что такое маска на печатной плате
Защитная паяльная маска
Паяльная маска (Solder Resist или Solder Mask) – обязательное теплостойкое защитное покрытие токопроводящего рисунка печатных плат. Предназначение: защита отдельных участков ПП от неблагоприятного воздействия флюса и припоя, а также влияния влажной окружающей среды и механического воздействия.
Типовое разнообразие
Финишная толщина: 20-25 мкм. Как следствие – высокие показатели точности совмещения вырезов. Создается сеткографическим методом.
Финишная толщина: 40-100 мкм. Низкие показатели точности совмещения вырезов и наличие возможности частичного «наползания» маски на контактные площадки. Не применяется для ПП 3-го и более классов точности.
Особенности нанесения
Паяльная маска наносится либо на одну (однослойные), либо на обе стороны печатной платы. Необходима обязательная изоляция, контактных областей (под вывод микросхемы и пр.) от токопроводящих элементов – проводников или отверстий переходного типа. Как результат – снижение трудоемкости/времени пайки.
При необходимости изоляции смежных контактных областей применяется метод вырезов (создание области непокрытой слоем паяльной маски). При этом размер вырезов должен быть больше на 100-150 мкм от общего размера контактной области. Расстояние от одного края паяльной маски до другого края контактной области должно находиться в пределах 50-75 мкм. Минимальная ширина перемычки – площадки между 2-мя соседними контактными областями – 75 мкм.
Процесс создания защитного слоя
Паяльная маска, это просто
Пора повысить уровень качества изготавливаемых мною печатных плат.
После нескольких попыток использования ЛУТ я сразу перешёл на изготовление печатных плат фоторезистом.
Так как фоторезист позволяет сделать такое, что с ЛУТом это недостижимо. В своей статье я не буду повествовать как делать платы фоторезистом, а сразу перейду к нанесению паяльной маски.
Сначала делаю два фотошаблона один с дорожками и другой с контактами.
Далее уже на вытравленную и подогнанную печатную плату наносим паяльную маску.
Чтобы не пачкаться смешиваю пасту прямо на платке зубочисткой в пропорции 3 части резиста и одна часть отвердителя.
Тщательно всё перемешиваю и равномерно распределяю по платке.
Естественно так не оставляем. Нам понадобится трафарет. В качестве него отлично подойдёт кусок органзы натянутый на пяльцы. Конечно лучше специальный трафарет, заказал уже едит. Накрываем платку органзой и с помощью пластиковой карточки равномерно распределяем по платке.
После, нашу платку несём в тёмное место, в ванную комнату и даём полежать в темноте на росной поверхноти минут 20. Паяльная маска равномерно растечётся по платке. Потом подсушиваем плату на утюге ставлю на «1». Тут фото я не сделал как сушу на утюге. Сушим при температуре до 85 до тех пор пока плата не перестанет липнуть. Тут главное не перекалить, перекалите плата не проявится.
Итог, равномерный зелёный слой слегка просвечивающие дорожки.
Дальше накладываем фотошаблон контактных площадок.
И засвечиваем маску ультрафиолетовой лампой. Время засветки может быть от 10 до 20 минут.
После засветки, вы не увидите никаких изменений как это бывает с фоторезистом.
Проявляем нашу платку в растворе гидроксида натрия.
И вот оно чудо контактные площадки оголились.
И для закрепления сушим платку на утюге, но теперь ставим утюг на «2» температура 150 на минут так 45. Внимание плата не должна дымить. Если дымит значит высокая температура.
Следующий этап, это лужение контактных площадок сплавом Розе.
Теперь засверливаем плату и всё готово.
Конечно качество моей платки далеко от фабричной, не хватает нанесённой маркировки, это уже будет следующий раз. Для радиолюбительских поделок очень даже ничего.
И вот конечный результат.
Готовое устройство контроллер вентилятора охлаждения Смерч7.
Вот и всё на этом.
Всем всего самого хорошего и удачи на дорогах.
Состав и нанесение паяльной маски
Пайка на печатных платах сродни ювелирной работе. Проводить ее нужно очень аккуратно, так, чтобы поверхность не повреждалась. Нельзя допустить образование перемычек или мостиков, растекания или прилипания капель припоя, его неоднородного скопления.
Помочь провести работу с хорошим результатом может нанесение паяльной маски. По сути, имеется две главные функции составов: защитная и эстетическая. Красивая плата после обработки готова к высокоточной пайке. Припой будет попадать только в требуемые места будущих контактов.
Классы требований
Печатные платы сейчас используются повсеместно. Везде они играют ответственную роль, обеспечивая работу сложных электронных схем. Тем не менее, по результатам тестирования, оцениванию основных характеристик, в соответствии с ГОСТом выделяют два основных класса требований к паяльным маскам:
Полученные с помощью масок класса Н места пайки, гарантируют отсутствие кратковременных пауз в работе. Принадлежность к классу обязательно указывается производителем, должна быть учтена потребителем.
Способы нанесения
Защитные покрытия для печатных плат могут иметь разный состав, требуют нанесения по отличающимся технологиям. На этом признаке основана классификация паяльных масок.
Слой на поверхности можно нанести двумя способами:
Для печатания по трафаретам используют эпоксидные паяльные маски. Инициируют отверждение нагреванием или УФ облучением. Метод доступный, недорогой, но требует наличия сеткографических трафаретов. Точность нанесения паяльных масок оставляет желать лучшего.
Фотолитографический способ иначе называют фоторезистивным. Сейчас преимущественно применяются такие средства. Популярность объясняется возможностью создавать любые рисунки.
Фоторезистивные паяльные маски отличаются консистенцией, количеством компонентов. Средства с одним компонентам имеют однородный состав. Двухкомпонентные смеси доведены до гомогенного состояния при производстве.
Сухие и жидкие составы
Сухие паяльные маски обозначают аббревиатурой СПМ. Их выпускают в виде пленок различной толщины: от 50 мкм до 10 мкм.
Наносить СПМ непросто. Для этого требуется оборудование, выполняющее вакуумное ламинирование. Поверхность платы перед нанесением покрытия нужно тщательно очистить, иначе пленка не прилипнет хорошо.
После вакуумирования плату следует экспонировать и проявить. Состав для проявления может иметь органическую или водно-щелочную природу. Часто для создания щелочной среды используют кальцинированную соду. Последней стадией является задубливание. Так называют обработку платы нагреванием или облучением УФ для окончательного формирования слоя.
Жидкие паяльные маски обозначаются сокращением ЖПМ. Наносят их одним из двух способов.
При работе над мелкими сериями печатных плат используют трафаретное нанесение.
В процессе выпуска больших серий продукции паяльные маски наносят с помощью специального оборудования, создающего ниспадающий ламинарный «занавес». Затем проводят экспонирование, проявление и задубливание обработанной платы.
С помощью ЖПМ и трафаретом паяльную маску можно нанести в домашних условиях своими руками. Все операции вполне доступны и регулярно выполняются мастерами и любителями.
Пайка с самым маленьким шагом становится реальным делом. Печатная плата, предварительно защищенная маской, сможет работать долго и надежно.
В интернет-магазинах продают однокомпонентные маски, которые застывают при облучении УФ лампами. Обработка плат происходит так. По центру и бокам наносят небольшое количество жидкого паяльного состава.
Придавливают прозрачной твердой пленкой (лавсановой или другой) и растирают ластиком или придавливают толстым стеклом.
Паста под пленкой должна равномерно распределиться тонким слоем, приобретя светлый оттенок (обычно светло-зеленый). После этого аккуратно накладывают шаблон.
Просвечивают ультрафиолетом 40 минут, снимают шаблон и засвечивают еще час. Нюансы нанесения могут отличаться, но в целом смысл состоит в том, чтобы паста равномерно распределилась и застыла.
Технология производства печатных плат в картинках
Двусторонние печатные платы
С технологическими особенностями и базовыми материалами двусторонних печатных плат на производстве Резонит вы можете ознакомиться по ссылке.
Исходный материал
Исходный материал – диэлектрическое основание, ламинированное с двух сторон медной фольгой
В качестве диэлектрика могут выступать: листы, изготовленные на основе стеклотканей, пропитанных связующим на основе эпоксидных смол — стеклотекстолит FR4, листы с керамическим наполнителем, армированные стекловолокном — Rogers 4000 series, листы фторопласта (PTFE) армированные—ArlonADseries. Наиболее распространенный ряд толщин медной фольги — 18, 35 мкм.
Сверление сквозных отверстий
На специализированных станках с ЧПУ в плате сверлятся отверстия. Это первая операция, влияющая на точность (класс) печатной платы. Точность сверления отверстий зависит от применяемого оборудования и инструмента. Значения позиционных допусков осей отверстий в диаметральном выражении (по ГОСТ Р 53429-2009) в миллиметрах:
| Размер большей стороны ПП | Позиционный допуск на расположение осей отверстий для класса точности | ||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | |
| До 180 включительно | 0,20 | 0,15 | 0,08 | 0,05 | 0,05 | 0,03 | 0,03 |
| Свыше 180 до 360 включительно | 0,25 | 0,20 | 0,10 | 0,08 | 0,08 | 0,05 | 0,05 |
| Свыше 360 | 0,30 | 0,25 | 0,15 | 0,10 | 0,10 | 0,08 | 0,08 |
Химическое и предварительное гальваническое осаждение меди
Этот этап необходим для придания стенкам отверстий проводимости для последующей гальванической металлизации. Рыхлый слой химически осажденной меди быстро разрушается, поэтому его усиливают тонким слоем гальванической меди.
В процессе обработки на поверхности стеклотекстолита создаётся очень тонкий проводящий слой палладия.
Прямая металлизация с применением палладия обеспечивает наибольшую адгезию покрытия к стеклотекстолиту в сравнении с альтернативными процессами.
Поверх слоя палладия осаждается 5-ти микронный слой гальванической меди. Качество металлизации каждой заготовки контролируется оператором.
Нанесение фоторезиста
Следующий этап — нанесение на заготовку фоточувствительного материала (фоторезиста). Этот этап проходит в чистой комнате с неактиничным (желтым) освещением (фоторезист светочувствителен к ультрафиолетовому спектру). Фоторезист бывает пленочным (наносится на заготовку ламинированием) и жидким (наносится валиками).
Экспонирование фоторезиста
1 вариант: Экспонирование с негативными фотошаблонами
Совмещение заготовки с негативными фотошаблонами
С заготовкой совмещается фотошаблон. Круг, часть которого изображена — контактная площадка. Изображение на фотошаблоне — негативное по отношению к будущей схеме.
Участки поверхности, прозрачные на фотошаблоне, засвечиваются, фотополимеризуются и теряют способность к растворению в установке проявления. После экспонирования фотошаблоны удаляются.
2 вариант: Прямое экспонирование фоторезиста
Прямое экспонирование фоторезиста
Экспонирование фоторезиста происходит на установках прямого лазерного экспонирования без использования фотошаблонов. Источником излучения при этом может быть UV лазер или UV светодиодная матрица.
Проявление фоторезиста
Изображение на фоторезисте проявляется: не засвеченные участки растворяются, засвеченные — остаются на плате.
Гальваническое (электрохимическое) осаждение меди
Медь осаждается на поверхность стенок отверстий и все проводники. По ГОСТ 23752-79 толщина металлизации должна быть не менее: 20 мкм для ДПП, 25 мкм для МПП.
IPC-6012B устанавливает иные значения: Class 2- не менее 20 мкм для ДПП и МПП,Class 3- не менее 25 мкм для ДПП и МПП.
В связи с тем, что процесс осаждения меди идет параллельно в отверстиях и на поверхности проводников, получить толщину металлизации в отверстиях 30 мкм и более невозможно, применяя обычные фоторезисты.
Процесс покрытия контролируется компьютером для обеспечения требуемых параметров гальванических покрытий. После покрытия толщина осаждённой меди проверяется не разрушающим методом.
Гальваническое осаждение металлорезиста
Гальваническим осаждением меди создается необходимый по толщине слой металла в отверстиях печатной платы. В качестве металлорезиста могут выступать различные металлы и соединения, имеющие меньшую скорость травления по сравнению с медью. Осаждается металлорезист на открытые от фоторезиста участки — на проводники и в отверстия.
Удаление фоторезиста
После гальванического осаждения меди и защитного слоя олова заготовки передаются на травление. Перед травлением с заготовок снимается слой фоторезиста, обнажая базовый слой меди, который необходимо удалить. Топология печатной платы и металлизированные отверстия остаются под защитой гальванически осаждённого слоя олова.
Травление меди
Травление осуществляется в горизонтальной конвейерной машине. Медь, не защищённая оловом, стравливается. Таким образом формируется топология наружных слоёв печатной платы. Слой олова после травления снимается в установке для снятия.
Удаление металлорезиста
Металлорезист удаляется с поверхности меди в специальном растворе. Это начало процесса, называемого SMOBC (SolderMaskoverBareCopper — маска поверх необработанной меди). В других процессах, например, если нанесение защитной маски не осуществляется, оловянно-свинцовая смесь оплавляется для дальнейшего использования (лужение).
Нанесение защитной паяльной маски
Для защиты поверхности платы и медных участков, не подлежащих нанесению финишного покрытия, на плату наносится защитная паяльная маска. Наиболее широко распространена жидкая двухкомпонентная фоточувствительная паяльная маска.
Сухая пленочная паяльная маска обеспечивает хорошие результаты по тентированию переходных отверстий, наносится методом ламинирования, но в настоящее время используется редко, т.к. не подходит для печатных плат выше 3 класса точности. Жидкая паяльная маска наносится методом сеткографии через сетчатый трафарет, причем существует два варианта нанесения. Через готовый трафарет, когда в сетке уже сформированы все окна вскрытия, и маска наносится только на защищаемые участки печатной платы (такой вариант имеет невысокое разрешение и применяется, как правило, на односторонних печатных платах ниже 3 класса точности), и сплошное нанесение маски с использованием метода трафаретной печати и последующим экспонированием через фотошаблон или прямым экспонированием. Перед нанесением маски поверхность меди очищается, затем развивается необходимая шероховатость для хорошей адгезии маски.
Жидкая маска продавливается ракелем через сетку на всю поверхность заготовки. Нанесенный слой подсушивается в печке до образования сухой поверхности. Для печатных плат с маской с двух сторон процесс повторяется. Подсушенные заготовки передаются на экспонирование.
Экспонирование защитной паяльной маски
1 вариант: Экспонирование с негативными фотошаблонами
С заготовкой совмещается фотошаблон. Круг, часть которого изображена — контактная площадка. Изображение на фотошаблоне — негативное по отношению к будущей схеме. Участки поверхности, прозрачные на фотошаблоне, засвечиваются, фотополимеризуются и теряют способность к растворению в растворе проявления. После экспонирования фотошаблоны удаляются.
2 вариант: Прямое экспонирование защитной паяльной маски
На установке прямого экспонирования маска засвечивается UVлазером или UVсветодиодной матрицей. Засвечиваемые участки полимеризуются и теряют способность к растворению в растворе проявления.
Проявление защитной паяльной маски
Незасвеченные участки маски смываются в линии проявления. Качество сформированных масочных слоев проверяется контролером. После контроля заготовки помещаются в печку для окончательной полимеризации.
Печать маркировочной краски
1 вариант: Печать маркировочной краски через сетчатый трафарет
Для идентификации монтируемых компонентов большинство изготавливаемых печатных плат имеют маркировку. Маркировка наносится после проявления маски.
Через сетчатый трафарет наносится маркировка контуров, позиционных номеров, типов и номиналов компонентов.
2 вариант: Струйная печать маркировочной краски
Для идентификации монтируемых компонентов большинство изготавливаемых печатных плат имеют маркировку. Маркировка наносится после проявления маски.
По аналогии с обычным струйным принтером изображение формируется капельками чернил отверждаемых ультрафиолетом.
Струйный метод является современным и эффективным способом нанесения маркировки.
Заготовки с напечатанной маркировкой передаются на контроль качества.
Нанесение финишного покрытия, вариант 1 HASL
На открытые от маски участки меди различными методами наносится финишное покрытие для обеспечения качественной пайки.
HASL (Hot Air Solder Leveling). Нанесение припоя путем окунания заготовки в расплавленный припой с последующим выравнивание горячим воздухом. Возможно применение (в разных установках) свинцового и бессвинцового (leadfree) припоя.
Нанесение финишного покрытия, вариант 2 Иммерсионное золото
На открытые от маски участки меди различными методами наносится финишное покрытие для обеспечения качественной пайки.
Нанесение иммерсионного золота по подслою никеля (процесс ENIG) осуществляется в многостадийном химическом процессе. IPC-4552 регламентирует толщину подслоя Ni 3-6 мкм, минимальную толщину Au 0,05 мкм (типовые значения 0,05-0,1 мкм).
Осваиваем однокомпонентную паяльную маску
Доброго времени суток.
В последнее время в среде радиолюбителей начали обретать популярность и широко применяться т.н. паяльные маски (Solder Mask или Solder Resist). Их используют для защиты проводящего рисунка в процессе производства платы, защиты отдельных ее участков от воздействия флюсов и припоев при монтаже компонентов, защиты проводников от попадания влаги в процессе эксплуатации и др. Все маски подразделяются на три основных группы: ОДНОКОМПОНЕНТНЫЕ, ДВУХКОМПОНЕНТНЫЕ И СУХИЕ ПЛЕНОЧНЫЕ. Отличительные их особенности понятны из названий. Объединяет же их то, что в процессе отвердения у них у всех участвует ультрафиолетовое излучение. Сам же процесс несколько напоминает изготовление пп при помощи фоторезиста: все те же фотошаблоны, эксперименты… кто пробовал — тот понимает. Я в свое время тоже пытался освоить эту технологию, но после нескольких часов проб и ошибок решил не использовать этот метод. Ужь очень много нюансов от которых зависит конечный вариант. А вот маски меня заинтересовали. С ними создается впечатление завершенности поделки. По логике они должны, помимо своих основных защитных свойств, обеспечить еще и удобство при монтаже и пайке деталей (это вечно растекающееся по плате олово…).
Ну, что ж, теория изучена, пора приступать к практическим занятиям. Заказал я в поднебесной однокомпонентную паяльную маску как не требующую особых изощрений и дополнительных приспособлений в процессе.
Как я уже говорил все паяльные маски требуют ультрафиолетового облучения, и эта не исключение. Была наскоро, как говорится: из того, что было и лампы для детектора сооружена установка.
А так как маска чувствительна к ультрафиолету, то и красный светофильтр.
В качестве подопытного будет выступать будущий автоматический контроллер ДХО
Платку я взял маленькую, чтобы свести к минимуму мучения и потери маски в ходе экспериментов, так как и ежу понятно, что с первого раза достичь желаемого результата вряд ли получится. Да и, просто, эта поделка была на очереди.
Скажу по секрету, что эксперимент длился два с лишним вечера. И сначала для распределения маски я использовал сам фотошаблон как это предписывают делать производители. Но, так как принтер у меня довольно староват, то изготовить качественный шаблон (приходилось печатать на одной пленке два раза — один поверх другого для лучшей контрастности) то еще мастерство. В связи с чем в качестве первого слоя я решил использовать пленку 60 микрон для ламинатора. Да и отлипает она лучше.
Максимально, насколько хватает глаз и терпения совмещаем:
Сверху придавливаем стеклом. И весь бутерброд — под УФ облучалку:
По инструкции время облучения — 40 минут. Для моей же конструкции достаточно 30. Даже не пойму почему. Вроде и лампа слабовата, всего 6 Ватт… Да только после 40 минут вся эта масса цементируется настолько, что оторвать пленку без повреждений невозможно. Даже предполагаемые площадки под пайку засвечиваются.
После засветки на некоторых форумах советуют выждать еще час т.н. полимеризации.
Ждем. Отдираем:
Сразу видно, что и в этот раз — не совсем удачно.
Оттираем. Отрезаем:
Еще мучиться и мучиться… Но, как говорится: первый блин ( а в моем случае, видимо, первая сотня ) и так сойдет.
Согласитесь, не плохо смотрится:
Ну и как итог могу сказать: старайтесь не заказывать маску зимой — боится низких температур. Возможно в этом кроется причина моих неудач. И вообще, я бы посоветовал не жмотиться, как я, а купить сухую пленочную паяльную маску. Хотя она и стоит на порядок дороже, зато, судя по видео процесс с ней куда легче. Я летом так и поступлю, а пока у меня есть чем заморочиться.
Спасибо за внимание.