Impacto del tapado de vías con máscara de soldadura inadecuado en la integridad del cobre de PCB y estrategias de mitigación

Parece que no hay una correlación directa entre las vías de PCB tapadas con máscara de soldadura y el cobre de la vía. Sin embargo, un tapado de máscara de soldadura mal realizado posiblemente conduce a resultados destructivos en las PCBs. Como un tipo de tecnología especial para impresión de plantilla, la tecnología de tapado de vías con máscara de soldadura para la fabricación de PCB se desarrolla con la aplicación y el progreso constante de SMT (tecnología de montaje en superficie). El tapado de vías presenta las siguientes características:
• Entre todas las vías en las placas de PCB, la mayoría de ellas no necesitan estar expuestas excepto las vías de enchufado de componentes, vías de disipación térmica y vías de prueba. El tapado de máscara de soldadura evita que el flux o la pasta de soldadura queden expuestos en el lado del componente a través de las vías en la etapa posterior de ensamblaje de componentes, ya que podría llevar a cortocircuitos. Además, la pasta de soldadura puede ahorrarse mediante la aplicación de la tecnología de tapado de máscara de soldadura.
• Las vías tapadas con máscara de soldadura son compatibles con el requisito requerido por SMT, evitando que el adhesivo pegado en la superficie de componentes como ICs (circuitos integrados) fluya a través de las vías.
• La tecnología de tapado de máscara de soldadura prohíbe que el flux, químicos o humedad entren en el espacio estrecho entre componentes BGA y placas de circuito, reduciendo el riesgo de fiabilidad debido a la dificultad de limpieza.
• A veces, para cumplir con las demandas de la línea de ensamblaje automatizada, el vacío debe aprovecharse para absorber la PCB para transporte o inspección. Por lo tanto, se requiere que las vías estén tapadas con máscara de soldadura para evitar la fuga de vacío que posiblemente cause sujeción floja.

Causas del tapado de máscara de soldadura mal realizado

Una de las causas del tapado de máscara de soldadura mal realizado radica en el tapado incompleto o insuficiente de máscara de soldadura.

El tapado incompleto o insuficiente de máscara de soldadura se refiere a una situación cuando no hay aceite de máscara de soldadura en la parte superior de las vías mientras solo queda un poco de aceite de máscara de soldadura en la parte inferior.

Otro ejemplo de tapado incompleto o insuficiente de máscara de soldadura 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 apertura 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 con una sección transversal generada. 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 de la vía

Una vez que el tapado incompleto o insuficiente de máscara de soldadura ocurre, la solución de micro-grabado o solución ácida podría fluir hacia la vía en el proceso posterior de fabricación de PCB. Las vías suelen ser pequeñas con diámetro menor a 0.35mm. Con el tapado de máscara de soldadura ocurriendo, no hay o queda poco aceite de máscara de soldadura para el entoldado en la apertura de la vía mientras hay máscara de soldadura en el medio de la vía o en la parte inferior de la vía, de modo que no hay pasos para las soluciones dentro de las vías. Las soluciones solo pueden ocultarse en la intersección de la máscara de soldadura y la pared de la vía, incapaces de ser eliminadas, lo que finalmente causará rotura o delgadez del cobre de la vía.

Daños resultantes de la rotura o delgadez del cobre de la vía debido al tapado de máscara de soldadura mal realizado

a. Cuando el cobre se vuelve tan delgado en el lado interno de la vía, la resistencia llegará al nivel de miliohmio. No puede ser detectado con el método de medición de dos hilos aplicado, por lo que los productos defectuosos no quedan expuestos.

Si la prueba eléctrica no logra exponer el problema de delgadez del cobre de la vía, el cobre delgado se romperá debido a la operación a alta temperatura y la expansión en el eje Z en la fase de PCBA (ensamblaje de placa de circuito impreso) que contiene soldadura. Como resultado, los productos electrónicos sufrirán una implementación insuficiente de funciones o posiblemente se volverán inestables en funciones cuando los clientes los usen a largo plazo. Cuando se trata de cobre de vía delgado sin estar totalmente roto, eso no puede ser descubierto a través de la aplicación de métodos de inspección ordinarios incluyendo AOI, AXI e inspección visual. Una vez que se descubre, todos los productos pertenecientes al mismo lote de producción serán requeridos para ser desechados, causando grandes pérdidas.

b. En cuanto a la rotura de cobre de vía o rotura circular, los fabricantes de PCB pueden encontrarla a través de pruebas eléctricas. Sin embargo, hay un problema de que el grabado de cobre a través de la solución de micro-grabado es un proceso tan largo que no se generará hasta que llegue a la etapa del cliente. Significa que la rotura de cobre de vía solo puede ser encontrada por los clientes que solo sienten el estado de funcionamiento inestable de los productos electrónicos. Por ejemplo, cuando los clientes encuentran productos electrónicos sufriendo pantalla negra o bloqueo, posiblemente resulte de la rotura de cobre de vía.

Soluciones

a. Desde la Perspectiva del Diseño de Ingeniería

Después de que el departamento de ingeniería de una fábrica de fabricación de PCB reciba los archivos de diseño de PCB de los clientes, la apertura de la vía de tapado y su requisito deben enfocarse. En general, la apertura de una vía de tapado debe ser inferior a 0.35mm y no debe ser demasiado grande ya que una apertura demasiado grande tiende a hacer que el tapado sea incompleto o insuficiente más fácilmente. Aunque los clientes plantean requisitos sobre la vía de tapado, usualmente no establecen regulaciones específicas sobre la plenitud de las vías de tapado. De acuerdo con las regulaciones de IPC, la plenitud de la vía de tapado no ha sido definida específicamente tampoco. Basado en el requisito establecido por la gama más amplia de fabricantes de PCB y mis años de experiencia en ingeniería, creo que lo mejor es que las vías de tapado presenten una plenitud de más del 75%.

b. Desde la Perspectiva de la Mejora de la Tecnología de Tapado de Máscara de Soldadura

Hasta ahora, la industria de PCB domina los siguientes tipos de tecnologías de tapado de vías con máscara de soldadura:
Tecnología #1: Tapado de vía → Impresión de máscara de soldadura (hoja de aluminio participa en el tapado de vía y se usa placa de escape)
Tecnología #2: El tapado de vía ocurre con la impresión de aceite de máscara de soldadura al mismo tiempo.
Tecnología #3: Tapado de resina → Impresión de máscara de soldadura
Tecnología #4: Acabado superficial → Tapado de vía

En cuanto a la plenitud del tapado de vía, la primera y la tercera tecnología de tapado de vía se sugiere aplicar porque ambos métodos contribuyen a alta plenitud. Sin embargo, sufren de procesos de fabricación complicados con hoja de aluminio y placa de escape requeridos. Además, se necesitan dos o más impresoras para impresión síncrona y el horneado de la placa toma más tiempo.

La Tecnología #2 presenta una alta eficiencia de fabricación pero es bastante difícil de controlar la plenitud de la vía. Este tipo de tecnología no se sugiere porque la baja plenitud de la vía despertará cobre de vía delgado o rotura de cobre de vía de acuerdo con la discusión en la parte anterior de este artículo.

La Tecnología #4 no se aplica usualmente así que no se discutirá en la parte posterior de este artículo.

c. Problema de Apertura de Vía Expuesto en Prueba Eléctrica

La inspección de apertura de vía indica si ocurre tapado incompleto o insuficiente de vía con cobre de vía delgado o rotura de cobre generada.

Como se discutió anteriormente, la prueba eléctrica rara vez es capaz de detectar cobre de vía delgado pero es capaz de explorar el problema de rotura circular de cobre. Si se exploran vías abiertas durante la prueba eléctrica, se puede aplicar para verificar si resulta del cobre de plateado químico, plateado o tapado de vía de máscara de soldadura mal realizado. Con la causa del problema explorada, las medidas correspondientes pueden listarse después.

d. Desde la Perspectiva de la Calidad de la Máscara de Soldadura o Resina

La prueba tecnológica debe implementarse en el nuevo aceite de máscara de soldadura para tapado de vía y resina para tapado de vía para que su calidad pueda garantizarse. Luego, deben usarse para participar en pruebas de lote pequeño para verificar aún más su rendimiento y calidad. Como se representa en la parte anterior de este artículo, la baja calidad del aceite de máscara de soldadura para tapado de vía o resina para tapado de vía llevará a algunos problemas, como agujero de aire por ejemplo. A medida que la solución de micro-grabado entra en el agujero de aire, el cobre de la vía será lentamente grabado con cobre de vía delgado o rotura de cobre de vía. Su calidad nunca puede comprometerse por su bajo costo.

La aplicación de máscara de soldadura juega un papel clave en la fabricación de PCB y la plenitud del tapado de vía es significativamente importante porque está preocupada con la apariencia de los productos y correlacionada con el problema de calidad del cobre de la vía debido al tapado incompleto o insuficiente. Como resultado, se debe prestar atención extraordinaria a la administración práctica. Específicamente, los procedimientos regulados deben conformarse; la administración de fabricación debe refinarse; los estándares de inspección deben aclararse para que la plenitud del tapado de vía sea totalmente garantizada.

Recursos útiles
• Máscara de Soldadura y sus Consejos de Diseño
• Requisito de Diseño de PCBs SMT: Configuraciones de Conexión Pad-Pista, Agujeros Pasantes, Punto de Prueba, Máscara de Soldadura y Serigrafía
• Influencia en la Uniformidad del Espesor de la Máscara de Soldadura por Diseño de Clavo de Cama de Impresión de Serigrafía
• Medidas Efectivas para Mejorar la Tecnología de Fabricación de Vía Tapada con Máscara de Soldadura