Защитные паяльные маски способы их нанесения
В последнее время покрытие печатной платы защитной паяльной маской является неотъемлемой частью современной технологии их изготовления. Использование паяльных масок стало настолько распространенным, что весьма необычно видеть печатные платы без данного покрытия.
В процессе проведения сборочно-монтажных работ и эксплуатации изделия наличие защитной паяльной маски на печатных платах крайне необходимо, поэтому особое внимание уделяется их выбору и способам нанесения.
Паяльная маска представляет собой однокомпонентные или двухкомпонентные смеси, часто окрашенные в насыщенный зеленый цвет. Встречаются и другие цвета: синий, красный, желтый, белый, черный и даже фиолетовый. В последние годы потребителя интересует не только цвет маски, но и тип поверхности (матовая, полуматовая или глянцевая).
По существу, маска — это тонкий полимерный слой заданной толщины, который защищает проводники от механических воздействий и помогает минимизировать образование коротких замыканий с помощью перемычек, образованных избыточным припоем. В настоящее время в связи с изготовлением и усложнением малогабаритной электроники возникает необходимость создания печатных плат с насыщенным рисунком схемы. При монтажных работах используют комбинированный способ пайки, в процессе которого за один рабочий цикл выполняется большое число паяльных соединений, а вероятность появления перемычек между проводниками приводит к необходимости защиты элементов проводящего рисунка от образования замыканий.
Существуют две разновидности материалов для защитных паяльных масок: жидкие и пленочные.
Технологические возможности предприятия «ТЕХНОТЕХ» позволяют наносить как жидкие паяльные маски, так и сухие пленочные маски. Каждый тип маски имеет ряд преимуществ и недостатков, так же, как и оборудование для ее нанесения.
Нанесение защитной паяльной маски на нашем производстве происходит различными способами:
- методом сеткографии;
- методом полива;
- методом струйно-факельного распыления;
- методом ламинирования.
К преимуществам использования метода сеткографии на полуавтоматических установках можно отнести малые капиталовложения в оборудование, низкие затраты на вспомогательные материалы, возможность использования одного оборудования для осуществления других операций, например, нанесения маркировки или нанесения эпоксидной маски.
К недостаткам данного метода можно отнести проблематичность полного покрытия межпроводникового пространства на платах 5-6 класса точности и наличие пузырей воздуха в маске вследствие ее высокой вязкости, а также низкую производительность оборудования по сравнению с другими методами. Еще одним немаловажным минусом в методе сеткографии является большой расход маски.
Важную роль в сеткографии имеет выбор материала сетки, номера сетки и угла натяжения. Сетки изготавливаются из различных материалов, таких как нейлон, полиэстер, нержавеющая сталь, шелк.
Номер сетки (число нитей на сантиметр и диаметр нитей) является важнейшим фактором, влияющим на количество наносимой маски и качество получаемого изображения. Например, при нанесении паяльной маски Sun Chemical Imagecure XV501 T-4 через полиамидную сетку с числом нитей 49 на квадратный сантиметр, толщина маски в отвержденном состоянии составляет от 35 до 40 мкм на основании печатной платы. При нанесении маски через сетку с числом нитей 76 на квадратный сантиметр, толщина маски на основании печатной платы составляет 20-25 мкм. Метод сеткографии довольно часто используется в случае необходимости покрытия маской «высоких» проводников, что объясняется высокой вязкостью маски и получением достаточной толщины как на проводнике и на основании, так и на торце медного проводника.
Метод полива или «мокрой завесы» целесообразно использовать при изготовлении больших серий печатных плат. Производительность в среднем составляет 120 заготовок в час типоразмером 610х457 мм при одностороннем нанесении маски. В то же время, при использовании метода сеткографии, производительность составляет приблизительно 60 заготовок в час. Что касается толщины масочного покрытия, то она сопоставима с толщиной маски при нанесении ее методом сеткографии. Толщина может задаваться вязкостью и скоростью конвейерной ленты при прохождении заготовки под завесой. Низкая скорость конвейера и высокая вязкость дает хорошую толщину маски, но, в то же время, могут возникнуть наплывы у отверстий и плохое покрытие межпроводникового пространства. Поэтому при использовании метода «мокрой завесы» очень важно подобрать подходящие параметры для нанесения.
Метод полива не эффективен при нанесении маски на печатные платы с высотой печатного проводника 65 мкм и выше, маска будет стекать с проводников, образуя очень тонкий слой на поверхности и на торце медного проводника. В таком случае маску лучше наносить методом сеткографии, где маска более густая, содержит более низкую концентрацию растворителей и поэтому менее текучая. При использовании метода сеткографии и «мокрой завесы» маска имеет свойство сильно затекать в металлизированные отверстия, что приводит к использованию более жестких условий проявления маски, тем самым уменьшается адгезия маски к печатным платам и возникает подпроявление краев маски, что достаточно негативно сказывается в дальнейшем при проведении сборочных работ (подтекание растворов под маску, отрыв перемычек).
Метод струйно-факельного распыления занимает промежуточное место по своим характеристикам между методом «мокрой завесы» и методом сеткографии. Этот способ нанесения также имеет свои плюсы и минусы.
Данный метод позволяет получить достаточную толщину маски на краях высоких печатных проводников и между соседними печатными проводниками. Маска для струйно-факельного распыления имеет большую текучесть, чем маска, используемая для метода трафаретной печати, но меньшую, чем маска, используемая для полива. Оборудование для распыления имеет низкий расход паяльной маски.
Область направления распыления маски расположена поперек движения конвейера, что дает возможность получить равномерное по толщине масочное покрытие по всей площади заготовки. Так как распыление происходит под углом, процесс покрытия торцов печатных проводников дает надежную равномерную защиту всей поверхности проводника, и попадание воздуха в паяльную маску исключено.
Равномерное по толщине покрытие маской, даже на «высоких» проводниках, получается благодаря распыляющейся нагревающей форсунке и позволяет снизить расход маски путем распыления только на заданную область. Данная технология требует низкого содержания растворителя в паяльной маске, и, соответственно, время предварительной сушки маски тоже сокращается. Толщина слоя в отвержденном виде составляет в среднем от 25 до 40 мкм. На толщину покрываемого слоя влияют скорости движения конвейера и распыляющей форсунки, давление маски в форсунке. С помощью данного метода можно предотвратить сильное затекание маски в металлизированные отверстия печатной платы, что является значительной проблемой при использовании метода сеткографии и «мокрой завесы». Маска, нанесенная на печатные платы данным методом, имеет высокую адгезию к поверхности, имеет небольшой подтрав и хороший внешний вид, так как при проявлении маски требуются более щадящие режимы (давление раствора для проявления и время проявления).
Сухие пленочные защитные маски для метода ламинирования представляют собой сухую фотополимерную защитную пленку на основе эпоксидных материалов.
Поставляются такие маски разной толщины (40 мкм, 75 мкм, 100 мкм). Выбор толщины зависит от геометрии рисунка печатной платы и высоты проводников. Сухие пленочные маски наносятся на печатные платы при помощи вакуумных ламинаторов. В процессе ламинирования в камере создается вакуум, который обеспечивает полное удаление воздуха между проводниками схемы. Сухую пленочную маску не желательно использовать на печатных платах с малым шагом расположения печатных проводников, может возникнуть «трубчатый эффект», что в первую очередь связано с толщиной сухой пленочной маски.
Одним из главных преимуществ сухой пленочной маски является возможность надежного тентирования контактных площадок переходных отверстий.
Это предотвращает соприкосновение навесных компонентов при монтаже с проводящим рисунком. Маска, нанесенная методом сеткографии, полива или струйно-факельного распыления не дает надежного тентирования. Тенты могут быть пробиты в процессе проявления паяльной маски, термоудара и привести к затеканию агрессивных сред в переходные отверстия. В сравнении с жидкой паяльной маской, сухая не имеет «срока жизни», за исключением срока реализации, в то время как жидкая маска должна быть использована после смешения компонентов, в среднем, в течение трех-пяти дней.
К недостаткам сухой маски можно отнести высокую стоимость, невозможность получения тонких перемычек между контактными площадками, большой расход маски при автоматическом режиме работы оборудования и низкую производительность данного оборудования.
Выбор нанесения защитной маски по медному проводящему рисунку или по финишному покрытию часто определяет конструкторская документация, однако не надо забывать о здравом смысле. Создать достаточную шероховатость поверхности для надежного сцепления защитной маски с медью гораздо проще, чем для финишного покрытия иммерсионное золото или иммерсионное серебро. Предприятие «ТЕХНОТЕХ» имеет технологическую возможность нанесения защитной паяльной маски по самым распространенным финишным покрытиям, применяемым в производстве печатных плат: гальванические (медь, олово, ПОС, золото, золото-кобальт, серебро) и иммерсионным (золото, серебро).
В заключение хочется отметить, что выбор метода нанесения маски и использование соответствующего оборудования в каждом случае осуществляется с учетом множество факторов. Специалисты нашего предприятия всегда предлагают оптимальное решение ваших задач!
Инженер-технолог ООО «ТЕХНОТЕХ»
Дождикова О.Е