Паяльная маска

Введение в конструкцию ДПП паяльной маски является обяза­тельным условием, т.к. обычная стеклоэпоксидная основа ДПП не обладает достаточной теплостойкостью к температурам пайки ПМ (220-240 о С), и без паяльной маски за время необходимое для про­ведения техпроцесса пайки (0,5 - 2,5 мин.) может происходить по­верхностная деструкция материала диэлектрика.

По методу формирования рисунка паяльные маски делятся на два типа:

1. Паяльные маски, рисунок которых формируется методом трафарет­ной печати.

Как правило, это составы на эпоксидной основе, отверждаемые термически или УФ излучением. При относительной дешевизне основным их недостатком является низкая разрешающая способность и необходимость использования сеткографического трафаре­та.

2. Паяльные маски, рисунок которых формируется фотолитографиче­ским методом (их еще называют фоторезистивные паяльные маски).

Эти паяльные маски позволяют формировать рисунок любой сложности и в последнее время получили наибольшее распростра­нение.

В свою очередь фоторезистивные паяльные маски по методу нанесения делятся на два типа:

1. сухие паяльные маски;

2. жидкие паяльные маски.

Сухая паяльная маска (СПМ).

СПМ выпускается в виде пленки толщиной 50, 75, 100 и 150 мкм и по свойствам и методам использования очень похожа на су­хой пленочный фоторезист (СПФ), используемый для получения рисунка Д1Ш. СПМ имеет, однако, два существенных отличия, оп­ределяющие особенности ее нанесения, формирования и использо­вания:

1. СПМ является конструкционным материалом и должна вы­ держивать не только технологические, но и эксплуатацион­ ные воздействия во время всего срока эксплуатации ДПП.

2. СПМ наносится на рельеф, образованный сформированным наружным слоем ДПП.

Для нанесения СПМ необходимо специальное оборудование -т.н. вакуумный ламинатор - особое устройство с вакуумной подог­реваемой камерой, обеспечивающее плотное прилегание толстой пленки СПМ на рельеф ДПП. Толщина СПМ выбирается из условия прокрытая необходимой высоты рельефа.

h_СПФ = 0,7 h_{РЕЛЬЕФА}

Следует всегда иметь в виду, что основной проблемой при на­несении СПМ является ее адгезия к поверхности ДПП, поэтому пе­ред ламинированием поверхность ПП должна быть тщательно очи­щена от всякого рода органических и неорганических загрязнений. Надо также помнить, что адгезия СПМ к покрытиям, изменяющим агрегатное состояние в процессе технологических обработок ил?: эксплуатационных воздействий может резко ухудшаться. Речь идет в первую очередь о покрытиях оловянно-свинцовыми и другими легкоплавкими припоями. Предпочтительным является нанесение СПМ на «голую» медь, допустимым - на никель, золото.

После ламинирования следуют стандартные операции экспо­нирования и проявления. Существуют СПМ, как органического, так и водно-щелочного проявления. Последние получают все более ши­рокое распространение в связи с более простой процедурой регене­рации промывочных вод и утилизации проявочных растворов.

После формирования рисунка паяльная маска подвергается операции задубливания, которая заключается в окончательной по­лимеризации материала СПМ для набора им в полном объеме за­щитных свойств, обеспечивающих механическую, термическую и климатическую защиту поверхности ДПП от технологических и эксплуатационных воздействий. Окончательное задубливание мо­жет быть термическим или смешанным: термическим и УФ.

К недостаткам СПМ можно отнести ограничение по разре­шающей способности:

• 0,3 мм - для толстых (100-150 мкм) пленок СПМ;

• 0,2 мм - для тонких (50-75 мкм) пленок СПМ. Этого недостатка лишены жидкие паяльные маски. Жидкие паяльные маски (ЖПМ).

От СПМ ЖПМ отличается только способом нанесения, обес­печивающим покрытие ДПП равномерным тонким слоем. Для ЖПМ применяют два способа нанесения:

1. методом трафаретной печати через чистую (без маски) сет­ку - этот метод является мало производительным и исполь­зуется в мелкосерийном производстве;

2. методом полива в режиме «занавеса» - этот метод требует специального оборудования, создающего падающий ламинарный поток - «занавес», и используется в крупносерийном производстве.

ЖПМ наносится тонким слоем 20-30 мкм и в связи с этим практически не имеет ограничений по разрешению при всех ныне мыслимых рисунках монтажного слоя.

Остальные операции: экспонирование, проявление, оконча­тельное задубливание - аналогичны СПМ.

Горячее лужение (оплавление).

Операция заключается в нанесении паяемого покрытия на КП, к которым в дальнейшем будут присоединены выводы компонентов. Покрытие должно быть равномерным, чтобы не нарушить дозиров­ку припоя на КП, и сохраняющим паяемость в течение всего времени межоперационного хранения ДПП. Производится эта операция окунанием ДПП в расплавленный припой (как правило, оловянно-свинцовую эвтектику - ПОС-61) на несколько секунд, а затем про­таскиванием платы между двумя узкими соплами, через которые продувается горячий воздух, сдувающий излишки припоя с поверх­ности ДПП и из отверстий. Толщина покрытия и равномерность его определяется правильным выбором расстояния до сопел и их накло­ном относительно плоскости платы.

При субстрактивном способе изготовления платы, с использо­ванием олово-свинца в качестве металлорезиста, то же назначение имеет операция оплавления, которая производится до нанесения па­яльной маски.

При описываемых операциях ДПП подвергается значительно­му термическому воздействию, близкому к термоудару, что приво­дит к проявлению скрытых дефектов, заложенных на предыдущих этапах изготовления, то эти операции можно считать методом 100% технологических испытаний, обеспечивающих отбор плат с повышенной надежностью и эксплуатационной стойкостью.

Маркировка.

Операция, заключающаяся в нанесении на поверхность ДПП специальной краской обозначений компонентов и их посадочных мест. Наносится методом трафаретной печати. Качество определя­ется допустимым разрешением по толщине линий (0,15 мм мини­мум), размером выполняемых шрифтов (1,3 мм минимум) и дости­гается оптимальным выбором вязкости краски и параметров сетки.

По содержанию маркировка необходима в большей степени при наладке, ремонте, визуальном контроле узлов, собранных на ДПП. Однако в малосерийном производстве, когда размещение компонентов на ДПП (особенно плотной) производится полуавто­матически или вручную, наличие маркировки существенно облегча­ет процедуру размещения компонентов.

Электрический контроль ДПП.

Основные требования к системам контроля связей плат сво­дятся к следующим:

• универсальность контактного устройства, т.е. возможность контроля плат с расположением контрольных точек в лю­бых узлах заданной координатной сетки в пределах макси­мального поля контроля;

• параметрический контроль сопротивлений связи и изоляции цепей с индивидуальным заданием допустимых значений этих параметров для каждой цепи в программе контроля (таблица цепей);

• полное, исчерпывающее диагностическое описание выяв­ленных дефектов, т.е. указание номера дефектной цепи (по конструкторской документации) и реальных координат всех точек, разъединенных в результате обрыва цепи, указание номеров цепей, между которыми имеется КЗ и т.д.;

• объем контролируемого монтажа системы должен соответствовать максимально возможному количеству контроль­ных точек на плате;

• достаточно высокая производительность контроля, обеспечивающая требуемый уровень производства;

• высокие эксплуатационные качества, надежность, технологичность, удобство технического обслуживания.

Одним из путей решения поставленной задачи использование специализированных тестеров. В установке используется бескабельное, непосредственное соединение контактного поля с коммутаторным блоком, имеющим вид куба. Задействованное кон­тактное поле установки охватывает площадь

500 × 600 мм, на кото­рой с помощью специального адаптера размещаются 48000 щупов в шаге 2,5 мм. Пределы контролируемых параметров системы: 5 Ом для сопротивления связи (при токе 300 мА) и 100 МОм для сопро­тивления изоляции при напряжении 100 - 150 В. При этом скорость контроля - порядка 400 точек в секунду. Недостатками данной сис­темы являются отсутствие индивидуально программируемого пара­метрического контроля сопротивления связей при относительно вы­соком общем пороговом уровне и недостаточно информативное описание обнаруженных дефектов (отсутствие номеров цепей, со­става отрезков оборванных цепей, представление адресов точек в только условных координатах и др.).

Качество металлизированных отверстий контролируется из­мерением сопротивления четырехзондовым методом - с помощью пропускания тока (два зонда) и измерения падения напряжения (два других зонда). Сопротивление проводника металлизированного пе­рехода (Rмо) зависит от геометрии отверстия, качества металлиза­ции (толщина, трещины и др.) и свойств металлического покрытия.

Смотри рисунок 5. Организация автоматизированного контро­ля качества металлизации отверстий в ДПП и слоях является слож­ной технической задачей.

Рисунок 5

Используются автоматические установки типа, которые позволяют производить полуавтоматический контроль металлизации отверстий в платах среднего формата - размером не более 200 × 250 мм. На полуавтоматических установках с ручной подачей плат и зондов можно проверять платы несколько большего размера (до 450 мм).

Производительность установок отверстий в минуту явно недостаточно для 100% контроля плат.

Зондовые головки установки содержат два клиновидных контакта с плоскопараллельными торцами. Используются варианты контактов с протяженностью торцевых ребер 0,6 мм - для контактных площадок переходных отверстий малого диаметра, и 1,2 мм - для сквозных отверстий диаметром 0,7 мм.

При контроле верхние зонды устанавливаются на проверяемое отверстие вручную с помощью рычажной подачи, а после их фикса­ции на контактной площадке производится подача нижней головки с помощью шагового двигателя, включаемого ножной педалью. Отвод этой головки производится автоматически после распечатки ре­зультата измерения. Автоматический запуск измерения и регистрации результата цифропечатающим устройством типа МПУ16-3 осуществляется с помощью электронного устройства, аналогичного применяемому в предыдущих моделях установок УКМС,

однако, в схему устройства введены дополнения, позволяющие производить на одном отверстии 4 измерения с коммутацией функций зондов и получать на выходе наряду с индивидуальными значениями измере­ний среднее значение, являющееся интегральной характеристикой качества металлизации.

В установке УКМС - 3 в качестве измерителя используется цифровой вольтметр типа В7 - 21. Нижний наименьший предел из­мерения, который могут быть получен при скорости одного измере­ния 0,5 с, равен 10 мкОм. При скорости измерения 60 мс нижний предел равен 100 мкОм. Разброс значений сопротивления, получае­мый на одном отверстии из - за невоспроизводимости точек контак­тирования зондов, составляет 5 - 10% для сквозных отверстий ДПП и 10 - 15% для переходных отверстий малого диаметра. Производи­тельность контроля на данной установке равна 10-12 отверстий в минуту.