Um guia completo para a tecnologia de impressão serigráfica de PCB

1.Visão geral da tecnologia de impressão serigráfica

A serigrafia de placas de circuito impresso é um passo fundamental no processo de fabrico de placas de circuito impresso, referindo-se à camada técnica onde o texto, os símbolos e as marcações são impressos na superfície da placa de circuito impresso. Estas identificações fornecem informações essenciais, como a colocação de componentes, indicações de polaridade, pontos de teste e detalhes do produto, que são cruciais para a montagem, teste e manutenção da placa de circuitos.

1.1 Funções e papéis básicos

• Identificação de componentes: Displays component designators (R1, C5, U3, etc.) and values (10kΩ, 100μF)
• Indicadores de orientação: Marcas de direção de instalação para componentes polarizados e circuitos integrados
• Informações sobre o produto: Inclui números de modelo do produto, códigos de revisão, detalhes do fabricante e códigos de data
• Avisos de segurança: Sinais de aviso de área de alta tensão, área sensível à eletrostática
• Pontos de teste: Identifica os locais de ensaio e os pontos de medição

1.2 História do desenvolvimento tecnológico

A serigrafia tradicional utilizava tecidos de malha como modelos de estêncil, enquanto a tecnologia moderna evoluiu para vários processos de precisão:

• Imagem fotográfica líquida (processo principal)
• Tecnologia de laminação de película seca
• Impressão direta a jato de tinta
• Imagem direta a laser

2. Métodos de processamento e comparações técnicas

2.1 Principais processos de impressão

(1) Liquid Photo Imaging (LPI)

O método de serigrafia mais utilizado, que utiliza tinta fotossensível e tecnologia de fotomáscara:

Caraterísticas:

• Alta resolução: Largura da linha até 0,1 mm
• Espessura uniforme: 0,35-0,85mil
• Rentável
• Adequado para produção em massa

(2) Processo de película seca

Utiliza camadas fotorresistentes laminadas, com exposição e revelação semelhantes às da LPI:

• Resistência superior à abrasão
• Ampla gama de espessuras: 0.5-5.0mil
• Custo mais elevado
• Adequado para aplicações de elevada fiabilidade

(3) Impressão a jato de tinta

Padronização por deposição direta de tinta, sem necessidade de máscaras:

• Sem máscaras ou processo de desenvolvimento químico
• Alterações de conceção flexíveis
• Menor durabilidade (0,1-0,3mil)
• Adequado para a produção de protótipos em pequenos lotes

(4) Imagem direta por laser

A ablação por laser marca diretamente o substrato:

• Não são necessárias tintas ou máscaras
• Posicionamento de alta precisão
• Elevado investimento em equipamento
• Adequado para ambientes de produção com elevada mistura

2.2 Tabela de comparação de processos

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3. Normas e especificações de projeto

3.1 Normas de conceção do texto

De acordo com as normas IPC-2221A, os desenhos serigráficos devem seguir estas diretrizes:

• Tamanho do texto: Altura mínima de 1,5 mm, garantindo a legibilidade
• Colocação: Do mesmo lado que os componentes, perto das peças correspondentes
• Orientação Coerência: Um máximo de duas direcções de leitura para minimizar a rotação do quadro
• Evitar obstruções: Não pode cobrir almofadas, vias ou pontos de ensaio
• Requisitos de espaçamento: Mínimo 0,2 mm dos condutores

3.2 Regras de identificação de componentes

Melhores práticas de conceção:

1. Marcações positivas/negativas claras para componentes polarizados
2. Primeira identificação de pinos para circuitos integrados
3. Marcações de contorno para componentes BGA
4. Numeração de pinos para conectores
5. Símbolos de aviso de segurança para áreas de alta tensão

3.3 Recomendações para a otimização da disposição

• Áreas densas: Utilizar setas para referenciar espaços vazios próximos quando o espaço é limitado
• Furos de montagem: Especificações dos parafusos de etiqueta e requisitos de binário
• Informações sobre a versão: Assinalar claramente os números das versões e as datas de revisão
• Identificação da marca: Colocação coerente dos logótipos da empresa e dos modelos de produtos

4. Seleção de materiais e requisitos de desempenho

4.1 Seleção do material do ecrã

4.2 Requisitos de desempenho da tinta

Propriedades físicas básicas

• Adesão: Sem descolamento nos testes com fita 3M
• Dureza: Pencil hardness ≥2H
• Resistência à abrasão: Sem desgaste significativo após 100.000 testes de fricção
• Viscosidade: 15-25 poise (25℃)

Resistência ambiental

• Resistência ao calor: Withstands 260℃ reflow soldering (lead-free)
• Resistência química: Resiste a solventes, fluxos e agentes de limpeza
• Resistência às intempéries: Não se degrada sob exposição aos raios UV e em condições de humidade

Propriedades eléctricas (tinta de máscara de solda)

• Resistência de isolamento: ≥10¹²Ω
• Resistência dieléctrica: ≥15kV/mm
• Resistência ao arco: ≥60 seconds

Saiba mais sobre as especificações técnicas dos materiais

5. Controlo de qualidade e métodos de inspeção

5.1 Normas e métodos de inspeção

Inspeção visual

• Completude: Todos os identificadores são claramente distinguíveis
• Precisão posicional: Alignment deviation with pads ≤0.1mm
• Consistência da cor: Sem diferenças de cor ou contaminação local
• Qualidade da superfície: Sem bolhas, fissuras ou rugas

Teste de desempenho

5.2 Inspeção ótica automatizada (AOI)

O fabrico moderno de PCB utiliza amplamente sistemas AOI para controlos de qualidade da serigrafia:

• Reconhecimento de caracteres: Verifica a exatidão e a legibilidade do conteúdo
• Desvio de posição: Detecta a posição relativa aos pads
• Deteção de defeitos: Identifica as zonas em falta, contaminadas ou danificadas
• Análise comparativa: Compara com ficheiros Gerber padrão

Precisão da inspeção: Até 0,15 mm, garantindo padrões de alta qualidade

6. Normas ambientais e tendências do sector

6.1 Requisitos da regulamentação ambiental

Restrições relativas a substâncias perigosas

• Conformidade RoHS: Limites de metais pesados como o chumbo, o mercúrio e o cádmio
• Requisitos de ausência de halogéneo: Teor de bromo/cloro cada <900ppm, total <1500ppm
• Limites de COV: Tintas à base de solventes VOC <500g/L, tintas à base de água <50g/L

Certificações de normas internacionais

• Certificação UL: Certificação de desempenho de segurança
• Conformidade com o REACH: Registo, Avaliação, Autorização e Restrição de Produtos Químicos
• ISO14001Certificação do sistema de gestão ambiental

6.2 Tendências de desenvolvimento da indústria

Inovações em materiais

• Tintas à base de águaRedução de 90% das emissões de COV
• Cura UV-LED: Mais de 60% de poupança de energia, sem produção de ozono
• Materiais de base biológica: Recursos renováveis que substituem os materiais derivados do petróleo

Avanços no processo

• Impressão de alta precisão: Adaptação a componentes de passo fino e necessidades de miniaturização
• Inspeção inteligente: Reconhecimento e classificação de defeitos assistidos por IA
• Fabrico ecológicoReduzir os resíduos e o consumo de energia

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7. Perguntas mais frequentes

Q1: Qual é a largura mínima da linha para a impressão serigráfica de PCB?

Resposta: A imagem fotográfica líquida pode atingir uma largura de linha mínima de 0,1 mm, o processo de película seca cerca de 0,15 mm e a impressão a jato de tinta normalmente 0,3 mm. Para aplicações de alta precisão, são recomendadas as tecnologias de imagem direta LPI ou laser.

Q2: Em que medida é que a serigrafia afecta o custo dos PCB?

RespostaA impressão serigráfica representa normalmente 3-5% dos custos de fabrico de PCB, dependendo da complexidade do processo e dos requisitos especiais.A serigrafia simples de um só lado tem custos mais baixos, enquanto a serigrafia de alta precisão de dois lados ou multicolorida aumenta os custos.

Q3: Como escolher o processo de serigrafia adequado?

RespostaOs critérios de seleção incluem:

• Tamanho do loteProdução em massa adequada para LPI, pequenos lotes
• Requisitos de precisão: Alta precisão requer LPI ou película seca
• Necessidades de durabilidade: As aplicações de elevada fiabilidade recomendam a película seca
• Restrições orçamentaisOs projectos sensíveis em termos de custos podem considerar o IPV básico

Q4: A cor da tinta para serigrafia afecta o desempenho?

RespostaA cor afecta principalmente a estética e o contraste, com um impacto mínimo no desempenho básico. No entanto, o branco e o amarelo proporcionam o melhor contraste, enquanto o preto e as cores escuras podem ocultar defeitos. Alguns pigmentos podem conter componentes metálicos, o que exige uma garantia de conformidade ambiental.

Q5: Como resolver o problema do texto serigráfico desfocado ou pouco nítido?

RespostaCausas e soluções comuns:

• Problemas de ecrã: Verificar a tensão da tela e a espessura da emulsão
• Viscosidade da tinta: Ajustar a viscosidade para o intervalo adequado (15-25 poise)
• Pressão do rodo: Otimizar o ângulo e a pressão do rodo
• Processo de cura: Assegurar uma pré-cura e uma cura final adequadas