placas de circuito, reduciendo el riesgo de fiabilidad debido a la dificultad de limpieza.
• A veces, para satisfacer las demandas de la línea de montaje automatizada, se debe utilizar vacío para sujetar la PCB durante el transporte o la inspección. Por lo tanto, es necesario tapar los orificios pasantes con máscara de soldadura para evitar fugas de vacío que puedan provocar una sujeción deficiente.
Causas de un mal desempeño en el taponado de la máscara de soldadura
Una de las causas de un mal rendimiento en el taponado de la máscara de soldadura radica en un taponado de máscara de soldadura incompleto o insuficiente.
El enmascarado de soldadura incompleto o insuficiente se refiere a una situación en la que no hay resina de máscara de soldadura en la parte superior de las vías, mientras que solo queda una pequeña cantidad de resina de máscara de soldadura en la parte inferior.
Otro ejemplo de enmascarado de soldadura incompleto o insuficiente indica que hay máscara de soldadura en el lado izquierdo de la vía, mientras que un llamado agujero de aire se expande hacia abajo a lo largo de la pared del orificio desde la abertura de la vía en el lado derecho de la vía. Luego se expande hacia el lado izquierdo de la pared de la vía cuando se acerca a la parte media de la vía, generándose una sección transversal. El cobre de la vía casi se rompe en la intersección entre la sección transversal y el cobre de la pared de la vía.
Causas de rotura o delgadez del cobre en los orificios metalizados
Una vez que se produce un enmascarado de soldadura incompleto o insuficiente, la solución de micrograbado o la solución ácida pueden fluir hacia los orificios pasantes (vias) en el proceso de fabricación posterior de la PCB. Los vias suelen ser pequeños, con un diámetro inferior a 0,35 mm. Cuando ocurre el taponado con máscara de soldadura, queda poco o nada de aceite de máscara de soldadura para cubrir (tentar) la abertura del via, mientras que hay máscara de soldadura en el centro del via o en el fondo del via, de modo que no existen vías de paso para las soluciones dentro de los vias. Las soluciones solo pueden quedar ocultas en la intersección entre la máscara de soldadura y la pared del via, sin poder eliminarse, lo que finalmente provocará rotura o adelgazamiento del cobre del via.
Daños resultantes de la rotura del cobre del orificio o del adelgazamiento debido a un mal enmascarado de tapado con soldadura
a.Cuando el cobre se vuelve tan delgado en la parte interna de la vía, la resistencia llega al nivel de miliohmios. No puede detectarse utilizando el método de medición de dos hilos, por lo que los productos defectuosos no llegan a descubrirse.
Si la prueba eléctrica no logra detectar el problema de delgadez del cobre en los orificios metalizados, el cobre delgado se romperá debido a la operación a alta temperatura y a la expansión en el eje Z en la fase de PCBA (ensamblaje de placa de circuito impreso) que incluye el proceso de soldadura. Como resultado, los productos electrónicos sufrirán una implementación insuficiente de funciones o posiblemente se volverán inestables en su funcionamiento cuando los clientes los utilicen a largo plazo. Cuando se trata de cobre delgado en los orificios metalizados sin llegar a romperse por completo, esto no puede detectarse mediante la aplicación de métodos de inspección ordinarios, incluidosAOI,AXIy la inspección visual. Una vez que se detecta, todos los productos pertenecientes al mismo lote de producción deberán desecharse, lo que provocará grandes pérdidas.
b.En lo que respecta a la rotura del cobre del orificio pasante o a la rotura circular, los fabricantes de PCB pueden detectarla mediante pruebas eléctricas. No obstante, existe un problema: el grabado del cobre mediante una solución de micrograbado es un proceso tan largo que la falla no se manifestará hasta que el producto llegue a la etapa del cliente. Esto significa que la rotura del cobre del orificio pasante solo puede ser detectada por los clientes, quienes únicamente perciben el estado de funcionamiento inestable de los productos electrónicos. Por ejemplo, cuando los clientes observan que los productos electrónicos sufren una pantalla negra o se quedan bloqueados, es posible que esto se deba a la rotura del cobre del orificio pasante.
Soluciones
a. Desde la perspectiva del diseño de ingeniería
Después de que el departamento de ingeniería de una fábrica de fabricación de PCB recibe los archivos de diseño de PCB de los clientes, debe prestarse especial atención al diámetro de los orificios de relleno (plugging via) y a sus requisitos. En términos generales, el diámetro de un orificio de relleno debe ser inferior a 0,35 mm y no debe ser demasiado grande, ya que un diámetro excesivo tiende a provocar con mayor facilidad un relleno incompleto o insuficiente. Aunque los clientes plantean requisitos sobre el relleno de los orificios, por lo general no establecen normas específicas sobre el grado de llenado de los mismos. De acuerdo con las regulaciones de IPC, el grado de llenado de los orificios de relleno tampoco ha sido definido específicamente. Basándome en los requisitos establecidos por la mayoría de los fabricantes de PCB y en mis años de experiencia en ingeniería, considero que lo mejor es que los orificios de relleno presenten un grado de llenado superior al 75%.
b. Desde la perspectiva de la mejora de la tecnología de taponado de máscara de soldadura
Hasta ahora, la industria de PCB domina los siguientes tipos de tecnologías de enmascarado de soldadura mediante relleno:
Tecnología n.º 1 Relleno de vías mediante enchufado → Impresión de máscara de soldadura (la lámina de aluminio participa en el relleno de vías y se utiliza una placa de escape)
Tecnología n.º 2 El vía relleno se realiza mediante impresión de aceite de máscara de soldadura al mismo tiempo.
Tecnología n.º 3 Taponado con resina → Impresión de máscara de soldadura
Tecnología#4Acabado de superficie→ A través de la conexión
En lo que respecta al relleno de los orificios metalizados, se sugiere aplicar la primera y la tercera tecnología de relleno, ya que ambos métodos contribuyen a una alta plenitud. Sin embargo, presentan procesos de fabricación complicados que requieren láminas de aluminio y placas de escape. Además, se necesitan dos o más impresoras para la impresión sincrónica y el horneado de la placa lleva más tiempo.
La tecnología n.º 2 presenta una alta eficiencia de fabricación, pero es bastante difícil de controlar mediante el llenado de los orificios metalizados (vias). Este tipo de tecnología no se recomienda porque un bajo nivel de llenado de vias provocará cobre delgado en las vias o rotura del cobre en las vias, de acuerdo con lo discutido en la parte anterior de este artículo.
La Tecnología n.º 4 no suele aplicarse, por lo que no se tratará en la parte posterior de este artículo.
c. A través de la apertura de problemas expuestos en las pruebas eléctricas
La inspección de los orificios metalizados indica si se produce un taponado de vías incompleto o insuficiente cuando hay cobre delgado en la vía o se genera una rotura del cobre.
Como se ha comentado anteriormente, las pruebas eléctricas rara vez son capaces de detectar cobre delgado en los vías, pero sí pueden detectar problemas de rotura circular del cobre. Si se detectan vías abiertas durante la prueba eléctrica, se puede utilizar esta información para verificar si se debe al cobre del recubrimiento químico sin corriente, al proceso de galvanoplastia o a un taponado de vías con máscara de soldadura mal realizado. Una vez identificada la causa del problema, se pueden establecer las medidas correspondientes.
d. Desde la perspectiva de la calidad de la máscara de soldadura o de la resina
Es necesario realizar una prueba tecnológica en las nuevas vías con aceite de máscara de soldadura de relleno de vía y resina de relleno de vía para garantizar su calidad. Luego, deben utilizarse en una prueba de producción en pequeños lotes para verificar más a fondo su rendimiento y calidad. Como se describe en la parte anterior de este artículo, la baja calidad del aceite de máscara de soldadura de relleno de vía o de la resina de relleno de vía provocará algunos problemas, por ejemplo, cavidades de aire. Cuando la solución de micrograbado entra en la cavidad de aire, el cobre de la vía se irá grabando lentamente hasta que el cobre de la vía quede muy delgado o se produzca una rotura del cobre de la vía. Su calidad nunca puede verse comprometida por su bajo costo.
La aplicación de la máscara de soldadura desempeña un papel clave en la fabricación de PCB, y la plenitud del rellenado de los orificios pasantes es sumamente importante porque está relacionada con la apariencia de los productos y con problemas de calidad del cobre en los orificios pasantes debidos a un rellenado incompleto o insuficiente. Como resultado, se debe prestar una atención extraordinaria a la gestión práctica. En concreto, se deben cumplir los procedimientos regulados; se debe perfeccionar la gestión de la fabricación; y se deben aclarar las normas de inspección para que la plenitud del rellenado de los orificios pasantes quede plenamente garantizada.
