ดูเหมือนไม่มีความสัมพันธ์โดยตรงระหว่างการอุดรูผ่าน (via) ของแผ่นวงจรพิมพ์ (PCB) ด้วยซอลเดอร์มาสก์กับทองแดงของรูผ่าน อย่างไรก็ตาม การอุดรูผ่านด้วยซอลเดอร์มาสก์ที่ทำได้ไม่ดีอาจนำไปสู่ผลลัพธ์ที่สร้างความเสียหายต่อแผ่น PCB ได้ ในฐานะเทคโนโลยีพิเศษประเภทหนึ่งสำหรับการพิมพ์สเตนซิล เทคโนโลยีการอุดรูผ่านด้วยซอลเดอร์มาสก์สำหรับการผลิต PCB ได้พัฒนาขึ้นพร้อมกับการประยุกต์ใช้และความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่องของ SMT (surface mount technology) การอุดรูผ่านมีลักษณะดังต่อไปนี้:
• ท่ามกลางวิอาทั้งหมดบนแผงวงจรพิมพ์ (PCB) ส่วนใหญ่ไม่จำเป็นต้องเปิดเผย ยกเว้นวิอาสำหรับเสียบขาอุปกรณ์ วิอาระบายความร้อน และวิอาทดสอบ การอุดวิอาด้วยซอลเดอร์มาสก์ช่วยป้องกันไม่ให้ฟลักซ์หรือครีมประสานถูกเปิดออกมาทางด้านอุปกรณ์ผ่านวิอาในขั้นตอนการประกอบอุปกรณ์ภายหลัง เนื่องจากอาจทำให้เกิดการลัดวงจรได้ นอกจากนี้ การใช้เทคโนโลยีการอุดวิอาด้วยซอลเดอร์มาสก์ยังช่วยประหยัดครีมประสานได้อีกด้วย
• การอุดรูผ่านด้วยซอลเดอร์มาสก์เข้ากันได้กับข้อกำหนดที่กำหนดโดย SMT โดยช่วยป้องกันไม่ให้กาวที่ติดอยู่บนผิวหน้าของชิ้นส่วนต่าง ๆ เช่น IC (วงจรรวม) ไหลออกผ่านรูผ่าน
• เทคโนโลยีการอุดด้วยซอลเดอร์มาสก์ช่วยป้องกันไม่ให้ฟลักซ์ สารเคมี หรือความชื้นเข้าสู่ช่องว่างแคบระหว่างชิ้นส่วน BGA กับแผงวงจร ลดความเสี่ยงด้านความน่าเชื่อถือที่เกิดจากความยากลำบากในการทำความสะอาด
• บางครั้งเพื่อให้เป็นไปตามความต้องการของสายการประกอบอัตโนมัติ จำเป็นต้องใช้สุญญากาศในการดูดจับแผ่น PCB สำหรับการขนย้ายหรือการตรวจสอบ ดังนั้นจึงต้องอุดรูเวียด้วยซอลเดอร์มาสก์เพื่อป้องกันการรั่วไหลของสุญญากาศซึ่งอาจทำให้การยึดจับไม่แน่นหนา
สาเหตุของการอุดหน้ากากบัดกรีที่ทำได้ไม่ดี
สาเหตุประการหนึ่งของการอุดหน้ากากบัดกรีที่มีประสิทธิภาพไม่ดีเกิดจากการอุดหน้ากากบัดกรีที่ไม่สมบูรณ์หรือไม่เพียงพอ
การอุดหน้ากากบัดกรีที่ไม่สมบูรณ์หรือไม่เพียงพอ หมายถึงสถานการณ์ที่ไม่มีน้ำมันหน้ากากบัดกรีอยู่บริเวณส่วนบนของรู via ในขณะที่มีน้ำมันหน้ากากบัดกรีหลงเหลืออยู่เพียงเล็กน้อยที่บริเวณส่วนล่าง
ตัวอย่างอีกกรณีหนึ่งของการอุดหน้ากากบัดกรีที่ไม่สมบูรณ์หรือไม่เพียงพอ แสดงให้เห็นว่ามีหน้ากากบัดกรีอยู่ทางด้านซ้ายของเวีย ในขณะที่รูอากาศที่เรียกกันว่าขยายตัวลงด้านล่างตามผนังรูจากช่องเปิดเวียทางด้านขวาของเวีย จากนั้นมันจะขยายตัวไปทางด้านซ้ายของผนังเวียเมื่อเข้าใกล้ส่วนกลางของเวียซึ่งมีการสร้างหน้าตัดขึ้น ทองแดงของเวียเกือบขาดออกจากกันที่จุดตัดระหว่างหน้าตัดกับทองแดงผนังเวีย
สาเหตุที่ทำให้ทองแดงในเวียขาดหรือบาง
เมื่อเกิดการอุดรูด้วยมาส์กประสานที่ไม่สมบูรณ์หรือไม่เพียงพอขึ้น สารละลายไมโครเอทช์หรือสารละลายกรดอาจไหลเข้าสู่เวียในกระบวนการผลิตแผ่นวงจรพิมพ์ (PCB) ขั้นต่อมา เวียมักมีขนาดเล็ก โดยมีเส้นผ่านศูนย์กลางน้อยกว่า 0.35 มม. เมื่อเกิดการอุดรูด้วยมาส์กประสาน จะไม่เหลือหรือน้ำมันมาส์กประสานเหลือน้อยมากสำหรับการเคลือบปิดที่ปากเวีย ในขณะที่ยังมีมาส์กประสานอยู่ตรงกลางเวียหรือที่ก้นเวีย ทำให้ไม่มีทางให้สารละลายภายในเวียไหลผ่านได้ สารละลายจึงสามารถซ่อนตัวอยู่ได้เพียงบริเวณรอยต่อระหว่างมาส์กประสานกับผนังเวีย ไม่สามารถกำจัดออกได้ ซึ่งท้ายที่สุดจะทำให้ทองแดงในเวียขาดหรือบางลง
ความเสียหายที่เกิดจากการแตกของทองแดงในเวียหรือความบางลงเนื่องจากการอุดมาส์กประสานที่ทำได้ไม่ดี
a.เมื่อทองแดงบางลงมากที่ด้านในของเวีย ค่าความต้านทานจะอยู่ในระดับมิลลิโอห์ม ซึ่งไม่สามารถตรวจวัดได้ด้วยวิธีการวัดแบบสองสาย ทำให้ไม่สามารถตรวจพบผลิตภัณฑ์ที่มีข้อบกพร่องได้
หากการทดสอบทางไฟฟ้าไม่สามารถตรวจพบปัญหาความบางของทองแดงในรูเวียได้ ทองแดงที่บางจะเกิดการขาดออกเนื่องจากการทำงานที่อุณหภูมิสูงและการขยายตัวตามแกน Z ในขั้นตอน PCBA (การประกอบแผงวงจรพิมพ์) ที่มีการบัดกรี เป็นผลให้ผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์จะมีการทำงานของฟังก์ชันไม่เพียงพอ หรืออาจมีความไม่เสถียรของฟังก์ชันเมื่อผู้ใช้ใช้งานในระยะยาว ในกรณีที่ทองแดงในรูเวียมีความบางแต่ยังไม่ขาดออกทั้งหมด จะไม่สามารถตรวจพบได้ด้วยการใช้วิธีการตรวจสอบทั่วไป เช่นAOI,เอเอ็กซ์ไอและการตรวจสอบด้วยสายตา เมื่อพบแล้ว ผลิตภัณฑ์ทั้งหมดที่อยู่ในชุดการผลิตเดียวกันจะต้องถูกทำลายทิ้ง ทำให้เกิดความสูญเสียอย่างมาก
ข.ในส่วนของการแตกหักของทองแดงในรูผ่าน (via copper breakage) หรือการแตกหักแบบวงแหวน ผู้ผลิตแผ่นวงจรพิมพ์ (PCB) สามารถตรวจพบได้ผ่านการทดสอบทางไฟฟ้า อย่างไรก็ตาม ยังมีปัญหาอยู่ว่า กระบวนการกัดทองแดงด้วยสารละลายไมโครเอทช์เป็นกระบวนการที่ใช้เวลานาน ทำให้ปัญหานี้จะไม่ปรากฏจนกว่าจะถึงขั้นตอนของลูกค้า นั่นหมายความว่าการแตกหักของทองแดงในรูผ่านจะถูกพบได้โดยลูกค้าเท่านั้น ซึ่งจะรับรู้ได้จากสภาวะการทำงานที่ไม่เสถียรของผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ ตัวอย่างเช่น เมื่อลูกค้าพบว่าผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์มีอาการจอดำหรือค้าง ปัญหานั้นอาจเกิดจากการแตกหักของทองแดงในรูผ่านได้
โซลูชัน
a. จากมุมมองของการออกแบบทางวิศวกรรม
หลังจากที่แผนกวิศวกรรมของโรงงานผลิตแผ่นวงจรพิมพ์ (PCB) ได้รับไฟล์ออกแบบ PCB จากลูกค้าแล้ว ควรให้ความสำคัญกับขนาดรูของการอุดรู via และข้อกำหนดที่เกี่ยวข้อง โดยทั่วไปแล้ว เส้นผ่านศูนย์กลางของรู via ที่จะอุดควรมีขนาดต่ำกว่า 0.35 มม. และไม่ควรมีขนาดใหญ่เกินไป เนื่องจากรูที่มีขนาดใหญ่เกินไปมักทำให้การอุดรูไม่สมบูรณ์หรือไม่เพียงพอ แม้ว่าลูกค้าจะระบุข้อกำหนดเกี่ยวกับการอุดรู via แต่โดยมากมักไม่ได้กำหนดกฎเกณฑ์เฉพาะเกี่ยวกับระดับความเต็มของการอุดรู ตามข้อกำหนดของ IPC เองก็ไม่ได้มีการกำหนดค่าความเต็มของการอุดรู via ไว้อย่างชัดเจนเช่นกัน จากข้อกำหนดที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในหมู่ผู้ผลิต PCB และจากประสบการณ์ด้านวิศวกรรมหลายปีของฉัน ผมเชื่อว่าการอุดรู via ที่ดีควรมีระดับความเต็มมากกว่า 75%
b. จากมุมมองของการปรับปรุงเทคโนโลยีการอุดหน้ากากบัดกรี
จนถึงปัจจุบัน อุตสาหกรรมแผงวงจรพิมพ์ (PCB) มีเทคโนโลยีการอุดหน้ากากบัดกรีประเภทต่อไปนี้:
เทคโนโลยี#1 การอุดรูเวีย → การพิมพ์ซอลเดอร์มาสก์ (แผ่นอะลูมิเนียมมีส่วนร่วมในการอุดรูเวียและใช้แผ่นระบายอากาศ)
เทคโนโลยี#2 การอุดรูด้วยวิธีเสียบปลั๊กจะดำเนินการพร้อมกันกับการพิมพ์น้ำมันมาสก์บัดกรี
เทคโนโลยี#3 การอุดด้วยเรซิน → การพิมพ์ซอลเดอร์มาสก์
เทคโนโลยี#4ผิวสำเร็จ→ ผ่านการเสียบใช้งาน
ในส่วนของการอุดรูเวียเพื่อให้ได้ความเต็มแน่น แนะนำให้ใช้เทคโนโลยีการอุดรูเวียแบบที่หนึ่งและแบบที่สาม เนื่องจากทั้งสองวิธีช่วยให้ได้ความเต็มแน่นสูง อย่างไรก็ตาม ทั้งสองวิธีมีข้อเสียคือกระบวนการผลิตที่ซับซ้อน ต้องใช้แผ่นอะลูมิเนียมและแผ่นระบายไอเสีย นอกจากนี้ ยังต้องใช้เครื่องพิมพ์สองเครื่องขึ้นไปสำหรับการพิมพ์แบบซิงโครนัส และการอบบอร์ดก็ใช้เวลามากขึ้น
เทคโนโลยีหมายเลข 2 มีประสิทธิภาพการผลิตสูง แต่ค่อนข้างควบคุมความเต็มของเวียได้ยาก เทคโนโลยีประเภทนี้ไม่แนะนำให้ใช้ เนื่องจากความเต็มของเวียที่ต่ำจะทำให้เกิดทองแดงในเวียบางหรือทองแดงในเวียขาด ตามที่ได้อภิปรายไว้ในส่วนก่อนหน้าของบทความนี้
เทคโนโลยีหมายเลข 4 มักจะไม่ถูกนำมาใช้ ดังนั้นจึงจะไม่ถูกกล่าวถึงในส่วนถัดไปของบทความนี้
c. ผ่านช่องเปิดที่พบในระหว่างการทดสอบทางไฟฟ้า
การตรวจสอบรูนำสัญญาณ (via) ในขั้นตอนเปิดเผยจะแสดงให้เห็นว่ามีการอุดรูนำสัญญาณที่ไม่สมบูรณ์หรือไม่เพียงพอเกิดขึ้นหรือไม่ โดยเฉพาะในกรณีที่มีทองแดงของรูนำสัญญาณบางเกินไปหรือเกิดการแตกร้าวของทองแดง
ตามที่ได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ การทดสอบทางไฟฟ้ามักไม่สามารถตรวจพบปัญหาทองแดงบางในเวียได้ แต่สามารถตรวจสอบปัญหาทองแดงขาดเป็นวงได้ หากตรวจพบเวียเปิดระหว่างการทดสอบทางไฟฟ้า สามารถใช้เพื่อตรวจสอบได้ว่าปัญหานั้นเกิดจากการชุบทองแดงแบบไม่ใช้ไฟฟ้า การชุบทองแดง หรือการอุดเวียด้วยซอลเดอร์มาสก์ที่ทำได้ไม่ดีหรือไม่ เมื่อค้นหาสาเหตุของปัญหาได้แล้ว จึงสามารถกำหนดมาตรการที่เหมาะสมตามมาได้
d. จากมุมมองของคุณภาพซอลเดอร์มาสก์หรือเรซิน
จำเป็นต้องดำเนินการทดสอบทางเทคโนโลยีกับน้ำมันมาสก์บัดกรีอุดรู (via plugging solder mask oil) และเรซินอุดรู (via plugging resin) ชนิดใหม่ เพื่อให้มั่นใจได้ว่าคุณภาพของวัสดุเหล่านี้ได้รับการรับรอง จากนั้นจึงควรนำไปใช้ในการทดสอบการผลิตแบบล็อตเล็ก เพื่อยืนยันประสิทธิภาพและคุณภาพเพิ่มเติม ดังที่ได้อธิบายไว้ในส่วนก่อนหน้าของบทความนี้ คุณภาพที่ต่ำของน้ำมันมาสก์บัดกรีอุดรูหรือเรซินอุดรูจะก่อให้เกิดปัญหาบางประการ เช่น รูอากาศ เมื่อสารไมโครเอทช์ซึมเข้าไปในรูอากาศ ทองแดงในรูจะค่อย ๆ ถูกกัดกร่อนออกไป ทำให้ทองแดงในรูบางลงหรือเกิดการขาดของทองแดงในรู คุณภาพของวัสดุเหล่านี้ไม่อาจถูกลดทอนลงได้เพียงเพราะมีต้นทุนต่ำ
การเคลือบซอลเดอร์มาสก์มีบทบาทสำคัญในการผลิตแผงวงจรพิมพ์ (PCB) และความเต็มแน่นของการอุดรูเวียก็มีความสำคัญอย่างยิ่ง เนื่องจากเกี่ยวข้องกับลักษณะภายนอกของผลิตภัณฑ์และสัมพันธ์กับปัญหาคุณภาพของทองแดงในรูเวียที่เกิดจากการอุดรูเวียไม่สมบูรณ์หรือไม่เพียงพอ ดังนั้นจึงควรให้ความเอาใจใส่เป็นพิเศษต่อการบริหารจัดการในทางปฏิบัติ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ควรปฏิบัติตามกระบวนการที่มีการกำหนดไว้อย่างเคร่งครัด ปรับปรุงการบริหารจัดการการผลิตให้มีความละเอียดรอบคอบ และกำหนดมาตรฐานการตรวจสอบให้ชัดเจน เพื่อให้มั่นใจได้ถึงความเต็มแน่นของการอุดรูเวียอย่างสมบูรณ์
