Паяльная маска является одним из основных и часто упускаемых из виду компонентов любой печатной платы (ПП). Как неотъемлемое защитное покрытие, наносимое в процессе производства, паяльная маска ПП выполняет несколько важных функций, которые гарантируют, что ваша печатная плата функционирует так, как задумано. Однако для многих инженеров, работающих с ПП, точное назначение и роль паяльной маски часто неизвестны или принимаются как должное.
В этом всеобъемлющем руководстве мы подробно объясним, что такое паяльная маска на печатной плате, какие типы доступны и как она критически влияет на надежность и срок службы ваших печатных плат. Читайте дальше, чтобы узнать об их основных функциях и о том, почему правильное покрытие паяльной маской и ее выбор имеют решающее значение для требований, связанных с конкретным применением.
Что такое слой паяльной маски?
Паяльная маска или паяльный резист — это защитное покрытие, наносимое на печатные платы в процессе производства. Этот специальный полимерный слой, похожий на чернила, предотвращает прилипание припоя там, где это нежелательно. После установки компонента паяльная маска наносится или распыляется на плату, покрывая все непроводящие области. Она включает в себя промежутки между линиями трассировки и контактными площадками, а также ненужные внутренние слои.
Избирательно блокируя поток припоя, маска обеспечивает равномерные электрические соединения между точными точками схемы во время процессов пайки волной или оплавлением. Она помогает обеспечить долгосрочную надежность и предотвращает случайные электрические замыкания.
О PCBasic
Время — деньги в ваших проектах — и PCBasic получает это. PCBasic это компания по сборке печатных плат который обеспечивает быстрые и безупречные результаты каждый раз. Наш комплексный Услуги по сборке печатных плат включают экспертную инженерную поддержку на каждом этапе, гарантируя высочайшее качество каждой платы. Как ведущий Производитель печатных плат, мы предлагаем комплексное решение, которое оптимизирует вашу цепочку поставок. Сотрудничайте с нашими передовыми Завод по производству прототипов печатных плат для быстрого выполнения заказов и превосходных результатов, которым вы можете доверять.
Материалы паяльной маски
Паяльные маски обычно изготавливаются из эпоксидных, полиимидных или акриловых материалов. Эпоксидные паяльные маски являются наиболее распространенными, обеспечивая хорошую химическую и термическую стойкость и адгезию. Они подходят для общего применения.
Полиимидные маски обладают превосходной термостойкостью, что делает их пригодными для использования в аэрокосмической и военной промышленности при более высоких температурах.
Акриловые маски более экономичны, но менее долговечны. Выбор материала зависит от конкретных требований схемы и ожидаемых условий производства и использования.
Цвета паяльной маски
Паяльная маска обычно зеленая, что делает элементы схемы легко видимыми. Однако вы также можете использовать красный, синий, черный и белый цвета. Зеленый цвет предпочтительнее, так как он обеспечивает высокий контраст по сравнению с типичным цветом печатных плат.
Во время осмотра и доработки маски разных цветов могут упростить идентификацию нескольких плат. Они также могут указывать на специальные приложения, такие как подразумеваемые заземляющие плоскости или разветвленные цепи. Пользовательские цвета даже становятся популярными для брендинга и стилевых целей продукта. Правильная окраска улучшает технологичность и долгосрочное обслуживание.
Зачем использовать паяльную маску на печатных платах
Паяльная маска является важным защитным покрытием в производстве печатных плат (ПП). Нанесение паяльной маски обеспечивает несколько ключевых преимуществ:
● Изоляция: Слой паяльной маски изолирует плату и предотвращает короткие замыкания между близко расположенными дорожками или контактными площадками, тем самым повышая электрическую надежность.
● Размещение компонентов: Паяльная маска определяет контактные площадки и области для размещения компонентов, облегчая автоматическую сборку.
● Пайка: Паяльная маска предотвращает окисление медных дорожек и контактных площадок, улучшая их паяемость. Обеспечивает прочные и надежные соединения.
● Защита от загрязнения: Покрытие защищает от воздействия окружающей среды и коррозии, продлевая срок службы доски.
●
Эстетика: Многие паяльные маски имеют зеленый или другой цвет, что позволяет визуально идентифицировать паяные и непаянные области для контроля качества.
Типы слоев паяльной маски
Существуют различные типы слоев паяльной маски, каждый из которых имеет свои преимущества. Вот три основных.
1. Эпоксидная жидкость
Эпоксидная жидкость — это тип светочувствительного жидкого полимера, который обычно используется в качестве слоя паяльной маски. Он состоит из эпоксидной смолы и фотоинициатора, растворенного в растворителе. При воздействии УФ-излучения через фотошаблон фотоинициатор запускает химическую реакцию, которая сшивает и затвердевает открытую эпоксидную смолу.
Неэкспонированные области затем можно смыть, оставив застывший узорчатый эпоксидный слой в качестве маски для пайки. Этот рабочий процесс обеспечивает хорошую адгезию, термическую и химическую стойкость для маски для эпоксидной жидкой пайки. Она широко используется в производстве печатных плат благодаря своим превосходным изолирующим свойствам.
Плюсы:
● Он очень надежен.
● Защита от различных опасностей
● Возможность равномерного покрытия сложных геометрических форм
Минусы:
● Относительно высокие затраты на материалы и обработку
2. ЛПСМ/ЛПИ
LPSM (Liquid Photo-imageable Solder Mask) использует жидкий фотообразующий (LPI) полимерный материал в качестве слоя паяльной маски. LPI состоит из жидкой смолы на основе эпоксидной смолы, смешанной с фотокислотным генератором. При воздействии УФ-излучения через фотошаблон фотокислотный генератор вырабатывает кислоту, катализирующую реакцию сшивания смолы.
Неэкспонированные области затем можно проявите, оставив за собой отвержденный узорчатый слой маски припоя LPI. Этот светочувствительный рабочий процесс на основе жидкости позволяет маскам припоя LPI равномерно покрывать печатные платы с тонкими геометрическими формами и особенностями.
Плюсы:
● Обеспечивает хорошую прочность сцепления с печатной платой
● Обладает превосходной химической и термической стойкостью.
Минусы:
● Для процесса фотолитографии необходим строгий контроль окружающей среды
3. ДФСМ
DFSM (Dry Film Solder Mask) — светочувствительный ламинированный материал, используемый в качестве слоя паяльной маски. Он состоит из светочувствительной эпоксидной или полиимидной смолы, зажатой между полимерными пленками.
Рабочий процесс включает ламинирование сухой пленки на медную плату под воздействием тепла и давления. Это связывает слой смолы с платой. Затем она подвергается воздействию УФ-излучения через фотошаблон, который затвердевает в определенном шаблоне. Проявка удаляет неэкспонированные области, оставляя за собой отвержденный шаблон паяльной маски.
Критическое преимущество DFSM заключается в том, что это процесс сухой пленки. Это означает, что он не требует использования каких-либо растворителей во время нанесения и проявления. Он обеспечивает хорошие изоляционные свойства и адгезию к плате, как жидкие смолы.
Плюсы:
● Процесс без растворителя
● Равномерная толщина тонкой пленки
● Простота в обращении и регистрации
● Хорошая изоляция и адгезия
Минусы:
● Трудно равномерно покрыть доски сложной формы/геометрии.
Другая терминология, которую вам следует знать о паяльной маске
При работе с паяльными масками вам следует знать еще несколько ключевых терминов:
● Тентованные проходы: Это способ наложения паяльной маски на сквозные отверстия (PTH) или переходные отверстия на печатной плате. Вместо того, чтобы полностью установить паяльную маску в отверстие, она слегка нависает или куполообразно приподнимается над отверстиями, что помогает предотвратить образование перемычек припоя между близко расположенными отверстиями или переходными отверстиями во время сборки.
● Зазор паяльной маски: Это относится к небольшому зазору, оставленному между краями областей паяльной площадки и материалом паяльной маски. Этот зазор необходим для того, чтобы припой имел чистую область для надлежащего затекания и течения во время оплавления без задержки маской. Обычно он составляет не менее 100 микрометров вокруг каждой площадки.
● Открытие паяльной маски: Это место, где должен быть нанесен припой и прикреплены компоненты. Это место, где отсутствует слой паяльной маски, обнажая голые медные площадки и схему под ними. Точные отверстия, совмещенные с областями площадок, имеют решающее значение для надежных паяных соединений.
● Расширение паяльной маски: Это относится к небольшому удлинению маски за пределы определенных площадок или краев элементов схемы. Этот небольшой выступ помогает предотвратить образование мостиков припоя или коротких замыканий между близко расположенными площадками или дорожками во время процесса сборки. Он обеспечивает зазор или границу для расплавленного припоя.
Какую паяльную маску следует использовать на печатных платах
При выборе слоя паяльной маски для печатной платы следует учитывать несколько основных свойств и соображений.
Химическая устойчивость
Паяльная маска должна выдерживать химическое воздействие в процессе пайки и сборки. Ищите маску, которая может выдерживать воздействие флюса для пайки, растворителей для очистки и других химикатов, используемых в процессе производства и обслуживания. Эпоксидные паяльные маски обычно обладают превосходной химической стойкостью.
прилипание
Слой маски должен плотно прилегать к подложке и медным дорожкам. Правильная адгезия гарантирует, что маска не отслоится и не пузырится во время производства или использования. Как сухие пленочные, так и жидкие фотоформируемые паяльные маски обычно обеспечивают прочную адгезию при полном отверждении.
Диэлектрическая прочность
Диэлектрическая прочность влияет на электрическую изоляцию. Высокая диэлектрическая проницаемость помогает предотвратить миграцию дорожек и замыкание. Большинство паяльных масок, используемых на коммерческих платах, имеют диэлектрическую проницаемость выше 3, хотя некоторые специализированные конструкции высокой плотности требуют еще более высокого значения.
Colorfastness
Цвет маски не должен выцветать или обесцвечиваться под воздействием тепла, влажности или ультрафиолетового излучения с течением времени. Зеленый — популярный цвет, поскольку он очень устойчив к цвету. Обязательно проверьте рейтинг светостойкости, если внешний вид важен в долгосрочной перспективе.
Выбор паяльной маски, которая хорошо работает по этим ключевым свойствам, обеспечит надежную и длительную защиту дорожек цепи на вашей печатной плате. Рассмотрите образцы от ведущих поставщиков, таких как PCBasic, чтобы найти наилучшее соответствие потребностям вашего приложения и среде.
Рекомендации по проектированию паяльной маски
При проектировании печатных плат паяльная маска играет важную роль в защите и функциональности. Соблюдение некоторых ключевых рекомендаций поможет гарантировать, что ваша паяльная маска эффективно поддерживает дизайн вашей печатной платы.
Оставьте зазор между паяльной маской и контактными площадками/компонентами
Всегда оставляйте небольшой зазор между паяльной маской и компонентами или медными площадками, которые она покрывает. Этот зазор, обычно 0.005 дюйма, предотвращает образование мостиков или соприкосновение маски с площадками, что может привести к дефектам. Он также создает путь для течения припоя и надлежащего сцепления.
Не размещайте паяльную маску на линиях отжига
Не размещайте паяльную маску поверх линий отжига на печатной плате. Линии отжига помогают снять напряжение с платы и должны оставаться свободными от любого покрытия. Паяльная маска поверх линий отжига может треснуть в процессе производства.
Используйте плавные радиусные края для щелей и отверстий
Убедитесь, что все щели или отверстия в паяльной маске имеют закругленные углы и постепенно сужающиеся края. Острые внутренние углы или углы склонны к растрескиванию, что может привести к обнажению меди под ними. Все края должны иметь минимальный радиус 0.002 дюйма.
Поддерживайте постоянную толщину паяльной маски
Обязательно поддерживайте постоянную толщину паяльной маски. Изменения могут привести к образованию мостиков, а более тонкий слой может не полностью изолировать контактные площадки. Толщина в диапазоне 0.0015–0.002 дюйма надлежащим образом обеспечивает баланс между защитой и технологичностью.
Как наносится паяльная маска на печатную плату
Правильное и последовательное нанесение паяльной маски является важной частью производства печатных плат. Вот типичные этапы нанесения паяльной маски на печатные платы:
Шаг 1: Подготовка поверхности
Сначала печатная плата проходит процесс обезжиривания, чтобы удалить любые загрязнения с медной поверхности, такие как масло, смазка или другие загрязнители. Обычно это делается с использованием растворителей в автоматизированной машине для обезжиривания или вручную с использованием обезжиривающих химикатов. Тщательная очистка поверхности важна для надлежащего прилипания паяльной маски.
После обезжиривания применяется химическое травление, например, серная кислота. Это вытравливает очень тонкий верхний слой необработанной медной оболочки, механически делая поверхность шероховатой на микроскопическом уровне. Это обеспечивает больше точек крепления для паяльной маски, чтобы зацепиться за них. Затем плата промывается водой, чтобы удалить остатки травителя. Некоторые производители могут включать дополнительное промывание ионизированной водой для дальнейшей очистки меди на атомном уровне перед сушкой.
Шаг 2: Нанесение паяльной маски (ламинирование и трафаретная печать)
После очистки и травления медная поверхность подготавливается к нанесению паяльной маски. Двумя основными используемыми методами являются ламинирование и трафаретная печать.
Для трафаретной печати светочувствительная эмульсия наносится на плотно сотканный сетчатый экран в соответствии с рисунком прокладки и следа дизайна печатной платы. Затем она подвергается УФ-облучению для затвердевания эмульсии в открытых областях печати. Жидкая паяльная маска выливается на поверхность экрана, и лезвие ракеля продавливает ее через эти отверстия. Это наносит маску на плату ниже за несколько проходов для создания необходимого покрытия.
При ламинировании сухая пленка светочувствительного материала маски припоя приклеивается как наклейка к подложке, похожей на ленту переноса. Большие листы разрезаются с помощью плоттера или лазера для соответствия индивидуальным рисункам платы. Пленка припаивается стороной вниз к подготовленной меди и пропускается через нагретый ламинатор. Давление и тепло активируют клей, плотно приваривая сухую пленку смолы к печатной плате ниже.
Шаг 3: Сушка/отверждение
Метод отверждения немного отличается в зависимости от типа применения на шаге 2 выше. Жидкие маски с трафаретной печатью загружаются на конвейерные сушилки или стеллажи и пропускаются через печь отверждения или сушильный туннель. Температура медленно повышается, чтобы удалить растворители без образования пузырьков или дефектов.
Сухие пленочные маски, размещенные на печатных платах, отверждаются контролируемыми фото- или термопроцессами, такими как УФ-лампы или нагревательные пластины, для завершения реакции сшивания. Это приводит к формированию окончательного твердого покрытия. Правильное отверждение гарантирует, что паяльная маска полностью затвердеет и будет готова к дальнейшей обработке.
Шаг 4: осмотр
Машины автоматизированного оптического контроля (AOI) тщательно проверяют готовое покрытие паяльной маски на наличие дефектов или недостатков. Камеры с высоким разрешением обнаруживают такие проблемы, как пустоты, мосты между дорожками или пятна, которые могут поставить под угрозу защиту. Это гарантирует соответствие качества спецификациям перед дальнейшей сборкой. Для устранения любых выявленных проблемных областей может потребоваться подкраска.
Шаг 5: При необходимости просверлите маску
Drill Masking, дополнительное покрытие паяльной маски, иногда наносится поверх металлизированных сквозных отверстий (PTH) после основного нанесения. Это предотвращает затекание или втягивание припоя в отверстия во время процесса поверхностного монтажа, что может привести к дефектам. Жидкость для маски для сверления точно наносится трафаретной печатью только поверх отверстий с использованием тех же основных методов, что и основной процесс паяльной маски.
Шаг 6: Маркировка/Отделка
По желанию заказчика можно добавить идентификационные маркировки. Обычно это включает трафаретную печать этикеток, логотипов или кодов отслеживания непосредственно на запаянных поверхностях с использованием специальных маркировочных чернил.
На этом этапе иногда применяется поверхностная отделка, например, оловянно-свинцовое покрытие, чтобы улучшить паяемость перед размещением компонентов. Полностью обработанные, проверенные и промаркированные платы готовятся к окончательной упаковке и отправке заказчику или на следующий этап сборки.
Стандарты IPC для паяльной маски на печатной плате
Правильное нанесение и характеристики паяльной маски имеют решающее значение для технологичности и надежности. IPC установила несколько стандартов для руководства спецификацией и тестированием паяльной маски.
● ИПК-СМ-840 описывает требования и методы испытаний для жидких фотоформируемых паяльных масок. Он охватывает такие пункты, как рекомендуемая толщина пленки, температура отверждения, адгезионные свойства и устойчивость к растворителям.
● ИПК-СМ-781 охватывает стандартные электрические и физические испытания для паяльных масок. Это включает проверку дефектов в виде точечных отверстий и пустот, кратеров на контактных площадках, скругления и ударопрочности. Правильное покрытие паяльной маской помогает предотвратить короткие замыкания.
● IPC-SF-818 устанавливает руководящие принципы для определений и сокращений паяльной маски. Это стандартизирует терминологию для таких функций, как цвет паяльной маски, выравнивание легенды и другие атрибуты. Единый язык предотвращает ошибки спецификации.
●
IPC-1791 определяет предпочтительные коэффициенты расширения паяльной маски на основе правил проектирования платы. Правильное соотношение предотвращает образование мостиков припоя между близко расположенными контактными площадками во время оплавления.
Распространенные дефекты паяльной маски и их причины
Как и любой производственный процесс, маскировка припоя подвержена дефектам, влияющим на качество и надежность. Вот некоторые из наиболее распространенных дефектов.
● Паяное соединение: Происходит, когда припой течет между двумя близко расположенными контактами или площадками, вызывая короткое замыкание. Часто это происходит из-за слишком большого количества нанесенной паяльной пасты, следов флюса на плате или недостаточной очистки после пайки.
● Отверстия: Отверстия — это небольшие отверстия или щели в слое паяльной маски, которые обнажают лежащую под ними медь. Они могут быть вызваны загрязнением во время нанесения паяльной маски или недостаточным отверждением. Отверстия позволяют припою затекать под них во время оплавления, что может привести к коротким замыканиям.
● Отслаивание/Расслаивание: Отслаивание или расслоение паяльной маски происходит, когда слой маски отделяется от материала платы. Обычно это происходит из-за ненадлежащей подготовки поверхности платы перед нанесением паяльной маски или несовместимости материалов платы и паяльной маски. Отслаивание обнажает медь, которая может окислиться и со временем привести к плохому формированию паяного соединения или электрическим проблемам.
●
Отсутствует паяльная маска: Области, где маска полностью отсутствует, оставляют медь полностью открытой. Это часто происходит из-за дефектов в процессе нанесения, таких как засоренные трафареты. Это позволяет припою затекать на открытые медные структуры во время оплавления.
Часто задаваемые вопросы о слое паяльной маски
1). Можно ли изготовить печатную плату без паяльной маски?
Технически возможно изготовить печатную плату без слоя паяльной маски. Однако это не рекомендуется, поскольку паяльная маска выполняет важные функции. Без нее припой может затекать в соседние дорожки и площадки, что может привести к коротким замыканиям. Она также защищает плату и облегчает просмотр дорожек и площадок.
2) Что такое слой пасты на печатной плате?
Слой пасты относится к паяльной пасте, наносимой на печатную плату во время поверхностного монтажа. Паяльная паста представляет собой смесь небольших шариков припоя в липком флюсовом носителе. Она наносится равномерно с помощью трафарета для переноса пасты на контактные площадки компонентов на печатной плате в желаемых узорах.
3) Имеет ли значение цвет паяльной маски?
Цвет паяльной маски не имеет функционального значения, но некоторые цвета, например зеленый, обычно используются, поскольку они обеспечивают хороший контраст для обнаружения следов и контактных площадок. Темные цвета, например черный, могут сделать следы менее заметными. Более светлые цвета, например желтый или белый, могут легче обнаруживать дефекты или повреждения.
4) Каковы недостатки паяльных масок?
К потенциальным недостаткам относятся:
● Стоимость/время нанесения маски.
● Риск возникновения дефектов в приложении.
● Риск того, что маска со временем отслоится.
● Затрудненный осмотр подмасковых зон.
● Затрудните повторную обработку участков, закрыв следы и контактные площадки.
5) Отталкивает ли паяльная маска припой?
Да, ключевая функция маски для пайки — отталкивать припой. Она изготовлена из материалов, которые не дают припою прилипать к поверхности. Это контролирует место пайки и предотвращает непреднамеренное образование мостиков между близкими контактными площадками/дорожками.
6) Насколько толстой должна быть паяльная маска?
Рекомендуемая толщина паяльной маски составляет 20–50 микрон. Толщина менее 20 микрон может не обеспечить достаточной защиты, а толще 50 микрон не дает реальных преимуществ и затрудняет обнаружение следов под маской. Наиболее подходящая толщина составляет 25–35 микрон для хорошего баланса свойств и видимости.
7) Какой растворитель удаляет паяльную маску?
Обычные растворители, которые удаляют паяльные маски, включают спирт (ИПС), ацетон и МЭК (метилэтилкетон). Жидкость для снятия лака также работает во многих случаях. Материал маски должен быть достаточно растворен/размягчен растворителем, чтобы его можно было удалить, не повредив нижележащие медные дорожки/контакты.
8) Как равномерно нанести паяльную маску?
Паяльные маски обычно наносятся с помощью трафаретной печати или прядения. При трафаретной печати используется мелкоячеистый трафарет для соскабливания/продавливания жидкого материала маски по печатной плате с контролируемой толщиной. Вращение равномерно распределяет жидкость по плате с помощью центростремительной силы. Правильная реология маскирующего материала, контроль процесса и очистка являются ключами к равномерному нанесению.
9) Когда необходимо подкрашивание или повторное нанесение паяльной маски?
Повторное нанесение паяльной маски может потребоваться, если оригинальная маска повреждена, потрескалась, отслоилась или изношена в процессе производства/использования. Подкрашивание может заполнить небольшие дефекты. Повторное нанесение может быть выполнено, если повреждены большие площади. Другие причины могут включать процессы переработки, конденсацию/очистку, химическое воздействие с течением времени или длительное воздействие окружающей среды, ухудшающее маску.
Заключение
Паяльная маска играет важную роль в защите цепей печатных плат и предотвращении коротких замыканий. Независимо от того, разрабатываете ли вы прототипы, производите продукцию или устраняете неполадки на платах, понимание паяльной маски будет вам полезно.
Для вашего следующего проекта рассмотрите возможность отправки файлов Gerber в PCBasic. Как ведущий производитель печатных плат и сборочный цех, мы можем производить для вас платы с прецизионно нанесенными паяльными масками. Наши опытные специалисты и качественные процессы гарантируют, что каждый проект будет выполнен правильно. Свяжитесь с нами сегодня, чтобы обсудить ваши потребности в печатных платах и получить быстрый оборот на прототип или производственный цикл.
Ищете расценки на печатные платы или печатные платы? Свяжитесь с нами сейчас.
