Guida completa alla tecnologia di stampa serigrafica dei PCB

1.Panoramica della tecnologia di stampa serigrafica

La serigrafia dei circuiti stampati è una fase cruciale del processo di produzione dei circuiti stampati e si riferisce al livello tecnico in cui testi, simboli e marcature vengono stampati sulla superficie del circuito stampato. Queste identificazioni forniscono informazioni essenziali come il posizionamento dei componenti, le indicazioni di polarità, i punti di test e i dettagli del prodotto, che sono fondamentali per l'assemblaggio, il collaudo e la manutenzione del circuito stampato.

1.1 Funzioni e ruoli di base

• Identificazione dei componenti: Displays component designators (R1, C5, U3, etc.) and values (10kΩ, 100μF)
• Indicatori di orientamento: Direzione di installazione dei marchi per componenti e circuiti integrati polarizzati
• Informazioni sul prodotto: Include i numeri dei modelli di prodotto, i codici di revisione, i dettagli del produttore e i codici delle date.
• Avvertenze di sicurezza: Segnaletica di avvertimento per aree ad alta tensione, aree sensibili all'elettrostatica
• Punti di prova: Identifica i luoghi di prova e i punti di misura

1.2 Storia dello sviluppo tecnologico

La serigrafia tradizionale utilizzava tessuti a rete come modelli di stencil, mentre la tecnologia moderna si è evoluta in vari processi di precisione:

• Imaging fotografico liquido (processo mainstream)
• Tecnologia di laminazione a secco
• Stampa diretta a getto d'inchiostro
• Imaging laser diretto

2. Metodi di processo e confronti tecnici

2.1 Principali processi di stampa

(1) Fotoimmagini liquide (LPI)

Il metodo di serigrafia più utilizzato, che impiega inchiostro fotosensibile e tecnologia fotomaschera:

Caratteristiche:

• Alta risoluzione: Larghezza delle linee fino a 0,1 mm
• Spessore uniforme: 0,35-0,85mil
• costo
• Adatto alla produzione di massa

(2) Processo a film secco

Utilizza strati di fotoresistenza laminati, con esposizione e sviluppo simili a quelli dell'LPI:

• Resistenza superiore all'abrasione
• Ampia gamma di spessori: 0,5-5,0mil
• Costo più elevato
• Adatto per applicazioni ad alta affidabilità

(3) Stampa a getto d'inchiostro

Modellazione a deposizione diretta di inchiostro, senza bisogno di maschere:

• Nessuna maschera o processo di sviluppo chimico
• Modifiche di progetto flessibili
• Durata inferiore (0,1-0,3mil)
• Adatto per la prototipazione di piccoli lotti

(4) Imaging diretto con il laser

L'ablazione laser marchia direttamente il substrato:

• Non sono necessari inchiostro o maschere
• Posizionamento ad alta precisione
• Elevato investimento in attrezzature
• Adatto ad ambienti di produzione ad alta miscelazione

2.2 Tabella di confronto dei processi

Ottenere un Preventivo per la produzione e l'assemblaggio professionale di PCB

3. Standard e specifiche di progettazione

3.1 Norme di progettazione del testo

Secondo gli standard IPC-2221A, i progetti serigrafici devono seguire le seguenti linee guida:

• Dimensione del testo: Altezza minima 1,5 mm, per garantire la leggibilità
• Posizionamento: Stesso lato dei componenti, vicino alle parti corrispondenti
• Orientamento Coerenza: Un massimo di due direzioni di lettura per ridurre al minimo la rotazione della scheda.
• Evitare l'ostruzione: Non deve coprire piazzole, vias o punti di test.
• Requisiti di spaziatura: Minimo 0,2 mm dai conduttori

3.2 Regole di identificazione dei componenti

Migliori pratiche di progettazione:

1. Marcature positive/negative chiare per i componenti polarizzati
2. Prima identificazione dei pin per i circuiti integrati
3. Marcature di contorno per componenti BGA
4. Numerazione dei pin per i connettori
5. Simboli di sicurezza per aree ad alta tensione

3.3 Raccomandazioni per l'ottimizzazione del layout

• Aree dense: Utilizzare le frecce per indicare gli spazi vuoti vicini quando lo spazio è limitato.
• Fori di montaggio: Specifiche delle viti per etichette e requisiti di coppia
• Informazioni sulla versione: Contrassegnare chiaramente i numeri di versione e le date di revisione
• Identificazione del marchio: Posizionamento coerente dei loghi aziendali e dei modelli di prodotto

4. Selezione dei materiali e requisiti prestazionali

4.1 Selezione del materiale dello schermo

4.2 Requisiti di prestazione dell'inchiostro

Proprietà fisiche di base

• Adesione: Nessun distacco nei test sul nastro 3M
• Durezza: Pencil hardness ≥2H
• Resistenza all'abrasione: Nessuna usura significativa dopo 100.000 test di attrito
• Viscosità: 15-25 poise (25℃)

Resistenza ambientale

• Resistenza al calore: Withstands 260℃ reflow soldering (lead-free)
• Resistenza chimica: Resiste ai solventi, ai flussanti e ai detergenti.
• Resistenza agli agenti atmosferici: Nessuna degradazione in caso di esposizione ai raggi UV e in condizioni di umidità.

Proprietà elettriche (inchiostro per maschere di saldatura)

• Resistenza all'isolamento: ≥10¹²Ω
• Rigidità dielettrica: ≥15kV/mm
• Resistenza all'arco: ≥60 seconds

Per saperne di più sulle specifiche tecniche dei materiali

5. Controllo qualità e metodi di ispezione

5.1 Standard e metodi di ispezione

Ispezione visiva

• Completezza: Tutti gli identificatori sono chiaramente distinguibili
• Precisione di posizionamento: Alignment deviation with pads ≤0.1mm
• Coerenza del colore: Nessuna differenza di colore o contaminazione locale
• Qualità della superficie: Nessuna bolla, crepa o grinza.

Test delle prestazioni

5.2 Ispezione ottica automatizzata (AOI)

La moderna produzione di PCB utilizza ampiamente i sistemi AOI per i controlli di qualità della serigrafia:

• Riconoscimento dei caratteri: Verifica l'accuratezza e la leggibilità dei contenuti
• Scostamento di posizione: Rileva la posizione relativa ai pad
• Rilevamento dei difetti: Identifica le aree mancanti, contaminate o danneggiate.
• Analisi comparativa: Confronto con i file Gerber standard

Precisione dell'ispezione: Fino a 0,15 mm, per garantire standard di alta qualità.

6. Standard ambientali e tendenze del settore

6.1 Requisiti della normativa ambientale

Restrizioni sulle sostanze pericolose

• Conformità RoHS: Limiti sui metalli pesanti come piombo, mercurio e cadmio
• Requisiti di assenza di alogeni: Contenuto di bromo e cloro ciascuno <900ppm, totale <1500ppm
• Limiti COV: Inchiostri a base solvente VOC <500g/L, inchiostri a base acqua <50g/L

Certificazioni standard internazionali

• Certificazione UL: Certificazione delle prestazioni di sicurezza
• Conformità REACH: Registrazione, Valutazione, Autorizzazione e Restrizione delle sostanze chimiche
• ISO14001Certificazione del sistema di gestione ambientale

6.2 Tendenze di sviluppo del settore

Innovazioni nei materiali

• Inchiostri a base d'acqua: riduzione del 90% delle emissioni di VOC
• Polimerizzazione UV-LED: Oltre il 60% di risparmio energetico, nessuna generazione di ozono
• Materiali a base biologica: Risorse rinnovabili che sostituiscono i materiali derivati dal petrolio

Progressi del processo

• Stampa ad alta precisione: Adattamento ai componenti a passo fine e alle esigenze di miniaturizzazione
• Ispezione intelligente: Riconoscimento e classificazione dei difetti assistiti dall'intelligenza artificiale
• Produzione verdeRiduzione dei rifiuti e del consumo energetico

Consultare le soluzioni di conformità ambientale

7. Domande frequenti

Q1: Qual è la larghezza minima della linea per la serigrafia di PCB?

Risposta: La fotoimmagine liquida può raggiungere una larghezza di linea minima di 0,1 mm, il processo a secco di circa 0,15 mm e la stampa a getto d'inchiostro tipicamente 0,3 mm. Per applicazioni di alta precisione, si consigliano le tecnologie LPI o laser direct imaging.

Q2: Quanto incide la serigrafia sul costo dei PCB?

RispostaLa serigrafia rappresenta in genere il 3-5% dei costi di produzione dei PCB, a seconda della complessità del processo e dei requisiti speciali.La serigrafia semplice su un solo lato ha costi inferiori, mentre la serigrafia ad alta precisione su due lati o a più colori aumenta i costi.

D3: Come scegliere il processo serigrafico appropriato?

RispostaI criteri di selezione includono:

• Dimensione del lottoProduzione di massa adatta a LPI, piccoli lotti
• Requisiti di precisione: L'alta precisione richiede LPI o film secco
• Esigenze di durata: Le applicazioni ad alta affidabilità raccomandano il film secco
• Vincoli di bilancioI progetti sensibili ai costi possono prendere in considerazione l'LPI di base.

D4: Il colore dell'inchiostro serigrafico influisce sulle prestazioni?

RispostaIl colore influisce principalmente sull'estetica e sul contrasto, con un impatto minimo sulle prestazioni di base. Tuttavia, il bianco e il giallo offrono il miglior contrasto, mentre il nero e i colori scuri possono nascondere i difetti. Alcuni pigmenti possono contenere componenti metallici, il che richiede una garanzia di conformità ambientale.

D5: Come risolvere il problema del testo serigrafico sfocato o poco chiaro?

RispostaCause e soluzioni comuni:

• Problemi dello schermo: Controllare la tensione dello schermo e lo spessore dell'emulsione
• Viscosità dell'inchiostro: Regolare la viscosità nell'intervallo appropriato (15-25 poise).
• Pressione del tergipavimento: Ottimizzazione dell'angolo e della pressione del tergipavimento
• Processo di polimerizzazione: Garantire un'adeguata pre-indurimento e indurimento finale.