LDI ماسک سولدر: حذف پل های کوچک در تولید PCB مدرن

در دنیای پر سرعت تولید PCB، جایی که پیچ قطعات به 0.4 میلی متر کاهش می یابد و عرض ردیابی به کمتر از 0.1 میلی متر کاهش می یابد، حتی کوچکترین نقص در استفاده از ماسک جوش می تواند فاجعه باشد.پل های جوش ٬ ارتباطات ناخواسته بین پل های مجاور ٬ یک عامل اصلی هستندروش های تصویربرداری ماسک های خمیر سنتی، که به ماسک های عکاسی و تراز دستی متکی هستند، در تلاشند تا با طرح های امروز با چگالی بالا مطابقت داشته باشند..تصویربرداری مستقیم لیزر (LDI) برای ماسک جوش: یک فناوری دقیق که نقص های پل را تا 70٪ کاهش می دهد و در عین حال قوانین طراحی سختگیرانه تر را امکان پذیر می کند.

این راهنما بررسی می کند که چگونه LDI ماسک جوش کار می کند، تأثیر تحول کننده آن در کاهش پل های کوچک، و چرا برای PCB های با قابلیت اطمینان بالا در صنایع مانند 5G، دستگاه های پزشکی،و هوافضااین که آیا شما 100 نمونه اولیه یا 100،000 واحد تولید می کنید، درک نقش LDI در استفاده از ماسک جوش به شما کمک می کند تا صفحه های تمیزتر و قابل اطمینان تر را به دست آورید.

نکات کلیدی
1. ماسک جوش LDI از دقت لیزر برای تصویر ماسک جوش استفاده می کند و به اندازه های ویژگی هایی که تا 25μm نصف اندازه ممکن با روش های سنتی ماسک عکاسی است، دست می یابد.
2این باعث کاهش نقص های پل جوش در PCB های با تراکم بالا (BGA با تراکم 0.4 میلی متر) 50٪ تا 70٪ می شود و هزینه های کار مجدد را در هر صفحه 0.50٪ به 2.00٪ کاهش می دهد.
3.LDI خطاهای موازی ماسک را از بین می برد و دقت ثبت را به ±5μm در مقابل ±25μm با روش های سنتی بهبود می بخشد.
4این فناوری از طرح های پیشرفته مانند PCB های HDI، مدارهای انعطاف پذیر و 5G mmWave پشتیبانی می کند، جایی که پل های کوچک عملکرد را فلج می کنند.

LDI ماسک سولدر چیست؟
تصویربرداری مستقیم لیزر ماسک جوش (LDI) یک فرآیند تصویربرداری دیجیتال است که از لیزرهای ماوراء بنفش (UV) برای تعریف الگوی ماسک جوش بر روی PCB استفاده می کند.برخلاف روش های سنتی که به ماسک های فیزیکی (استینسیل با الگوی ماسک) تکیه می کنند، LDI الگوی را مستقیماً بر روی لایه ماسک جوش با استفاده از لیزرهای کنترل شده توسط کامپیوتر می نویسد.

تفاوت LDI ماسک جوش دهنده با روش های سنتی

فرآیند LDI ماسک سولدر
1استفاده از ماسک جوش: PCB با ماسک جوش مایع قابل تصویربرداری (LPSM) از طریق پوشش رول یا پوشش پرده پوشش داده می شود ، که ضخامت یکسانی (10 ‰ 30μm) را تضمین می کند.
2پیش از پختن: تخته پوشش داده شده گرم می شود (70 ٪ 90 ° C برای 20 ٪ 30 دقیقه) برای حذف محلول ها، یک فیلم خشک و بدون چسب باقی می ماند.
3تصویربرداری لیزر: PCB در یک دستگاه LDI بارگذاری می شود، که در آن لیزر UV (معمولاً 355nm) سطح را اسکن می کند. لیزر به طور انتخابی ماسک جوش را نشان می دهد،سخت کردن مناطقی که باقی می مانند (سد های ماسک بین پد ها) و ترک مناطق غیر قابل مشاهده (باز شدن پد ها) برای برداشتن بعدا.
4توسعه: تخته با یک محلول توسعه دهنده (الکالی) اسپری می شود که ماسک جوش ندیده شده را حل می کند و پد های مس را نشان می دهد در حالی که ماسک آشکار را دست نخورده می گذارد.
5پس از خشک شدن: تخته در درجه حرارت 150-160 درجه سانتیگراد برای 60-90 دقیقه پخته می شود تا ماسک جوش را به طور کامل خشک کند و مقاومت شیمیایی و حرارتی آن را افزایش دهد.

چرا LDI ماسک سولدر پل های کوچک را کاهش می دهد
پل های جوش زمانی رخ می دهند که جوش ذوب شده بین پد های مجاور جریان پیدا کند و ارتباطات ناخواسته ایجاد کند. در PCB های با تراکم بالا (به عنوان مثال، BGA های 0.4mm pitch) ، حتی یک فاصله 25μm بین پد ها می تواند منجر به پل شود.ماسک جوش LDI از طریق سه مزیت کلیدی از این جلوگیری می کند:

1مسک های تنگ تر بین پد ها
باند ماسکی باند ماسکی است که پد های مجاور را از هم جدا می کند و به عنوان یک مانع فیزیکی در برابر جوش جوش عمل می کند. دقت LDI اجازه می دهد تا باند های ماسک تا 25μm باریک باشند.در مقایسه با روش های سنتی 50 ¢ 75μmاين:
ایجاد شکاف های کوچکتر و ثابت تر بین پد ها.
مانع از گسترش جوش در کنار های پد در طول جریان مجدد می شود.
مثال: در یک BGA 0.4mm pitch (pads 0.2mm width, spaced 0.2mm apart) ، LDI می تواند سد های ماسک 25μm ایجاد کند و 175μm pad را برای جوش قابل اعتماد بدون پل باقی بگذارد. روش های سنتی،محدود به سد های 50μm، باعث کاهش سطح پوشه در معرض به 150μm می شود، با خطر مفاصل ضعیف.

2دقت ثبت فوق العاده
ثبت نام به چگونگی تراز ماسک جوش با پد های مس زیرین اشاره دارد. عدم تراز می تواند:
مس را در معرض قرار دهید (از خطر کوتاه مدت بیشتر است).
بخشی از پد را بپوشانید.
LDI با استفاده از حفره های ابزار PCB و فیدوشال ها برای تراز ±5μm ثبت می کند، در مقایسه با ±25μm با ماسک های عکاسی (که از کشش فیلم و خطاهای تراز دستی رنج می برند).
تأثیر: یک مطالعه بر روی 10،000 PCB با تراکم بالا نشان داد که LDI پل های مربوط به ثبت نام را در مقایسه با تصویربرداری سنتی 62٪ کاهش می دهد.

3بازي هاي پاک کننده پد
ماسک های عکاسی سنتی ممکن است به دلیل انحراف نور از لبه ها رنج ببرند، که منجر به باز شدن نابرابر پد می شود. پرتوی لیزر متمرکز LDI باعث ایجاد لبه های تیز و تمیز در باز شدن پد می شود.تضمین:
خازن به طور مداوم در سراسر پلتفرم خیس شده.
هیچ ماسک باقیمانده ای در لبه های پد وجود ندارد (که می تواند باعث خیس شدن و پل شود).
داده های میکروسکوپ: بازیهای پد LDI دارای خشکی لبه <5μm در مقابل 1520μm با ماسک های عکاسی هستند که برای 0201 غیر فعال و BGA های باریک حساس هستند.

مزایای اضافی LDI ماسک جوش
فراتر از کاهش پل ها، LDI کیفیت کلی PCB و بهره وری تولید را بهبود می بخشد:
1. سریع تر برای نمونه های اولیه و دسته های کوچک
تصویربرداری سنتی ماسک عکاسی نیاز به تولید یک ماسک فیزیکی ((100 ¢) 500 در هر طراحی دارد و آن را با PCB (1 ¢ 2 ساعت در هر کار) هماهنگ می کند. LDI هزینه های ماسک عکاسی و زمان تنظیم را از بین می برد.کاهش زمان تولید نمونه اولیه با 1 ٪ 2 روزبرای دسته های کوچک (10-100 تخته) ، این کار زمان تولید کل را 30٪ کاهش می دهد.

2انعطاف پذیری برای تکرار طراحی
در توسعه محصول، تغییرات طراحی رایج است. با LDI، به روز رسانی الگوی ماسک جوش چند دقیقه (از طریق ویرایش فایل دیجیتال) به جای روز (انتظار یک ماسک جدید) طول می کشد.این برای صنایع مانند الکترونیک مصرفی ارزشمند است.، جایی که زمان به بازار بسیار مهم است.

3. پشتیبانی از طرح های پیچیده
LDI با شکل های غیر سنتی PCB و ساختارهای پیشرفته برجسته است:
PCB های انعطاف پذیر: تصویربرداری لیزری با سطوح منحنی بهتر از ماسک های سخت عکس مطابقت دارد و نقص ماسک ها را در چرخدانه های قابل تاشو تلفن کاهش می دهد.
PCB های HDI: از مایکروویا (50 ‰ 100μm) و ویاس های انباشته پشتیبانی می کند و پوشش ماسک را در اطراف ویژگی های کوچک تضمین می کند.
شکل های نامنظم: به راحتی ماسک های جوش تصاویر را بر روی PCB های دایره ای یا سفارشی (به عنوان مثال، محفظه های سنسور) ، که در آن ماسک های عکاسی نیاز به ابزار سفارشی گران قیمت دارند.

4. بهبود دوام ماسک سولدر
کنترل دقیق نورپرداخت LDI®، تقویت یکنواخت ماسک جوش را تضمین می کند و مقاومت آن را در برابر:
مواد شیمیایی (فلوکس، حلال های تمیز کننده)
چرخه حرارتی (-40°C تا 125°C).
سایش مکانیکی (در طول مونتاژ)
آزمایش: ماسک های جوشنده با تصویربرداری LDI بیش از ۱۰۰۰ چرخه حرارتی را بدون ترک و ترک در مقایسه با ۷۰۰ چرخه ماسک های تصویربرداری فتوماسک زنده می مانند.

تاثیرات دنیای واقعی: مطالعات موردی
1PCB های ایستگاه پایه 5G
یک تولید کننده مخابراتی پیشرو برای PCB های 5G mmWave (28GHz) خود که دارای BGA های 0.4mm pitch و 0.1mm traces هستند، به LDI solder mask تغییر کرد. نتایج:
تعداد پل های جوش دهنده از 12 تا 3 پل کاهش یافت.
هزینه های بازسازی با کاهش 1.80 در هر واحد (100،000 واحد / سال =) 180،000 صرفه جویی.
یکپارچگی سیگنال بهبود یافته است: سد های ماسک محکم تر EMI را در مسیرهای فرکانس بالا 15٪ کاهش می دهد.

2PCB دستگاه های پزشکی
یک سازنده تجهیزات پزشکی از LDI برای PCB ها در دستگاه های سونوگرافی قابل حمل استفاده می کند که نیاز به اتصالات استریل و قابل اعتماد دارند.
صفر نقص پل در 5000+ واحد (از 8٪ با تصویربرداری سنتی)
انطباق با ISO 13485: ردیابی LDI (نخست های دیجیتال پارامترهای لیزر) ، حسابرسی های نظارتی ساده شده است.
اندازه کاهش یافته: سد های ماسک محکم تر باعث می شود PCB ها 10٪ کوچکتر شوند و دستگاه ها قابل حمل تر شوند.

3PCB های ADAS خودرو
یک تامین کننده خودرو LDI را برای PCB های رادار در سیستم های ADAS که در محیط های سخت کار می کنند، اتخاذ کرد.
پل ها در کانکتورهای 0.5 میلی متری 70 درصد کاهش یافته است.
چسبندگی ماسک جوش بهبود یافت و در برابر 2000 ساعت آزمایش اسپری نمک (ASTM B117) مقاومت کرد.
درخواست های تضمینی کاهش یافته: ۹۸ درصد از واحدها از آزمون های میدان ۵ ساله عبور کردند، در حالی که ۹۲ درصد از آنها از تصویربرداری ماسک عکاسی برخوردار بودند.

محدودیت های LDI ماسک جوش و چگونگی کاهش آنها
در حالی که LDI مزایای قابل توجهی را ارائه می دهد، بدون چالش نیست:
1هزینه های بالاتر تجهیزات
دستگاه های LDI (300،000 ¥) 1 میلیون دلار در مقابل (50,000 ¥) 150،000 برای سیستم های نوردهی ماسک های سنتی هزینه می کنند.
کاهش: برای تولید کنندگان با حجم کم، همکاری با تولید کنندگان قراردادی (CM) که خدمات LDI را ارائه می دهند، از هزینه های سرمایه اولیه جلوگیری می کند.

2. سرعت پایین تر برای دسته های بزرگ
دستگاه های LDI یک صفحه را در یک زمان تصویر می کنند، با یک زمان چرخه 2-5 دقیقه در هر صفحه. برای دسته های بزرگ (10,000+ واحد) ، تصویربرداری ماسک (که چندین صفحه را در ساعت نشان می دهد) ممکن است سریع تر باشد.
کاهش: سیستم های LDI پیشرفته با لیزرهای چند سر می توانند ۲۰ تا ۳۰ صفحه در ساعت را تصویر کنند و شکاف را برای دسته های متوسط کاهش می دهند.

3حساسیت به ناهنجاری های سطحی
لیزرهای LDI با سطوح PCB بسیار ناهموار (به عنوان مثال، ویژگی های مس ضخیم یا اجزای جاسازی شده) مبارزه می کنند، که منجر به قرار گرفتن در معرض ناسازگار می شود.
کاهش خطر: پیش از بررسی تخته ها برای warpage (> 50μm) و استفاده از ماشین آلات LDI با فوکوس خودکار (تنظیم تغییرات سطح) این خطر را به حداقل می رساند.

بهترین شیوه ها برای اجرای LDI ماسک جوش
برای به حداکثر رساندن مزایای LDI، این دستورالعمل ها را دنبال کنید:
1. اصلاح قوانین طراحی ماسک سولدر
با سازنده خود کار کنید تا قوانین طراحی سازگار با LDI را تنظیم کنید:
a.حداقل مانع ماسک: 25μm (در مقابل 50μm برای ماسک های عکاسی).
b. حداقل باز شدن پد: 50μm (ضمان پوشش کامل جوش).
c. ماسک را 5 ‰ 10μm از لبه های ردیابی نگه دارید تا از مشکلات پوشش جلوگیری شود.

2. ضخامت ماسک جوش را تایید کنید
قرار گرفتن در معرض LDI به ضخامت ثابت ماسک جوشگر (10 30μm) بستگی دارد. بیش از حد ضخیم و لیزر ممکن است ماسک را به طور کامل درمان نکند. بیش از حد نازک و ماسک ممکن است در طول توسعه کاهش یابد.
اقدام: تعادل ضخامت ±3μm را مشخص کنید و بعد از استفاده از اندازه گیری را درخواست کنید.

3از مواد با کیفیت بالا استفاده کنید
همه ماسک های جوش دهنده با LDI سازگار نیستند. LPSM هایی را که برای قرار گرفتن در معرض لیزر UV (به عنوان مثال DuPont PM-3300، سری Taiyo PSR-4000) ساخته شده اند را انتخاب کنید تا تصاویر تیز و چسبندگی خوبی را تضمین کنید.

4. انجام بازرسی پس از تصویربرداری
a.از بازرسی نوری خودکار (AOI) برای بررسی موارد زیر استفاده کنید:
b. Undercut (از بین بردن بیش از حد ماسک در اطراف پد ها).
c.Overcut (ماسک باقی مانده در پد ها).
شکستن سد (فراغ در سد ماسک بین پد ها).
آستانه: هدف برای <0.1 نقص در هر اینچ مربع برای اطمینان از مونتاژ بدون پل است.

سوالات عمومی
س: آیا LDI می تواند برای هر دو ماسک جوش و تصویربرداری مقاوم (برای رد اثر) استفاده شود؟
ج: بله ٬ بسیاری از دستگاه های LDI دارای هدف دوگانه ای هستند که هم ماسک جوش و هم تصویربرداری photoresist را مدیریت می کنند. این کار تولید را ساده تر می کند و ثبت مداوم بین لایه ها را تضمین می کند.

س: آیا LDI برای فرآیندهای جوش بدون سرب مناسب است؟
A: مطمئناً. ماسک های پایش LDI با توجه به سفت شدن یکنواخت، در برابر دماهای بالاتر از جریان مجدد بدون سرب (250-260 ° C) بهتر از ماسک های سنتی مقاومت می کنند.

س: LDI چگونه با ماسک های جوش رنگ (به عنوان مثال قرمز، آبی) برخورد می کند؟
A: اکثر ماسک های پایش رنگی با LDI سازگار هستند، اگرچه رنگ های تیره تر (سیاه) ممکن است زمان نوردهی طولانی تری را نیاز داشته باشند. گزینه های رنگی را با تولید کننده خود برای جلوگیری از خشک شدن کمتر مورد بحث قرار دهید.

س: حداقل اندازه PCB که LDI می تواند اداره کند چیست؟
A: دستگاه های LDI می توانند PCB های کوچک (به عنوان مثال، 10mm × 10mm برای پوشیدنی ها) و پانل های بزرگ (به عنوان مثال، 600mm × 600mm برای تولید حجم بالا) را تصویر کنند، که آنها را برای همه اندازه ها متنوع می کند.

س: آیا LDI هزینه هر تخت را افزایش می دهد؟
ج: برای نمونه های اولیه و دسته های کوچک، LDI اغلب هزینه ها را کاهش می دهد (بدون هزینه ماسک عکاسی). برای دسته های بزرگ (> 10،000 واحد) ، تصویربرداری ماسک عکاسی ممکن است ارزان تر باشد.اما LDI ٪ نرخ نقص پایین تر اغلب تفاوت را جبران می کند.

نتیجه گیری
LDI ماسک جوشنده به عنوان یک تغییر دهنده بازی برای تولید PCB مدرن ظاهر شده است، جایی که پل های کوچک و قوانین طراحی دقیق نیاز به دقت بی سابقه ای دارند.LDI نقص های پل را 50٪ تا 70٪ کاهش می دهد، هزینه های بازسازی را کاهش می دهد و طراحی هایی را که قبلا غیر قابل تولید بودند، امکان پذیر می کند.

در حالی که LDI نیاز به سرمایه گذاری اولیه بیشتری دارد، مزایای آن - سرعت سریع تر، کیفیت بهتر و پشتیبانی از طرح های پیچیده - آن را برای صنایع مانند 5G، دستگاه های پزشکی،و خودروبه عنوان PCB ها همچنان کوچک می شوند و الزامات عملکرد افزایش می یابد، LDI ماسک جوش یک فناوری حیاتی باقی خواهد ماند، اطمینان حاصل می کند که کوچکترین جزئیات بزرگترین نوآوری ها را به خطر نمی اندازد.

برای مهندسان و تولید کنندگان، اتخاذ LDI فقط در مورد کاهش پل ها نیست بلکه در مورد باز کردن پتانسیل کامل طراحی PCB با چگالی بالا است.