La máscara de soldadura es uno de los componentes esenciales, y a menudo ignorados, de cualquier placa de circuito impreso (PCB). Como revestimiento protector integral aplicado durante la fabricación, la máscara de soldadura para PCB cumple varias funciones importantes que garantizan el correcto funcionamiento de la placa. Sin embargo, muchos ingenieros que trabajan con PCB desconocen o dan por sentado su propósito y función exactos.
En esta guía completa, explicaremos en detalle qué es una máscara de soldadura en PCB, los diferentes tipos disponibles y su impacto crítico en la fiabilidad y la vida útil de sus PCB. Continúe leyendo para conocer sus funciones esenciales y por qué la cobertura y la selección adecuadas de la máscara de soldadura son vitales para los requisitos específicos de cada aplicación.
¿Qué es una capa de máscara de soldadura?
Una máscara de soldadura, o resina de soldadura, es un recubrimiento protector que se aplica a las placas de circuito impreso durante su fabricación. Esta capa polimérica especial, similar a la tinta, evita que la soldadura se adhiera donde no se desea. Tras la instalación del componente, se aplica una máscara de soldadura sobre la placa, cubriendo todas las áreas no conductoras. Esto incluye los espacios entre las líneas de trazado y los pads, así como las capas internas innecesarias.
Al bloquear selectivamente el flujo de soldadura, la máscara permite conexiones eléctricas uniformes entre puntos precisos del circuito durante los procesos de soldadura por ola o reflujo. Garantiza la fiabilidad a largo plazo y previene cortocircuitos accidentales.
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Materiales de máscara de soldadura
Las máscaras de soldadura suelen estar hechas de materiales epoxi, poliimida o acrílico. Las máscaras de soldadura epoxi son las más comunes y ofrecen buena resistencia química y térmica, además de buena adhesión. Son ideales para aplicaciones de uso general.
Las máscaras de poliimida tienen una resistencia térmica superior, lo que las hace adecuadas para uso aeroespacial y militar a temperaturas más altas.
Las máscaras acrílicas son más económicas, pero ofrecen menor durabilidad. El material seleccionado depende de las exigencias específicas del circuito y de las condiciones de fabricación y uso previstas.
Colores de máscara de soldadura
Las máscaras de soldadura suelen ser verdes, lo que facilita la visibilidad de las características del circuito. Sin embargo, también se pueden usar los colores rojo, azul, negro y blanco. Se prefiere el verde, ya que ofrece un alto contraste con el color típico de las PCB.
Durante la inspección y el retrabajo, las máscaras de diferentes colores pueden simplificar la identificación de varias placas. También pueden indicar aplicaciones especiales, como planos de tierra implícitos o circuitos bifurcados. Los colores personalizados se están volviendo populares incluso para fines de marca y estilo de producto. Una coloración adecuada mejora la fabricación y el mantenimiento a largo plazo.
¿Por qué usar máscara de soldadura en placas PCB?
La máscara de soldadura es un recubrimiento protector esencial en la fabricación de placas de circuito impreso (PCB). La aplicación de una máscara de soldadura ofrece varias ventajas clave:
● Aislamiento: La capa de máscara de soldadura aísla la placa y evita cortocircuitos entre pistas o almohadillas muy espaciadas, mejorando así la confiabilidad eléctrica.
● Colocación de componentes: La máscara de soldadura define almohadillas y áreas para la colocación de componentes, lo que facilita el ensamblaje automático.
● Soldabilidad: La máscara de soldadura previene la oxidación en las pistas y almohadillas de cobre, mejorando su soldabilidad. Garantiza conexiones sólidas y fiables.
● Protección contra la contaminación: El recubrimiento protege contra los contaminantes ambientales y la corrosión, prolongando la vida útil de la placa.
●
Estética: Muchas máscaras de soldadura son verdes o de otro color, lo que permite identificar visualmente las áreas soldadas y no soldadas para el control de calidad.
Tipos de capas de máscara de soldadura
Existen diferentes tipos de capas de máscara de soldadura, cada una con sus propias ventajas. Aquí están los tres principales.
1. Líquido epoxi
El líquido epóxico es un tipo de polímero líquido fotosensible que se utiliza comúnmente como capa de máscara de soldadura. Consiste en resina epóxica y un fotoiniciador disuelto en un disolvente. Al exponerse a la luz ultravioleta a través de una fotomáscara, el fotoiniciador desencadena una reacción química que reticula y endurece la resina epóxica expuesta.
Las áreas no expuestas se pueden lavar, dejando la capa de epoxi curada y estampada como máscara de soldadura. Este proceso proporciona buena adhesión y resistencia térmica y química a la máscara de soldadura líquida de epoxi. Se utiliza ampliamente en la fabricación de PCB gracias a sus excelentes propiedades aislantes.
Ventajas:
● Es altamente confiable
● Protección contra diversos peligros
● Capaz de recubrir geometrías complejas de manera uniforme
Desventajas:
● Costos de material y procesamiento relativamente altos
2. LPSM/LPI
La LPSM (Máscara de Soldadura Líquida Fotoimagenable) utiliza un material polimérico líquido fotoimagenable (LPI) como capa de máscara de soldadura. La LPI consiste en una resina líquida a base de epoxy mezclada con un generador de fotoácido. Al exponerse a la luz ultravioleta a través de una fotomáscara, el generador de fotoácido produce un ácido que cataliza la reacción de reticulación de la resina.
Las áreas no expuestas pueden revelarse, dejando la capa de máscara de soldadura LPI curada y estampada. Este proceso de trabajo, sensible a la luz y basado en líquidos, permite que las máscaras de soldadura LPI cubran uniformemente las PCB con geometrías y características finas.
Ventajas:
● Ofrece una buena fuerza adhesiva a la PCB.
● Tiene excelente resistencia química y térmica.
Desventajas:
● Se necesitan estrictos controles ambientales para el proceso de fotolitografía
3. DFSM
La DFSM (Máscara de Soldadura de Película Seca) es un material laminado fotosensible que se utiliza como capa de máscara de soldadura. Consiste en resina epoxi o poliimida fotosensible intercalada entre películas de polímero.
El proceso de trabajo consiste en laminar la película seca sobre la placa revestida de cobre mediante calor y presión. Esto une la capa de resina a la placa. Posteriormente, se expone a la luz ultravioleta a través de una fotomáscara, que endurece la resina según el patrón definido. El revelado elimina las áreas no expuestas, dejando el patrón de la máscara de soldadura curado.
La principal ventaja del DFSM es su proceso de película seca. Esto significa que no requiere el uso de disolventes durante su aplicación ni desarrollo. Ofrece buenas propiedades de aislamiento y adhesión a la placa, al igual que las resinas líquidas.
Ventajas:
● Proceso sin solventes
● Espesor de película fina uniforme
● Fácil manejo y registro
● Buen aislamiento y adherencia.
Desventajas:
● Es difícil recubrir de manera uniforme tableros con formas y geometrías complejas.
Otra terminología que debe conocer sobre la máscara de soldadura
Al trabajar con máscaras de soldadura, hay algunos otros términos clave con los que debe estar familiarizado:
● Vías con carpa: Es la forma en que se aplica la máscara de soldadura sobre los orificios pasantes (PTH) o vías en una PCB. En lugar de que la máscara de soldadura se asiente completamente en el orificio, se abomba ligeramente sobre los orificios, lo que ayuda a evitar la formación de puentes de soldadura entre orificios o vías poco espaciados durante el ensamblaje.
● Liquidación de máscara de soldadura: Se refiere al pequeño espacio que queda entre los bordes de las almohadillas de soldadura y el material de la máscara de soldadura. Este espacio es esencial para garantizar que la soldadura tenga un área limpia para absorber y fluir correctamente durante el reflujo sin ser obstaculizada por la máscara. Suele ser de un mínimo de 100 micrómetros alrededor de cada almohadilla.
● Apertura de la máscara de soldadura: Es donde se debe depositar la soldadura y conectar los componentes. Es donde la máscara de soldadura está ausente, dejando expuestas las almohadillas de cobre y los circuitos subyacentes. Unas aberturas precisas alineadas con las áreas de las almohadillas son cruciales para una soldadura fiable.
● Expansión de máscara de soldadura: Esto se refiere a extender la máscara ligeramente más allá de las áreas de almohadillas o bordes definidos de las características del circuito. Este pequeño saliente ayuda a evitar puentes de soldadura o cortocircuitos entre almohadillas o pistas cercanas durante el proceso de ensamblaje. Proporciona un espacio o límite para la soldadura fundida.
¿Qué máscara de soldadura deberías usar en las placas de circuito?
Al seleccionar una capa de máscara de soldadura para su PCB, hay algunas propiedades y consideraciones fundamentales a tener en cuenta.
Resistencia química
La máscara de soldadura debe resistir los ataques químicos del proceso de soldadura y ensamblaje. Busque una máscara que resista la exposición al fundente de soldadura, solventes de limpieza y otros productos químicos utilizados durante la fabricación y el mantenimiento. Las máscaras de soldadura epoxi suelen ofrecer una excelente resistencia química.
Adhesión
La capa de máscara debe adherirse firmemente al sustrato y a las trazas de cobre. Una adhesión adecuada garantiza que la máscara no se despegue ni forme burbujas durante la fabricación o el uso. Tanto las máscaras de soldadura fotoimágenes, tanto las de película seca como las líquidas, suelen ofrecer una fuerte adhesión una vez curadas por completo.
Resistencia dieléctrica
La rigidez dieléctrica influye en el aislamiento eléctrico. Una constante dieléctrica alta ayuda a prevenir la migración de pistas y los cortocircuitos. La mayoría de las máscaras de soldadura utilizadas en placas comerciales tienen una constante dieléctrica superior a 3, aunque algunos diseños especializados de alta densidad requieren un valor aún mayor.
Colorfastness
El color de la mascarilla no debe desteñirse ni decolorarse con el tiempo debido al calor, la humedad o la exposición a los rayos UV. El verde es un color popular por su gran solidez. Asegúrese de verificar la resistencia a la luz si la apariencia es importante a largo plazo.
Elegir una máscara de soldadura que cumpla con estas propiedades clave resultará en una protección fiable y duradera para las pistas del circuito de su PCB. Considere muestras de proveedores líderes como PCBasic para encontrar la opción ideal para las necesidades y el entorno de su aplicación.
Pautas de diseño de máscara de soldadura
Al diseñar PCB, la máscara de soldadura desempeña un papel esencial en la protección y la funcionalidad. Seguir algunas pautas clave ayudará a garantizar que la máscara de soldadura se adapte eficazmente al diseño de la placa de circuito.
Deje un espacio entre la máscara de soldadura y las almohadillas/componentes
Deje siempre un pequeño espacio entre la máscara de soldadura y los componentes o las almohadillas de cobre que cubre. Este espacio, normalmente de 0.005 pulgadas, evita que la máscara se adhiera o entre en contacto con las almohadillas, lo que podría causar defectos. Además, crea una vía para que la soldadura fluya y se adhiera correctamente.
No coloque la máscara de soldadura sobre las líneas de recocido
Asegúrese de no colocar la máscara de soldadura sobre las líneas de recocido de la PCB. Estas líneas ayudan a aliviar la tensión en la placa y deben permanecer libres de cualquier recubrimiento. Las máscaras de soldadura sobre las líneas de recocido pueden fracturarse durante el proceso de fabricación.
Utilice bordes de radio gradual para ranuras y aberturas
Verifique que las ranuras o aberturas de la máscara de soldadura tengan esquinas redondeadas y bordes cónicos graduales. Los ángulos o esquinas interiores agudos son propensos a agrietarse, lo que podría exponer el cobre subyacente. Todos los bordes deben tener un radio mínimo de 0.002 pulgadas.
Mantenga un espesor constante de la máscara de soldadura
Asegúrese de mantener un grosor constante en la máscara de soldadura. Las variaciones pueden provocar puentes, mientras que una capa más fina podría no aislar completamente las almohadillas. Un grosor de entre 0.0015 y 0.002 pulgadas ofrece un equilibrio adecuado entre protección y viabilidad de fabricación.
¿Cómo se aplica la máscara de soldadura en la PCB?
La aplicación correcta y consistente de máscaras de soldadura es fundamental en la fabricación de PCB. Estos son los pasos típicos para aplicar la máscara de soldadura en PCB:
Paso 1: preparación de la superficie
La PCB se somete primero a un proceso de desengrasado para eliminar cualquier impureza de la superficie de cobre, como aceite, grasa u otros contaminantes. Esto se suele realizar con disolventes en una máquina desengrasadora automática o manualmente con productos químicos desengrasantes. Una limpieza exhaustiva de la superficie es fundamental para una correcta adhesión de la máscara de soldadura.
Tras el desengrasado, se aplica un agente de grabado químico, como el ácido sulfúrico. Este elimina una capa superior muy fina del revestimiento de cobre crudo, dejando la superficie rugosa a nivel microscópico. Esto proporciona más puntos de anclaje para la máscara de soldadura. A continuación, se enjuaga la placa con agua para eliminar cualquier residuo de agente de grabado. Algunos fabricantes pueden incluir un enjuague adicional con agua ionizada para una limpieza más profunda del cobre a escala atómica antes del secado.
Paso 2: Aplicar la máscara de soldadura (laminación y serigrafía)
Una vez limpia y grabada, la superficie de cobre se prepara para la aplicación de la máscara de soldadura. La laminación y la serigrafía son los dos métodos principales utilizados.
Para la serigrafía, se aplica una emulsión fotosensible a una malla de tejido apretado, según el patrón de almohadilla y trazo del diseño de la PCB. Posteriormente, se expone a rayos UV para endurecer la emulsión en las áreas de impresión abiertas. Se vierte una máscara de soldadura líquida sobre la superficie de la pantalla y una rasqueta la introduce a través de estas aberturas. Esto deposita la máscara sobre la placa inferior en varias pasadas para lograr la cobertura necesaria.
En la laminación, una película seca del material de máscara de soldadura fotosensible se adhiere como una pegatina a un soporte similar a una cinta de transferencia. Se cortan láminas grandes con un plotter o láser para que coincidan con los patrones individuales de la placa. La película se coloca con la soldadura hacia abajo sobre el cobre preparado y se alimenta a través de una laminadora calentada. La presión y el calor activan el adhesivo, fusionando firmemente la resina de la película seca a la PCB subyacente.
Paso 3: Secado/curado
El método de curado varía ligeramente según el tipo de aplicación del paso 2. Las máscaras líquidas serigrafiadas se cargan en secadoras o bastidores transportadores y se alimentan a un horno de curado o túnel de secado. La temperatura se aumenta gradualmente para eliminar los disolventes sin que se formen burbujas ni defectos.
Las máscaras de película seca colocadas sobre las PCB se curan mediante procesos fotoeléctricos o térmicos controlados, como lámparas UV o placas calefactoras, para completar la reacción de reticulación. Esto da lugar a la formación del recubrimiento sólido final. Un curado adecuado garantiza que la máscara de soldadura esté completamente endurecida y lista para su posterior procesamiento.
Paso 4: inspección
Las máquinas de inspección óptica automatizada (IOA) examinan cuidadosamente el recubrimiento de máscara de soldadura terminado para detectar defectos o deficiencias. Las cámaras de alta resolución detectan problemas como huecos, puentes entre pistas o manchas que podrían comprometer la protección. Esto garantiza que la calidad cumpla con las especificaciones antes del ensamblaje. Cualquier área problemática identificada podría requerir un retoque para su reparación.
Paso 5: Perfore la máscara si es necesario
El enmascaramiento de perforación, una capa adicional de máscara de soldadura, se aplica a veces sobre los orificios de perforación de orificio pasante (PTH) después de la aplicación principal. Esto evita que la soldadura se filtre o se absorba en los orificios durante el proceso de montaje superficial, lo que podría causar defectos. El líquido de máscara de perforación se serigrafia con precisión solo sobre los orificios utilizando las mismas técnicas básicas que el proceso principal de máscara de soldadura.
Paso 6: Marcado/Acabado
Se pueden añadir marcas de identificación si el cliente las solicita. Esto suele implicar la serigrafía de etiquetas, logotipos o códigos de trazabilidad directamente sobre las superficies con máscara de soldadura utilizando tintas especiales.
En esta etapa se aplica a veces un acabado superficial, como el estañado-plomo, para mejorar la soldabilidad antes de la colocación del componente. Las placas, completamente procesadas, inspeccionadas y marcadas, se preparan para su embalaje final y envío al cliente o para la siguiente etapa de ensamblaje.
Normas IPC para máscaras de soldadura en PCB
La correcta aplicación y las características de la máscara de soldadura son cruciales para la fabricación y la fiabilidad. IPC ha establecido varias normas para guiar la especificación y las pruebas de las máscaras de soldadura.
● IPC-SM-840 Describe los requisitos y métodos de prueba para materiales de máscara de soldadura fotoimagen líquida. Abarca aspectos como el espesor de película recomendado, la temperatura de curado, las propiedades de adhesión y la resistencia a los disolventes.
● IPC-SM-781 Abarca las pruebas eléctricas y físicas estándar para máscaras de soldadura. Esto incluye la inspección de defectos de poros y cavidades, cráteres en las almohadillas, fileteado y resistencia al impacto. Una correcta cobertura de la máscara de soldadura ayuda a prevenir cortocircuitos.
● IPC-SF-818 Establece directrices para las definiciones y abreviaturas de máscaras de soldadura. Esto estandariza la terminología para características como el color de la máscara de soldadura, la alineación de la leyenda y otros atributos. Un lenguaje coherente evita errores de especificación.
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CIP-1791 Define las relaciones de expansión preferidas de la máscara de soldadura según las reglas de diseño de la placa. Una relación adecuada evita la formación de puentes de soldadura entre almohadillas con poca separación durante el reflujo.
Defectos comunes de la máscara de soldadura y sus causas
Como en cualquier proceso de fabricación, el enmascaramiento de soldadura es susceptible a defectos que afectan la calidad y la fiabilidad. A continuación, se presentan algunos de los defectos más comunes.
● Puente de soldadura: Se produce cuando la soldadura fluye entre dos contactos o almohadillas muy espaciadas, lo que provoca un cortocircuito. Suele deberse a una aplicación excesiva de pasta de soldar, a restos de fundente en la placa o a una limpieza inadecuada después de soldar.
● Agujeros: Los poros son pequeños agujeros o espacios en la capa de máscara de soldadura que dejan al descubierto el cobre subyacente. Pueden deberse a contaminación durante la aplicación de la máscara o a un curado inadecuado. Los poros permiten que la soldadura se filtre por debajo durante el reflujo, lo que podría causar cortocircuitos.
● Pelado/Delaminación: El desprendimiento o delaminación de la máscara de soldadura ocurre cuando la capa de máscara se separa del material de la placa. Esto suele deberse a una preparación inadecuada de la superficie de la placa antes de aplicar la máscara o a la incompatibilidad de los materiales entre la placa y la máscara. El desprendimiento expone el cobre, que puede oxidarse y, con el tiempo, provocar una mala formación de la unión de soldadura o problemas eléctricos.
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Máscara de soldadura faltante: Las zonas donde la máscara está completamente ausente dejan el cobre completamente expuesto. Esto suele deberse a imperfecciones durante el proceso de aplicación, como plantillas obstruidas. Esto permite que la soldadura se filtre hacia las estructuras de cobre expuestas durante el reflujo.
Preguntas frecuentes sobre la capa de máscara de soldadura
1) ¿Se puede fabricar una placa PCB sin máscara de soldadura?
Técnicamente, es posible fabricar una PCB sin máscara de soldadura. Sin embargo, no se recomienda, ya que esta cumple funciones importantes. Sin ella, la soldadura podría filtrarse hacia las pistas y los pads adyacentes, lo que podría causar cortocircuitos. Además, protege la placa y facilita la visibilidad de las pistas y los pads.
2) ¿Qué es la capa de pasta en la PCB?
La capa de pasta se refiere a la pasta de soldadura que se aplica a la PCB durante el montaje superficial. La pasta de soldadura es una mezcla de pequeñas bolas de aleación de soldadura en un vehículo de fundente adhesivo. Se aplica uniformemente con una plantilla para transferir la pasta a las almohadillas de los componentes de la PCB según los patrones deseados.
3) ¿Importa el color de la máscara de soldadura?
El color de la máscara de soldadura no es funcionalmente importante, pero ciertos colores como el verde se usan comúnmente, ya que proporcionan un buen contraste para ver las pistas y los pads. Los colores oscuros como el negro pueden dificultar la visibilidad de las pistas. Los colores más claros, como el amarillo o el blanco, pueden mostrar defectos o daños con mayor facilidad.
4) ¿Cuáles son las desventajas de las máscaras de soldadura?
Las posibles desventajas incluyen:
● Costo/tiempo de aplicación de la mascarilla.
● Riesgo de defectos en la aplicación.
● Riesgo de que la mascarilla se desprenda con el tiempo.
● Dificultad para inspeccionar áreas debajo de la máscara.
● Haga que las áreas a retrabajar sean más difíciles cubriendo los rastros y las almohadillas.
5) ¿Una máscara de soldadura repele la soldadura?
Sí, una función clave de una máscara de soldadura es repeler la soldadura. Está formulada con materiales que evitan que la soldadura se adhiera a la superficie. Esto controla dónde se produce la soldadura y evita puentes involuntarios entre pistas o pads cercanos.
6) ¿Qué grosor debe tener una máscara de soldadura?
El grosor recomendado para una máscara de soldadura es de 20 a 50 micras. Un grosor inferior a 20 micras puede no ofrecer suficiente protección, mientras que un grosor superior a 50 micras no ofrece ninguna ventaja real y dificulta la visibilidad de las trazas bajo la máscara. El grosor más adecuado es de 25 a 35 micras para un buen equilibrio entre propiedades y visibilidad.
7) ¿Qué disolvente elimina la máscara de soldadura?
Los disolventes comunes que eliminan las máscaras de soldadura incluyen alcohol isopropílico (IPA), acetona y metiletilcetona (MEK). El quitaesmalte también funciona en muchos casos. El disolvente debe disolver o ablandar el material de la máscara lo suficiente para que pueda eliminarse sin dañar las trazas o almohadillas de cobre subyacentes.
8) ¿Cómo aplicar la máscara de soldadura de manera uniforme?
Las máscaras de soldadura se aplican comúnmente mediante serigrafía o hilado. La serigrafía utiliza una plantilla de malla fina para raspar/escurrir el material líquido de la máscara sobre la PCB con un espesor controlado. El hilado distribuye el líquido uniformemente por toda la placa mediante fuerza centrípeta. Una correcta reología del material de máscara, el control del proceso y la limpieza son clave para una aplicación uniforme.
9) ¿Cuándo es necesario retocar o volver a aplicar la máscara de soldadura?
Podría ser necesario reaplicar la máscara de soldadura si la máscara original se daña, agrieta, descascara o desgasta durante la producción o el uso. Los retoques pueden rellenar pequeños defectos. Se recomienda reaplicar si se ven afectadas áreas extensas. Otras causas podrían incluir procesos de retrabajo, exposición prolongada a productos químicos de limpieza o condensación, o exposición ambiental prolongada que degrade la máscara.
Conclusión
La máscara de soldadura es crucial para proteger los circuitos de PCB y prevenir cortocircuitos. Ya sea que diseñe prototipos, fabrique productos o solucione problemas en placas, comprender las máscaras de soldadura le será muy útil.
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