Для чего нужна паяльная маска

паяльная защитная маска печатной платы

Термостойкое покрытие, наносимое избирательно для защиты отдельных участков печатной платы в процессе пайки.

Защитная паяльная маска служит для защиты участков печатных плат от наплывов припоя. Существует 2 типа масок – сухая пленочная и жидкая. Сухая пленочная паяльная маска наносится методом ламинирования. Жидкая паяльная маска наносится методом сеткографии через сетчатый трафарет, причем существует 2 варианта: 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 последующим проявлением с использованием фотошаблонов. Требования к совмещению фотошаблонов маски ниже, чем к фотошаблонам топологии, поэтому окна вскрытия должны быть шире контактных площадок. Это нужно учитывать при создании компонентов, особенно в САПР где этот параметр задается непосредственно в компоненте (например, ORCAD), как правило, размер вскрытия задается на 0,1 мм больше размера контактной площадки. Следует также отметить, что разрешение (мостики в маске) распространенных масок составляет не менее 0,15 мм, это нужно учитывать в компонентах с шагом выводов 0,5мм.

Для компонентов с мелким шагом можно применять специальные LDI маски. В этом случае размер вскрытия может быть на 0,05мм больше размера контактной площадки. Разрешение таких масок 0,10мм.

С разновидностями масок на производстве «Резонит» вы можете ознакомиться по ссылке. Рекомендуем также ознакомиться с познавательным видеороликом, в котором наглядно показан процесс нанесения паяльной маски.

Связанные термины

Фоторезист печатной платы, в пленке которого под действием излучения протекают фотохимические реакции, приводящие к увеличению скорости его растворения в соответствующих проявителях.

Расстояние между осями соседних печатных проводников печатной платы.

Источник

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

Источник

Путь от схемы до устройства. Часть 6: паяльная маска и шелкография

Если попытаться визуально сравнить нашу плату из пятой части с любой заводской платой, то в глаза сразу бросится основное отличие: практически на всех заводских платах дорожки покрыты каким-то защитным слоем, снаружи остаются только контактные площадки. Этот слой может быть зеленым, красным, синим, а иногда даже черным или белым. Так что же это такое, и зачем оно нужно?

Это покрытие именуется паяльной маской, и призвано защитить дорожки от окислов, случайных замыканий и перегрева текстолита при монтаже элементов. В добавок к этому производить монтаж элементов на плате покрытой паяльной маской намного комфортнее: припой не растягивается по дорожкам. Если же детали запаиваются феном, то это тем более актуально. Да и выглядит плата с маской гораздо привлекательнее.

На данный момент радиолюбителю доступны три вида паяльной маски:

Однокомпонентная маска предлагаемая нашими маленькими китайскими друзьями на деле все же является ремонтной краской. Например, ей очень удобно замазать место восстановления дорожек. Нет, как маску ее тоже используют, в этом случае не нужна печь (а УФ лампы нужны в любом случае), но по прочности она все же проигрывает двухкомпонентной. Существует и настоящая однокомпонентная паяльная маска, но встречается она гораздо реже.

Пленочная маска очень похожа на фоторезист и по виду, и по принципу работы с ней. Да-да, из фоторезиста тоже можно сделать защитное покрытие, но на деле это лишь подобие, которое не обладает ни химической ни механической прочностью. Она так же довольно редко встречается, довольно дорого стоит, и главное, для полноценной работы необходим вакуумный ламинатор (для полноценного прилегания маски к поверхности платы).

Наиболее оптимальным по соотношению цена/качество является двухкомпонентная паяльная маска. Существует возможность приобрести ее на развес, что делает маску еще более доступной.

Магазины и продавцы, услугами которых я пользуюсь.

Да, нанесение паяльной маски делает процесс изготовления платы еще более трудоемким, затратным по времени и требует новых инструментов и материалов. Но ведь настоящий радиолюбитель и не должен стоять на месте, приобретение новых навыков и знаний, это всегда хорошо.

Как обычно, разделим процесс изготовления платы на этапы:

Сверление заготовки, нанесение фоторезиста, экспонирование, проявка, травление. Все эти этапы мы рассмотрели ранее. Возможно кого-то и удивит тот факт, что первым этапом идет сверление, обычно мы это делали почти в самом конце, но в данном случае отверстия сверлит станок ЧПУ, и порядок будет именно такой. О подготовке файлов для станка и изготовлении платы с его помощью мы еще поговорим, а пока воспримем это как данность.

На второй фотографии можно заметить, что рядом с шаблоном дорожек есть еще один шаблон (на самом деле он там не один). Это и есть шаблон для паяльной маски. По принципу работы с ней, маска мало чем отличается от фоторезиста. Это точно такой же светочувствительный материал, с небольшими отличиями: он состоит из двух компонентов и он жидкий.

Ситуация, когда при нанесении не хватило маски, очень удручающе действует на психику, а значит необходимо рассчитать ее количество. На деле тут все просто: на 1 квадратный дециметр платы (10*10 см) с запасом хватает 2 грамм маски. Конечно тут все зависит от консистенции и способа нанесения, я же говорю о ситуации, когда маска ни чем не разбавлена (достаточно густая), и наносится через специальную сетку при помощи ракеля. Да, совсем небольшой расход.

Нет ничего страшного в том, что композита на сотые доли грамма больше чем положено. Но если речь идет о ситуации когда чего-то больше, то очень желательно, чтобы это был именно композит а не отвердитель. Опять же, на сотые доли, не более того, пропорции нужно соблюдать. Далее очень тщательно перемешиваем маску, и оставляем на несколько минут. А пока подготовим сетку.

Нанесение паяльной маски. К нанесению маски можно предъявить два требования: слой должен быть тонким и обязательно равномерным. Можно конечно попытаться справиться и подручными средствами (тут обычно в ход идут валики для краски, шпатели для заделки швов и прочий садовый инвентарь), но все же единственно правильным способом будет являться нанесение через трафаретную сетку.

Для сетки в продаже можно найти специальные рамы, на которые эта сетка натягивается. В моем же случае это обычная профильная труба 18 мм. Клей для сетки специальный, приобретается там же где и сетка. О натяжке сетки можно почитать здесь. Стойки по углам сетки приподнимают ее над заготовкой на 3 мм.

Периметр заготовки проклеивается на сетке малярным скотчем. Подготовим сразу два окна: для маски и шелкографии. Ракельная резина тоже специальная, и приобретена там же где и сетка.

Подготовленная маска наносится равномерным слоем на одну из сторон платы. После чего одним уверенным движением протягивается вдоль заготовки ребром ракеля, расположенного под углом. Главное, не останавливаться при нанесении. Конечно здесь нужен опыт, и со временем результат будет только лучше. А для тренировки можно использовать зубную пасту, например.

Экспонирование паяльной маски. Отличается от фоторезиста лишь временем экспонирования, в остальном все точно так же. Маска негативная (как и фоторезист, полимеризуется то, что было засвечено), значит закрываем только контактные площадки. Далее экспонируем.

Проявка паяльной маски. Опять же, все как с фоторезистом. Даже раствор тот же, потому после проявки фоторезиста его не выливаем, а используем дальше. И даже после проявки маски он пригодится, им мы проявим шелкографию и отмоем сетку от маски. Хочу вот на что обратить внимание: если маска глянцевая, то при проявке этот глянец легко повредить, потому в идеале к поверхности платы вообще нельзя прикасаться. Впрочем, если все сделано правильно, то маска проявляется очень легко.

Нанесение шелкографии. В принципе, нанесение обозначений элементов на плате это не самая необходимая вещь. Если без паяльной маски в некоторых случаях совсем тоскливо, то обозначение элементов это просто удобство при сборке устройства. Так что нанесем и маркировку. Для этого используется та же самая маска, только выберем синий цвет.

У нас маркировка с обратной стороны, потому допустимо нанесение без сушки. Точно так же замешиваем синюю маску и наносим ее на обратную сторону платы.

Сушка шелкографии. В печь на 45 минут при температуре 75°С.

Экспонирование шелкографии. Нам нужно только обозначение элементов, а значит шаблон используем негативный.

Проявка шелкографии.

Окончательная сушка. Выполняется при температуре 145-155°С в течении 50-80 минут. При этой температуре маска обретает окончательную прочность.

Пока сушится плата можно отмыть сетку от маски. С этим легко справляется проявочный раствор кальцинированной соды и посудная губка.

Обрезка платы. Конечно вовсе не обязательно делать это при помощи станка, но раз уж он сверлил отверстия, то и по контуру пусть вырезает тоже он.

Лужение. Здесь так же есть одна особенность: после печи медь на контактных площадках окислена, и лудить ее не так просто. Но исправляется это очень легко, достаточно на минуту опустить плату в воду, в которую добавлена лимонная кислота. Мы же ее используем для травления, так что это не проблема. Достаточно пол чайной ложки на пол стакана воды, и медь станет чистой и блестящей.

Источник

Паяльная маска. Для чего бы применить?

Кто не в курсе — паяльная маска это то чем покрыта печатная плата для защиты тех мест где не нужно паять и облегчения пайки в тех местах где нужно — за счет того что что получаются как-бы «островки» на дорожке для припоя. Но применение по прямому назначению — это скучно. Поэтому мы попробуем наносить данной маской надписи. Например, на передние панели всякой аппаратуры. К сожалению, получилось не всё, а подробнее — под катом. Много больших фото!

Собственно, как и в большинстве моих обзоров в последнее время — говорить непосредственно о товаре особо и нечего. 10-кубовые шприцы с резьбовыми пробочками на выходе и заглушками там куда должен вставляться толкатель. Пасты консистенции сметаны, укрывистость на темных поверхностях не особо хорошая. В целом — маска как маска. Ничем принципиально не отличается от той зеленой что была у меня раньше и которой я пользуюсь в последнее время регулярно. Желтой чутка недоложили 🙁 Ну и фоточки. Общий план:

Зеленый не брал — его есть у меня, большая банка.

Ну и парочка шприцов крупнее. Отличаются они в надписях ИМХО только предпоследним иероглифом в названии. Думаю, он обозначает цвет.

В целом, повторюсь, обычная маска — ничем не отличается от предыдущей зеленой. Нормально наносится на платы, нормально держится и всё такое. То есть как маску можно брать и успешно использовать.

Теперь — эксперименты. У каждого радиолюбителя и реставратора старой техники стоит вопрос о нанесении качественных и выносливых надписей на панели аппаратуры. А почему бы и нет? — подумал я, покупая сей комплект.

Для начала я попробовал на алюминии. Точнее, для начала я попробовал на платах — и там всё ок, а потом уже на алюминии. Нашел в углу кусок алюминиевого уголка, и начал экспериментировать. Сразу предупрежу: основной целью было проверить работу маски на пластике, так что алюминий — прошел вне конкурса, то есть я просто попробовал как оно работает, не особо заморачиваясь качеством результата. Для качества нужно подбирать режимы, в частности — время засветки и расстояние до лампы. В частности, в моем случае для белого и желтого нужно снижать время засветки (где-то секунд до 35-40, наверно), а для черного — увеличивать (до полутора минут примерно), ну и для синего и красного тоже подбирать. Также прошу учесть, что в реальной жизни результат смотрится лучше чем на макро-фото, я, честно говоря, сам удивился, насколько оно плохо выглядит на макро, оказывается. 😉

Итак, технология. наносим каплю маски на поверхность, накрываем пленкой (я использовал рукав для запекания — прямо ОЧЕНЬ понравилось) и разглаживаем максимально тонко и равномерно. Далее накладываем шаблон, который нужно распечатать на лазерном принтере на пленке для лазерных принтеров, и минут 15-20 подержать в парах растворителя (я использую 50/50 646+647) для увеличения контрастности.

Шаблоны выглядят примерно так:

Шаблон прижимаем например стеклом толщиной примерно 3мм. Через стекло УФ нормально проходит, не волнуйтесь. Далее засвечиваем лампой для ногтей около минуты. Время нужно подбирать индивидуально — оно зависит от мощности лампы, расстояния, качества шаблона, толщины стекла, толщины слоя маски и фиг знает чего еще. После засветки аккуратно отделяем пленку, на которой должна остаться незасвеченная маска. Частично она останется и на поверхности куда наносится рисунок, откуда её нужно смыть любым не сильно активным растворителем. Я использую очиститель тормозов от вюрта, просто потому что его есть у меня. Это по сути изопропил. Тряпочку нужно смачивать обильно, чтобы смыть за один раз, но не аж так чтобы текло. Протираем, ну и засвечиваем лампой для окончательного «высыхания», еще минуты 3-5.

Самое сложное — нанести тонкий и равномерный слой маски. «Классический» вариант — капнуть каплю, накрыть плёнкой, и прижать стеклом для растекания. Важно не допустить образования пузырей воздуха. Поэтому плёнку нельзя отклеивать.

Результаты на алюминии:

Крупнее под спойлером

Кусок окрашенного металлического отлива

Для понимания размеров:

На надписи uni-t приклеился кусочек каки, только заметил.

Теперь — пластик. И вот тут всё неоднозначно. Адгезия маски к пластику зависит от цвета и типа пластика. В частности, на черном получается обычно вот так:

На детали остается НЕезасвеченная маска, а засвеченная — прилипает к плёнке и успешно отклеивается от детали вместе с ней.

У меня сложилось впечатление, что «в норме» ультрафиолет проходит через маску и частично отражается от детали (платы, алюминиевой пластины), засвечивая маску «в объеме». в случае черной детали и/или определенных видов пластика — засвечивается в основном только верхний слой, контачащий с плёнкой, соответственно к ней он сразу и прилипает успешно, и с ней же потом и отдирается. Но могу и ошибаться, и радостно почитаю в комментах советы.

В пользу моей теории говорит тот факт, что если на кусок пластика наклеить алюминиевый скотч и заклеить всё скотчем прозрачным, а потом попробовать нанести изображение над алюминием и над черной платой — то над алюминием получается прям всё и сразу, а над черной деталью — как-то нестабильно и по качеству и по детализации, и вообще.

Одним словом, с пластиком нужно экспериментировать. Нанести изображение МОЖНО, но ГОРАЗДО сложнее чем на медь/алюминий.

Старая телефонная карточка:

Кусок заглушки подоконника:

Тут по факту наилучшие результаты, которые на карточке достигаются подбором времени засветки, а вот на подоконнике — есть похоже что-то еще, ибо я долго шел к этому, а результат-то не особо, как видим.

С пластиком есть еще один нюанс: маска его вроде как чутка разъедает, то есть смывать лишнее нужно за одно движение, иначе останутся цветные разводы, как на подоконнике на фото выше.

Для 100% повторяемости результата на любых поверхностях, похоже, придётся применять шелкографию… 🙁

Если честно, я сейчас слегка приболел, так что экспериментировать особо не хочется, и так вчера почти полдня провозился без особого результата, а зная себя могу с уверенностью сказать что если сразу не пошло — то продолжение будет отложено надолго 😉

Источник

Нанесение паяльной маски

Что такое паяльная маска. Выбор типа паяльной маски

Паяльная маска (ПМ) является для готовой печатной платы со сформированным рисунком защитным слоем в последующих процессах нанесения финишных покрытий и групповой пайки.

Поскольку основа печатной платы состоит из стекловолокна и эпоксидной смолы, плата не обладает достаточной теплостойкостью при температурах проведения процессов HAL и пайки при поверхностном монтаже, и без паяльной маски при длительном и высокотемпературном воздействии может происходить поверхностное разрушение материала диэлектрика. При проектировании и нанесении паяльной маски нужно обеспечить изоляцию групп контактных площадок (например, под выводы микросхем) от других проводящих элементов печатной платы – переходных отверстий, контактных площадок, проводников.

Такая изоляция позволяет снизить время и трудоемкость процесса пайки. Дело в том, что в процессе монтажа компонентов на печатную плату, между смежными контактными площадками (если они не изолированы) могут образоваться тончайшие перемычки припоя. И чтобы их обнаружить и устранить, нужно дополнительное время. Если по тем или иным причинам такая перемычка не будет обнаружена, то получится замыкание. Это может привести к неправильной работе прибора или даже к выходу из строя элементов.

Различают 3 типа паяльных масок:

Последняя из перечисленных имеет существенные ограничения по возможности прецизионного нанесения (зазор между проводящим рисунком и рисунком ПМ должен быть не менее 0,2мм при оптимальном выборе типа сетки и степени ее натяжения). Поэтому с учетом устойчивой тенденции к миниатюризации узлов РЭА и ужесточением в связи с этим требований к прецизионности (по допускам к размерам элементов рисунка и точности совмещения с рисунками наружных слоев печатных плат), не смотря на простоту применения, она все реже и реже используется при изготовлении печатных плат для инновационной РЭА. Учитывая это обстоятельство, считаю целесообразным подробно рассмотреть здесь только первые два варианта фотоформируемых паяльных масок.

Стоит отметить также, что паяльные маски не применяются для нанесения поверх рисунка СВЧ печатных плат. Но СВЧ печатные платы это достаточно специфический продукт с массой особенностей требующих отдельного рассмотрения вне рамок этого руководства.

Основным критерием при выборе паяльной маски является тентирование (перекрытие) отверстий. (Рис. 120).

Цели тентирования отверстий:

Преимущества жидкой паяльной маски:

Главный недостаток – технология нанесения жидкой паяльной маски не обеспечивает тентирования переходных отверстий. Связано это с тем, что при нанесении жидкого материала паяльной маски при нормальной температуре на поверхность печатных плат внутри отверстия закупоривается некоторый объем газа (воздуха). При предварительной сушке при температуре 60…80⁰С этот газ, имея свойство расширяться, вскрывает тенты, не успевшие высохнуть. Чем больше диаметр отверстия, тем больше вскрытых тентов. Количество их заранее не прогнозируемо, но вскрытий всегда достаточно много.

Вскрываются тенты с одной стороны отверстия, формируя глухой капилляр, который становится накопителем агрессивных технологических сред (в первую очередь, растворов декапирования, флюсов), а также агрессивных сред, имеющих место при эксплуатации электронного модуля, если он не покрыт конформной защитой (см. рис.121). Избавиться от этого недостатка можно введением дополнительной операции заполнения отверстий специальными составами ( например «филлерами»).

При этом теряется основное преимущество жидкой паяльной маски – ее дешевизна, так как приходится проводить дополнительную операцию планаризации. Добавляются дополнительная трудоемкость, необходимость оснащения дополнительным технологическим оборудованием и необходимость использования еще одного базового материала. Варианты планаризации поверхности печатных плат будут рассмотрены ниже.

Справедливости ради следует упомянуть, что некоторые фирмы – производители жидких паяльных масок декларируют возможность тентирования отверстий при условии выполнения определенных технологических приемов. Мне, к сожалению, ни разу не довелось стать свидетелем успешной практической реализации подобных рекомендаций на отверстиях диаметром более 0,4 мм, но они тентируются и обычной ЖПМ.

Еще одним недостатком жидкой паяльной маски является короткий срок живучести рабочего состава (фотоформируемые жидкие паяльные маски всегда двухкомпонентные). И это притом, что в высокопроизводительные машины нанесения ЖПМ (поливом) необходимо одновременно заправить до 20 литров рабочего состава, который должен быть израсходован в течение 1-2 рабочих дней.

Такие машины можно использовать только в условиях крупносерийного производства. В значительной мере этих недостатков лишены установки факельного нанесения ф. Плюритек. Более подробно их устройство также будет рассмотрено в этом разделе ниже.

Всех этих проблем нет у сухой паяльной маски. Ее основные преимущества:

К недостаткам можно отнести:

На мой взгляд, современному контрактному производству печатных плат для реализации широкого спектра конструктивных требований необходимо иметь оба процесса нанесения маски, т.к. они далеко не полностью взаимо заменяют друг друга.

Технология нанесения паяльной маски

Технолгия нанесения паяльной маски включает в себя следующие этапы:

Нанесение паяльной маски.

По окончании очистки поверхность должна быть высушена. Этапы подготовки, начиная с предварительной очистки и заканчивая щеточной, пемзовой или химической обработкой позволяют дополнительно к основным функциям медной поверхности улучшить ее адгезионные характеристики, способствующие последующему успешному нанесению паяльной маски. Подготовка медной поверхности подробно была рассмотрена в предыдущих разделах. Для собственно нанесения СППМ РТС предлагает вакуумный аппликатор ф. Optek – DPL 24A. (Рис.122). С возможностью ламинировать платы размером до 610х610х3,8 мм.

При изготовлении прототипов, на которых предполагается только опробовать идеи, и которые не предназначенные для длительной эксплуатации в жестких условиях возможно нанесение СППМ на тех же ламинаторах, что и для нанесения травильного фоторезиста с соответствующим подбором режимов, (увеличив температуру нагрева валков и усилие их прижима, уменьшив скорость протяжки печатных плат).

Компоненты состава жидкой фотоформируемой паяльной маски (основной состав, отвердитель-сенсибилизатор, а также, возможно, несколько дополнительных растворителей, играющих роль разбавителей) перед использованием необходимо тщательно перемешать, для чего предпочтительнее использовать механический смеситель. Многие знакомы с тем, что энергичное перемешивание может привести к появлению в жидком составе воздушных пузырей. Но, обеспечив постоянное перемешивание ЖПМ в течение определенного времени, можно удалить все газы из смеси.

Жидкая паяльная маска может наноситься трафаретной печатью, факельным способом или занавесным поливом.

Трафаретная печать является давно освоенным технологическим методом при котором жидкая фотоформируемая паяльная маска наносится сплошным слоем с помощью сеточных трафаретов из полиэстера с помощью ракеля из резины или полиуретана. См. рис. 123. Трафарет представляет из себя открытую сетку площадью чуть меньше чем печатная плата. На периферийной части трафарета для экономии расхода паяльной маски сетка замазывается резистом или заклеивается любым материалом выдерживающим воздействие технологических сред.

В РФ сетки из полиэстера пригодные для нанесения жидкой паяльной маски изготавливаются Рахмановским ткацким комбинатом. Существует оборудование для правильной заточки ракеля при его износе. Диаметр нитей сетки является фактором влияющим на количество наносимой жидкой паяльной маски – ее толщину. В целом, чем больше номер сетки ( для полимерной сетки это обычно число нитей на см), тем тоньше наносимый слой жидкой паяльной маски. Как правило в ТТ на материал жидкой паяльной маски предназначенной для нанесения трафаретной печатью приводятся подробные рекомендации по маркам материалов и режимам нанесения.

Метод занавесного полива, как уже говорилось используется только на крупносерийных производствах. В РФ практически не используется и рассматриваться здесь не будет.

Более подробно хочу рассмотреть метод факельного нанесения паяльной маски, сочетающий в себе гибкость необходимую при многономенклатурном производстве с высокой производительностью, высокую адгезию при обеспечении качественной подготовки и хорошее облегание рельефа проводящего рисунка наружных слоев.

«РТС-Инжиниринг» предлагает для реализации этого процесса установку факельного нанесения паяльной маски Ecosprey ф. Плюритек.

Эта установка интересна не только своей относительно низкой стоимостью, но и такими особенностями как:

После нанесения у жидкой паяльной маски есть еще один этап – предварительная сушка. Для СППМ этот этап также существует, но он проводится у изготовителя и там обеспечен соответственным подбором режимов и оборудования. Пользователь жидкой паяльной маски должен провести эту операцию самостоятельно. Операция предварительной сушки имеет очень узкое технологическое окно. При ее реализации необходимо выдерживать температуру сушки с точностью ± 1⁰С и строго рекомендуемое время выдержки. Цель предварительной сушки полное удаление растворителя.

Недостаточная сушка, т.е. наличие остатков растворителя в слое нанесенной жидкой паяльной маски приводят к прилипанию фотошаблона к поверхности платы, образованию отпечатков пальцев, следов от контактирующих деталей при обработках на установках экспонирования и проявления.

Пересушивание приводит значительному ухудшению, вплоть до полного отсутствия проявления (прекращения чувствительности слоя фотоформируемой паяльной маски к экспонирующему излучению).

Экспонирование паяльной маски

Экспонирование паяльной маски являясь этапом фотолитографического формирования рисунка может производиться как на оптических установках экспонирования, так и методами прямого экспонирования (ПЭ) и в этом плане процессы происходящие в ней сходны с процессами происходящими в СПФ, которые подробно рассмотрены ранее. Однако эти процессы имеют и свои особенности в первую очередь связанные с тем, что паяльная маска является базовым материалом и должна выдерживать все эксплуатационные воздействия предусмотренные ТУ на ЭМ в течении всего жизненного цикла. Это проявляется, прежде всего, в том, что материалы паяльной маски требуют гораздо больших энергий экспонирования по сравнению с технологическими СПФ. Для оптического экспонирования это означает, что для реализации разумной производительности необходимо производить засветку 8-ми киловаттными УФ лампами (сравните требуемые 3 или 5 квт для технологического СПФ).

Что касается оборудования ПЭ то здесь уникальными возможностями с точки зрения высокой по сравнению с аналогами производительностью по паяльной маске и обеспечения в дальнейшем бездефектной пайки прецизионных компонентов обладает оборудование прямого экспонирования ф. Screen марки Ledia о котором ранее уже упоминалось. Производительность обеспечивается путем индивидуального изменения интенсивности свечения каждого светодиода, т.о. источник экспонирования может быть отрегулирован для конкретного типа паяльной маски на максимальную производительность.

Поэтому в технических требованиях на паяльной маске всегда есть ограничения по минимально допустимой ширине перемычек, связанные с наличием «подтрава» паяльной маски, возникающим при проявлении после традиционного оптического (контактного) экспонирования, и значительного уменьшения адгезии, которое происходит из-за этого. Именно поэтому при проектировании посадочных мест компонентов с малым шагом выводов («fine-pitch» компонентов) приходится переходить на групповые освобождения. (Рис. 125.).

Установки прямого экспонирования Ledia ф. Screen, которые используются при производства печатных плат позволяют формировать перемычки паяльной маски до 50 мкм ( в отличие от 120-150 мкм макс. при оптическом экспонировании). (Рис. 126.)

С помощью уникальной системы экспонирования (с модуляцией много- волнового источника экспонирования) на установках прямого экспонирования Ledia можно добиться практически вертикальной стенки у паяльной маски и за счет этого выполнить индивидуальные освобождения в паяльной маске для каждой ламели «fine-pitch».

Использование установок прямого экспонирования с модуляцией много волнового источника экспонирования (например, установок марки Ledia ф. Screen) позволяет существенно сократить дефекты паяных соединений связанные с образованием мостиков припоя между выводами компонентов «fine-pitch.

Таким образом технология ультрафиолетовых светодиодов в комбинации с оптимально подобранной полосой длин волн позволяет получить на этих установках прямого экспонирования достаточную производительность при высоком качестве экспонирования и на СПФ и на паяльной маске.

Проявление паяльной маски

Операция проявления паяльной маски при условии оптимального подбора режимов предварительной сушки и экспонирования проводится на стандартном оборудовании проявления, (аналогичным установкам, используемым для проявления травильного фоторезиста). Однако при выполнении этой технологической операции надо обратить внимание на обеспечении тщательной отмывки (теплая вода, повышенная интенсивность струй), так как остатки неотмытого резиста паяльной маски после окончательного задубливания будут препятствовать нанесению паяемого покрытия на ламели печатных плат. Поэтому для проявления паяльной маски рекомендуется иметь отдельную установку.

Окончательное задубливание паяльной маски

Операция окончательного задубливания паяльной маски связана, как уже говорилось ранее, с необходимостью формирования слоя защищающего печатные платы от последующих технологических воздействий и одновременно являющегося базовым материалом обязанным выдерживать все эксплуатационные воздействия предусмотренные ТУ в течении всего жизненного цикла печатных плат. Операция заключается в проведении термического воздействия – обычно 2 часа, 155⁰С. При этом время необходимо отсчитывать не от момента появления заданной температуры на индикаторах термошкафа, а от момента достижения заданной температуры поверхностью печатных плат ( в общем случае эти температуры могут не совпадать).

В процессе окончательного задубливания (отверждения) происходит окончательная полимеризация материала паяльной маски с образованием трехмерных поперечных межмолекулярных связей, которые обеспечивают появление соответствующих механических, химических и электрических свойств паяльной маски. Дополнительная УФ обработка позволяет добиться следующих улучшений характеристик паяльной маски:

Гипотеза утверждает, что несмотря на тот факт, что поверхность матовой паяльной маски значительно увеличивается площадь к которой может прикрепиться шарик уменьшается. Т.е. шарики припоя могут крепиться только к выступам.

В качестве примера оборудования обеспечивающего эффективное окончательное задубливание хочу привести одного представителя из линейки сушильных шкафов оснащенного принудительной вентиляцией и таймером, с регулировкой подачи свежего воздуха, обеспечивающего температуру от +20°C до +300°C. (Рис. 128.)

Подробные характеристики представленного в этом разделе технологического оборудования можно посмотреть здесь.

Прямое формирование рисунка паяльной маски струйным принтером

Операция прямого формирования рисунка печатных плат струйным принтером, в отличии от прямого экспонирования, позволяет обойтись без этапа фотолитографических операций.

С помощью струйного принтера можно наносить различные материалы, используемые при изготовлении печатных плат

Помимо обычных графических приложений, струйную печать активно пытаются адаптировать для нанесения различных функциональных материалов, используемых в производстве печатных плат, тем более, что она позволяет создавать структуры с высоким разрешением.

На Продуктронике 2017 в Мюнхене были представлены несколько установок струйной печати паяльной маски. Одна из которых ( разработанная фирмой MEYER BURGER) представлена на рис. 130. Известно, что существенным фактором, позволяющим использовать конкретную операцию в реальном производстве является доступность расходного материала.

MEYER BURGER активно сотрудничает с таким крупным производителем паяльной маски как Electra и Agfa, что вселяет уверенность в скорейшем комплексном освоении процесса и представлении принтера и паяльной маски, как единого коммерческого продукта. Кроме того фирма нашла интересное решение одной из сложных проблем процесса струйной печати именно паяльной маски. См. рис. 131.

Дело в том, что при нанесении паяльной маски необходимо покрыть до ≈90% площади заготовки (в отличие от 3-5% для маркировки. Где струйные принтеры давно и успешно применяются), что существенно увеличивает трудоемкость процесса.

Фирма Agfa представила целую линейку составов под торговой маркой DiPaMat. Это торговая марка линейки материалов, пригодных для нанесения струйной печатью в индустрии печатных плат. В портфолио входят чернила Legend (для маркировки), чернила Etch Resist (для травильного резиста), а также недавно выпущенный SolderMask (паяльная маска), что ставит Agfa в авангард перехода индустрии на струйные решения для производства печатных плат.

Планаризация

Конечно, как упоминалось ранее, при использовании техники планаризации увеличивается трудоемкость (за счет введения дополнительных операций), требуется дополнительное оснащение и, в некоторых вариантах, дополнительные материалы.

Планаризация поверхности печатных плат заключается в заполнении отверстий печатных плат перед нанесением паяльной маски. В настоящее время известны следующие варианты реализации техники планаризации:

1) Заполнение отверстий «филлерами»

Это составы идентичные паяльной маски, но содержащие минимум растворителя. Заполнение проводят на установках трафаретной печати с использованием специальной оснастки, обеспечивающей вакуумный подсос отверстий с нижней стороны платы.

Выполнение операции требует применения хорошей оснастки, индивидуальной для каждого типономинала печатных плат, и высокого профессионализма исполнителя.

2) Гальваническое заполнение отверстий.

Этот процесс удобен, так как может быть встроен в процесс общей металлизации отверстий. Как правило требуется отдельная ванна с специальным рабочим раствором, оснащенная нерастворимыми анодами (из окиси иридия) и системами дополнительного орошения рабочим раствором по всей площади заготовки. Метод имеет ограничение по максимально допустимому диаметру заполняемых отверстий. В качестве примера может быть приведен процесс Мicrofill THF 100 ф. DOW. Это процесс гальванического заполнения отверстия, который представлен на рис. 133.

Источник