I fori di via svolgono un ruolo nel contribuire alla connessione elettrica tra gli strati nel PCB (circuito stampato). La produzione della solder mask per i fori di via non richiedeva un’attenzione particolarmente speciale. Tuttavia, con la tendenza allo sviluppo di prodotti elettronici leggeri, sottili e miniaturizzati, i PCB hanno iniziato a evolversi verso una densità sempre più elevata. Inoltre, il rapido progresso delle tecnologie di packaging come SMT (surface mount technology), BGA (ball grid array), QFP (quad flat package) ecc. ha portato i clienti a richiedere requisiti più elevati per i via tappati con solder mask.
La mascheratura saldante che tappa i fori via presenta le seguenti funzioni:
a. È in grado di impedire allo stagno sulla scheda PCB di attraversare i fori passanti ed essere esposto sulla superficie dei componenti durante la saldatura a onda dopo che i componenti sono stati montati sulla scheda.
b. È in grado di eliminare in modo efficace il problema del flussante che di solito rimane come residuo all'interno dei fori passanti, migliorando ulteriormente la sicurezza dei prodotti.
c. Dopo l'assemblaggio dei componenti, sul tester si forma uno stato di vuoto a pressione negativa.
d. È in grado di impedire alla pasta saldante sulla superficie di fluire nel foro di via, evitando così la formazione di saldature vuote.
e. È in grado di impedire la formazione di sfere di saldatura all'interno dei fori passanti e, inoltre, di evitare che si generino cortocircuiti dovuti all'espulsione di sfere di stagno durante la saldatura a rifusione.
Introduzione alla tecnologia di produzione dei fori metallizzati tappati con solder mask
Il processo di produzione della maschera saldante per l’otturazione dei fori via di solito comprende l’otturazione dei via, l’applicazione della maschera saldante sul PCB, il pre-essiccamento, l’esposizione, lo sviluppo e la polimerizzazione. Il processo di produzione è così lungo e difficile da controllare che la qualità del prodotto può essere raramente garantita.
Rispetto alla tecnologia ordinaria di applicazione della solder mask, la produzione di fori passanti riempiti con solder mask condivide procedure equivalenti, ad eccezione della serigrafia e della post-polimerizzazione. Pertanto, il punto essenziale per ottimizzare il processo di produzione dei fori passanti riempiti con solder mask risiede in un monitoraggio e una gestione adeguati in termini di serigrafia e post-polimerizzazione.
La serigrafia per la tappatura dei via con solder mask avviene principalmente in due modi: tramite lamiera di alluminio e tramite serigrafia. I vantaggi della lamiera di alluminio includono: ridotta deformazione su piccola scala e allineamento accurato nella stampa serigrafica, sebbene presenti un processo più lungo e un’efficienza produttiva relativamente bassa. La serigrafia si riferisce al processo durante il quale il solder mask fluisce nel foro via attraverso la stampa serigrafica. Il vantaggio essenziale di questo metodo risiede nell’elevata efficienza produttiva dovuta all’esecuzione sincrona dell’applicazione del solder mask sulla scheda e della tappatura con solder mask dei fori via. Tuttavia, il telaio serigrafico subisce una grande deformazione con un allineamento difficile da controllare. Quando la quantità di compensazione è mal controllata o gli operatori non riescono a mantenere un controllo adeguato durante la stampa serigrafica, si verifica un problema di insufficiente tappatura con solder mask.
La post-polimerizzazione è principalmente associata alla temperatura e al tempo di polimerizzazione. Le schede con fori via tappati dipendono dalla polimerizzazione a segmenti, mentre quelle senza dipendono dalla polimerizzazione in un unico periodo.
Tecnologia di produzione attuale
• Stampa serigrafica
a. Lamiera di alluminio. Si utilizza un trapano con una punta di dimensioni equivalenti allo strumento di foratura per praticare i fori.
b. Serigrafia. Non è stato chiarito alcun requisito specifico e gli operatori non hanno linee guida.
• Post-curing
Parametri per la post-polimerizzazione: 80°C per 30 minuti, 120°C per 30 minuti e 150°C per 60 minuti.
Problemi più comuni riscontrati nel processo di produzione dei via tappati con solder mask
I problemi più comunemente riscontrati nel processo di produzione dei fori via tappati con solder mask includono:
a. Il riempimento della maschera di saldatura presenta una scarsa pienezza con rame esposto sul bordo del via.
b. La planarità non è ottenuta nei fori via con solder mask tappata e il solder mask è irregolare nel package BGA.
c. L’olio della maschera di saldatura nelle aperture presenta bolle e distacchi dopo l’applicazione dell’HASL (livellamento della saldatura ad aria calda)finitura superficiale.
Motivi dei problemi e misure di miglioramento
Problema n. 1: Il riempimento della maschera di saldatura presenta scarsa pienezza con rame esposto all’apertura.
• Analisi delle ragioni.
Per la tappatura dei via viene utilizzata una quantità insufficiente di solder mask, con il risultato che alcune parti dei fori via non sono coperte da solder mask e il rame in alcune zone del foro via rimane esposto. Durante il processo di stampa della serigrafia, i fori via si presentano nelle seguenti due situazioni: diametri dei fori via uguali o simili e diametri notevolmente diversi. Quanto più piccoli sono i fori via, tanto maggiore sarà la resistenza sopportata dalla solder mask e più difficile sarà la tappatura con solder mask.
• Misure di miglioramento.
L’apertura del foglio di alluminio dovrebbe essere ottimizzata e le operazioni di riempimento delle vias con solder mask in fase di produzione dovrebbero essere regolamentate.
Problema n. 2: La planarità non viene raggiunta nei fori via con solder mask tappata e il resist saldante è irregolare sul package BGA.
• Analisi delle cause.
Il seguente processo di produzione ci permette di constatare che l’irregolarità di planarità non si verifica sul bordo del foro via dopo l’esposizione sul PCB con via tappato con solder mask, mentre si manifesta dopo la post-polimerizzazione. Ulteriori ricerche indicano che la causa essenziale dell’irregolarità di planarità risiede nel fatto che le sostanze volatili si espandono all’interno dell’olio della solder mask e spingono via l’olio della solder mask. Per rendere la stampa più agevole, quando i produttori realizzano l’olio della solder mask, vi aggiungono un solvente, che deve quindi essere fatto volatilizzare il più possibile prima della polimerizzazione ad alta temperatura dell’olio della solder mask.
• Misure di miglioramento.
I parametri per la post-polimerizzazione devono essere modificati prolungando adeguatamente il tempo di polimerizzazione. Le sostanze volatili presenti nell’olio della solder mask devono essere ridotte il più possibile prima della polimerizzazione ad alta temperatura.
Problema n. 3: La vernice della maschera di saldatura dei fori presenta bolle e distacchi dopo l’applicazione del trattamento superficiale HASL.
• Analisi delle cause.
Senza prendere in considerazione gli elementi relativi alla vernice solder mask, le bolle d’olio e il distacco si verificano solitamente in due situazioni. La prima è che il rame riceve un pretrattamento scadente e la capacità di adesione tra rame e vernice solder mask è insufficiente. L’altra è una polimerizzazione insufficiente della vernice solder mask, che porta a una riduzione della resistenza al calore della vernice stessa. La prima causa può essere esclusa perché i circuiti stampati sono prodotti con le stesse condizioni di pretrattamento.
• Misure di miglioramento.
In conformità alle caratteristiche della tecnologia di produzione dei fori via tappati con solder mask, i parametri dovrebbero essere modificati per la fase ad alta temperatura nella fase di post-polimerizzazione, in modo che il solder mask sia completamente polimerizzato all’interno delle aperture dei fori via.
In conclusione, le misure efficaci per migliorare la tecnologia di produzione dei fori metallizzati tappati con solder mask possono essere riassunte come segue:
a. La chiave per controllare la produzione di fori via tappati con solder mask risiede nell’impostazione dei parametri per la stampa serigrafica e la post-polimerizzazione.
b. La realizzazione delle aperture dello stencil su lamiera di alluminio svolge un ruolo significativo nella stampa serigrafica e il diametro delle aperture dello stencil dovrebbe essere compreso tra 0,4 mm e 0,45 mm.
c. Durante l’otturazione della maschera saldante tramite serigrafia, i fori via devono essere riempiti una volta per impedire all’aria di entrare nell’otturazione della maschera saldante.
d. Durante la post-polimerizzazione, il tempo di polimerizzazione a bassa temperatura deve essere mantenuto sufficiente affinché le sostanze volatili nella solder mask volatilizzino completamente.
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