Какой цвет паяльной маски лучше? Изготовление печатных плат при помощи паяльной маски FSR8000 Подсвет защитной паяльной маски.

15.10.2015

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

Особенности нанесения

Паяльная маска наносится либо на одну (), 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.

Цвет - красный, белый, зеленый, синий, черный, желтый или супер-белый - выбирается заказчиком. В светодиодной промышленности используется супер-белый/белый цвет паяльной маски, в других сферах наиболее популярен зеленый цвет. При этом следует учитывать, что окончательное цветовое насыщение ПП создается не базовым материалом, а масочным покрытием.

Процесс создания защитного слоя

Маску наносят через трафарет в виде сетки (размер одной ячейки - 150 мкм). Толщина сырого слоя: 30-35 мкм. Затем, изделие подвергают сушке. Температура в сушильной камере: не более 75 ˚ . Подсушенные заготовки поступают на этап фотолитографии - совмещения фотошаблонов масок с изделиями - и УФ-экспонирования высокой мощности. Завершающий этап - проявление заготовок в растворе (температура вещества 32-34 ˚).

Ограничения

• При создании тонкой перемычки (менее 75 мкм) она может повредиться в процессе монтажа и нарушить требуемую адгезию к поверхности ПП. Как результат - потеря свойств паяемости поврежденных контактных областей.
• Отсутствие возможности нанесения маски на концевые контакты разъемов/тестовые точки.
• При создании защитного слоя на печатных платах с выводным шагом более 1,25 мм, допускается попадание паяльной маски на контактные области только с одной стороны и не больше чем на 50 мкм. А при шаге менее 1,25 мм - не больше чем на 25 мкм.
• Все переходные отверстия, которые подлежат последующему покрытию защитной паяльной маски, должны быть закрыты (тентированы).
• Возможные дефекты: наличие областей с отсутствием защитной маски - менее 0,2 мм 2 на 1 проводнике и меньше 2 мм 2 на областях полигонов; наличие незначительных отслоений (до 0,25 мм); возникновение длинных туннельных пустот.

Плюсы использования защитной паяльной маски

• Высокая химическая стойкость . Маска защищает от проявления агрессивных сред, окисления проводников из меди.
• Значительные показатели физической стабильности . Имеется защита от царапин, механического воздействия.

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 (с UV отверждением).
• Двухкомпонентная.
• Сухая пленочная.

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.

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.

Просверленная заготовка, с нанесенным фоторезистом.

Заготовка перед экспонированием дорожек.

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.

Смешивание маски. Перед нанесением маски композит и отвердитель смешиваются в определенной пропорции, например, для маски FSR-8000 - 3:1.Композит имеет цвет покрытия, а отвердитель белый.

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.

Например, наша заготовка размером 6,5 см на 4,5 см. Считаем площадь в дециметрах: (6,5 см * 4,5 см) / 100 = 0,2925 дм². Считаем что 0,3 дм², в нашем случае лучше округлить в большую сторону. Считаем количество маски: 0,3 дм² * 2 гр. = 0,6 гр. Это количество готовой маски. Так как мешаем в пропорции 3 к 1, то 0,6 гр. / 4 части = 0,15 грамм - вес одной части. Значит 3 части композита имеют вес 0,45 грамм, а одна часть отвердителя - 0,15 грамм. Мешаем.

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.

Трафаретная сетка - материал, прекрасно подходящий для нанесения маски. Я пользуюсь сетками марки LM-PRINT (ссылка на магазин есть в таблице выше). В маркировке сетки через дробь указано количество нитей на см и диаметр нитей в мкм. Например, LM-PRINT PES 61/60 PW - 61 нить на см, диаметр нитей 60 мкм. Чем меньше количество нитей, тем толще маска на поверхности платы. И наоборот.

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 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.

Сушка паяльной маски. Очень ответственный этап. Заготовка платы при изготовлении паяльной маски успевает побывать в печи два раза. Первый раз для предварительной сушки, а второй - для окончательного отверждения. И различие только одно - температура. Если сушка выполняется при температуре 75-85°С, то дубление при 150-160°С. Догадываетесь что будет, если превысить температуру предварительной сушки? Да, маска окончательно затвердеет, и никакими проявочными растворами смыть ее будет невозможно. Мы получим плату с красивой и ровной маской, которая совершенно не годится для пайки, так как слой маски сплошной. Ее останется только выбросить, а это весь цикл от нанесения фоторезиста и до готовой, по-сути, платы. Обидно? Разумеется. Потому к сушке относимся очень внимательно. Конечно лучше поручить такую задачу предназначенным для этого агрегатам. У меня для этого имеется печь, с установленным в нее ПИД-регулятором. Предварительная сушка обычно занимает 30-55 минут. Главное, маска после сушки не должна липнуть. При чем пока она горячая, такой эффект может быть, но при остывании он должен исчезнуть.

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.

Обратите внимание

Если маркировка наносится с той же стороны что и паяльная маска, ее необходимо хотя бы 15 минут задубить при соответствующей температуре. Если нанести новый слой на маску которая не задублена, входящий в состав маски растворитель повредит нижний слой. Маска остается на плате, но поверхность ее трескается. Тем более если цвет маски для шелкографии белый, эти трещины в итоге очень хорошо видно.

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 75-85°С.

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

Проявка шелкографии.

Окончательная сушка. Выполняется при температуре 150-160°С в течении 45-75 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.

Вот и подошел к концу цикл статей о изготовлении устройств. Как я и обещал, мы прошли довольно длинный путь. Конечно рассмотренными способами изготовление не ограничивается, тема эта очень обширная. Но, надеюсь, общее представление цикл составить позволяет.

Между первой и последней технологией - десятки лет. Но даже не это главное. Между ними огромный труд целого мира радиолюбителей. Труд, полный экспериментов, побед и ошибок, ведь не ошибается лишь тот, кто ничего не делает. Не бойтесь задавать вопросы, экспериментировать и делиться своим опытом (пусть и не всегда удачным). Этот опыт обязательно пригодится кому-то еще, иначе и быть не может.

Всех благ.

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.

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:

• для печатных плат приборов, компьютеров, не эксплуатируемых в критических военных ситуациях, выпускают продукцию класса Т;
• для применения в платах, используемых на оборонных объектах, применяют составы класса Н.

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:

• трафаретами,
• фотолитографически.

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.

Нанесение паяльной маски в картинках

Изначально я, как, видимо, и большинство тех, кто делает платы сам, вполне обходился без паяльной маски на своих платах и не считал ее чем-то особенно нужным. Но переход ко все более и более плотному монтажу и эксперименты с самодельной печью для пайки SMD компонентов показали, что маска штука не только красивая, но и реально необходимая. Имеющаяся информация об промышленных паяльных масках как-то не особо вдохновляла к ее использованию, поэтому когда я копаясь на ебэе обнаружил, что существует однокомпонентная паяльная маска с УФ отверждением, немедленно ее заказал. Куцая (мягко говоря) информация по применению маски слегка охлаждала энтузиазм, но первые же опыты с ней показали, что маска весьма неприхотлива и достаточно удобна в работе.

После серии экспериментов у меня сложилась технология применения маски, которая дает вполне стабильный качественный результат. Приобрести маску можно

Ниже приведено более детальное описание технологии с учетом свежевыявленных нюансов и с картинками. По возможности я постарался упомянуть все существенные подробности и тонкости.

Что подразумевается в наличии:

1. Твердое гладкое основание, на котором будет экспонироваться плата. В моем случае это лист стекла.

2. Накрывное стекло. Замены вроде крышек от коробок для компактов тут не годятся.

3. УФ лампа для засветки. В моем случае это три «черные энергосберегайки» DeLux EBT-01, мощностью 26Вт каждая. Лампы расположены на высоте 50см от поверхности основания.

Все работы производятся при обычном искусственном освещении, кроме того я использую достаточно яркую настольную лампу. Сколько-нибудь существенного влияния на саму маску за время подготовительных этапов это не оказывает.

Исходные материалы:

1. Собственно плата. В описании это будет вот такая панель из 9 плат:

Существенные моменты: плата должна иметь технологический край на котором должна оставаться фольга (достаточно иметь такие поля с двух сторон от рисунка). При изготовлении плат с помощью ФР это, как правило, получается автоматом.
Также важно, что бы поверхность платы была чистой, причем с обратной стороны тоже. Один неудачный эксперимент был связан с забытым на обратной стороне ценником на стеклотекстолит…

Однокомпонентная паяльная маска (ее места обитания, и описание технологии применения есть по ссылке выше), но я на всякий случай снял и ту, что у меня:

2. Фотошаблон для маски. Фотошаблон должен быть негативный (то есть «окна» в маске должны быть черными, а остальная часть — прозрачной). Для тех, кто пользуется сухим пленочным фоторезистом такие шаблоны будут «как родные», поскольку именно такие готовятся для самих плат. Фотошаблон должен быть как можно менее прозрачным на просвет. Те фотошаблоны, которыми пользуюсь я, на просвет совершенно непрозрачные.

3. Скотч. Я пользуюсь таким:

Сам по себе скотч отличный, вдобавок оказалось, что у него весьма подходящая толщина — 20мкм.

4. Кусок пленки для подложки. Для получения равномерной маски подложка должна быть равномерной по толщине и достаточно прочной. Увы, бумага не подошла, маска через нее легко проникает и после засветки весьма плохо отдирается от основы. Я пользуюсь использованными или испорченными фотошаблонами.

5. Кусок тонкой лавсановой пленки. Изначально я пользовался кусками верхней защитной пленки от фоторезиста, которые остаются после изготовления плат, но потом приобрел у бабулек-цветочниц на рынке рулон пленки в которую заворачивают цветы.

6. Ванночка для промывки. Я пользуюсь пластиковыми судками с крышкой. Крышка крайне желательна, если вам придется носиться с этой ванночкой, например, на балкон.

Сам процесс достаточно прост, хотя и изобилует мелкими нюансами:

1. На основание кладем подложку и на него плату:

2. Клеим скотч так, что бы один край был на фольге технологического поля платы, а второй — на подложке. Край на фольге следует клеить аккуратно, не допуская складок и пузырей:


Существенный момент: если прижим накрывного стекла осуществляется в двух точках, то плата и скотч должны располагаться так, что бы находиться на линии прижима, при этом скотч должен располагаться перпендикулярно этой линии. Применительно к фотке выше, грузы, которыми я прижимаю стекло, расположены сверху и снизу.
Такая ориентация в моих экспериментах давала более равномерную толщину пленки (ну и, как следствие, цвет маски).

3. В центр платы кладем горку жидкой маски:


Маски идет не много, но жадничать тут не стоит — лишняя маска просто вытечет на подложку, а вот если ее не хватит, то придется поднимать защитную пленку и добавлять. При этом образуются воздушные пузыри, избавиться от которых не сложно, но геморно. Если уж такое произошло, то согнать пузыри на край платы можно с помощью плоского предмета с ровной гранью (я пользуюсь старой пластиковой карточкой). Основное требование — грань должна быть гладкой и не иметь острых углов.

4. На маску кладем защитную пленку, а на нее — накрывное стекло, после чего плавно увеличиваем нажим. При этом маска постепенно растекается по поверхности платы:

5. Осторожно снимаем накрывное стекло и кладем фотошаблон, по возможности ровно на место, затем сверху снова кладем накрывное стекло:

6. Еще раз прижимаем накрывное стекло окончательно выравнивая маску, после чего прижимаем стекло как для экспозиции (в моем случае это два старых транса, которые служат грузами для прижима стекла).

7. Тщательно совмещаем фотошаблон и плату просто аккуратно двигая накрывное стекло. Тут очень полезным оказалось наличие рамки по периметру на фотошаблоне и на рисунке платы. В моем случае (я пользуюсь Eagle) это делается просто добавлением слоя Dimension в итоговые фотошаблоны маски и самой платы.

8. Включаем УФ лампу на 60 минут. Изначально выдержка была только 40 минут, но при проявке в глубоких местах (широкие зазоры между дорожками, например) иногда маска отваливалась. Увеличение выдержки эту проблему решило. На «окна» в плате это никакого заметного влияния не оказало.

9. Снимает прижим, стекло, фотошаблон, с платы снимаем защитную пленку:


На фото видно, что окна в маске практически чистые.

10. Снимаем плату с подложки

11. Промывка делается любым моющим средством (я пользуюсь Cif-ом) и мягкой губкой. После промывки плата выглядит уже так:

12. По окончании промывки плату необходимо протереть и положить под ультрафиолет еще на час.

Итог выглядит так:


Update 1: При попытке использовать описанный выше способ для наложения шелкографии был обнаружен интересный (и важный) момент: при засветке важен не только ультрафиолет, но и прогрев. Если лампа расположена близко, это может приводить к полимеризации пленки и под черными участками фотошаблона (видимо тепло тоже играет роль). Поэтому первую засветку лучше делать с большого расстояния (так и точность воспроизведения фотошаблона значительно лучше), а вот вторую засветку лучше проводить поднося лампу как можно ближе к плате.
Update 2: Важное уточнение: перед нанесением маски плату обязательно нужно тщательно просушить, на крайний случай можно просто положить на батарею минут на 10-15.

По материалам сайта easyelectronics.ru