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.

Для нанесения паяльной маски на печатную плату нужна так называемая рамка с хорошо натянутой трафаретной сеткой. Многих процесс натяжки сетки пугает и они предпочитают купить готовую рамку. На самом деле ни чего здесь сложного нет, было бы желание и немного свободного времени.

В этой статье я расскажу вам как правильно натянуть трафаретную сетку на рамку.

Каркас рамки

Варим из квадратной железной трубы 20*20 мм. рамку нужного размера, шлифуем все углы и стороны шкуркой, чтобы при натяжении сетка не порвалась. Красим ее с трех сторон (сторону где будет клеиться сетка оставляем не крашенной). В данном случае рамка имеет рабочее поле 210*300 мм., то есть формат А4.

Натяжитель трафаретной сетки

Берем кусок ДСП толщиной 26 мм. Кладем на него рамку и с припуском 5 мм снаружи, очерчиваем и обрезаем лобзиком.

Затем сверлим по периметру сквозные отверстия на 6 мм. С другой стороны рассверливаем эти отверстия на глубину 5..6 мм. сверлом на 10 мм.

Вбиваем в рассверленные отверстия гайки М6 и с другой стороны вкручиваем болты М6.

Процесс натяжения сетки на рамку

Накладываем рамку на сторону ДСП с гайками, обезжириваем и скобами равномерно, начиная от середины каждой стороны, крепим трафаретную сетку.

В данном случае использовалась сетка трафаретная VS-Monoprint PES 77/48 PW .

Ставим ДСП с рамкой на ребро, затем сначала руками подтягиваем болты до упора равномерно по всему периметру. Берем ключ на 10 и по пол оборота натягиваем сетку. Болты крутим в шахматном порядке, то есть равномерно. В результате рамка поднимается и соответственно сетка натягивается. Злоупотреблять натяжкой здесь не нужно, сетка должна быть достаточно равномерно натянута и не провисать. Слабая натяжка тоже не желательна. Если вы перетяните сетку, то крепление на скобах может не выдержать и сетка может порваться.

Клеим трафаретную сетку к рамке

Разводим специальный клей для трафаретной сетки KIWOBOND 1100 , для этого размера рамки достаточно 10 мл. клея. Наносим кистью клей на сетку, пропитываясь, он надежно приклеит ее к рамке. Мазать клей нужно сразу обильно (если наносить мало, то он быстро сохнет), и конечно мазать так, чтобы разведенного клея хватило на всю рамку.

Через два часа клей затвердеет, снимаем скотч и обрезаем малярным ножом сетку по периметру рамки.

Читайте статьи на сайте первоисточнике, не поддерживайте воров.

Результат работы

В результате получилась рамка нужного размера с качественно натянутой на нее трафаретной сеткой, для нанесения паяльной маски на печатную плату. Таким же образом была натянута сетка на рамку меньшего размера, с рабочим полем 110*170 мм., для маленьких плат.

Тестирование рамки с трафаретной сеткой

Тест на печатной плате, результат отличный.

Правильное нанесение паяльной маски

На фото схематично представлен процесс нанесения паяльной маски. Расстояние между сеткой и платой, наклон ракеля и сетки при нанесении.

Паяльная маска, или "зеленка", как ее раньше называли, защищает печатную плату при пайке, закрывая проводники, предотвращая замыкания между площадками и защищая стеклотекстолит от перегрева при монтаже. Это раньше можно было делать ее только зеленой. Сейчас доступно множество цветов. Какой же цвет выбрать? И имеет ли какое-то значение то, какой выбран цвет маски?

Примеры из жизни

У нас есть заказчик, который для каждого типа печатных плат заказывает свой цвет паяльной маски. Начиналось все с оттенков синего, красного, фиолетового цвета, затем был черный, белый, теперь лиловый, бирюзовый, бордовый...

Есть другой заказчик - огромное предприятие с множеством отделов. Каждый отдел выбирает свой цвет маски. По-моему, даже каждый разработчик на этом предприятии предпочитает свой оттенок. Хорошо это или плохо?

На мой взгляд, это не просто плохо - это катастрофа для предприятия. И вот почему.

1. Проблемы с входным контролем

Если предприятие проводит входной визуальный контроль печатных плат, отличия в цвете маски могут привести к существенному повышению утомляемости персонала. Во-первых, яркие цвета, такие как красный или белый, существенно больше утомляют глаза.Во-вторых, вместе с изменением цвета меняется и насыщенность маски, а значит, может оказаться сложнее различать проводники под ней и контролировать их качество. В-третьих, глаз, привыкший к определению дефектов под маской одного цвета, не сможет так же качественно находить их при смене цвета.

2. Проблемы с монтажом и выходным контролем

Еще бОльшие сложности начинаются при выходном визуальном контроле после монтажа. Особенно если маска имеет черный или белый цвет. Контроль наличия компонентов превращается в сущую муку. Если использованы такие мелкие компоненты, как 0402, контроль качества их установки на фоне темной или черной маски может удлинниться в несколько раз.

3. Проблемы с качеством печатных плат

Стандартным цветом маски считается зеленый. Соответственно, каждый завод по производству печатных плат имеет запас маски такого цвета на складе. Но как только начинаются игры с выбором цвета маски и оттенка ("мне, пожалуйста, красный, но не блеклый, а поярче..."), производитель вынужден подбирать нужную маску либо в своих запасах, либо у поставщика материалов. И может случиться так, что режим разведения, нанесения или отверждения этой маски слегка отличается от стандартного. И вот тут возможна потеря качества масочного покрытия. Так что менять цвет маски для больших партий надо с осторожностью, сначала попробовать образцы.

4.. Проблемы с внешним видом печатных плат

Крайне не советую использовать маску белого цвета. После монтажа в печи она приобретает "желтушный" оттенок.
Не рекомендую использовать красную маску. Слишком заметна разница в оттенках, и при изготовлении повторов вы можете получить оттенок, никак не сочетающийся с платами предыдущего запуска.
Неплохо смотрятся платы черного и синего цвета, но, как я уже говорил, их гораздо сложнее и дольше контролировать визуально.

Матовость и глянцевость

Глянцевая маска более удобна, на ней меньше видны царапины. Платы с глянцевой маской выглядят более нарядными.
PCB technology по умолчанию делает зеленую глянцевую маску.

В некоторых ситуациях нужно применить специальные цвета (как, например, черный матовый применяют в светофорах, чтобы уменьшить блики, а белый используют в осветителях, чтобы увеличить светоотдачу). В таких ситуациях вполне оправдан выбор нестандартного цвета или матовости/глянцевости.

Качество любого самодельного электронного устройства очень сильно зависит от того, как качественно оно
было изготовлено (да уж – полезная фраза, это же и так ясно! Ну, это да…. Но мне надо же с чего-то
начать? ).
Большую роль в этом играет печатная плата (это если у вас не слишком простенькая конструкция которую
можно и
объемным монтажом сделать). Чем сложнее устройство, тем сложнее рисунок печатной платы, и тем
качественнее
она должна быть изготовлена. Об одном из способом изготовления печатной платы своими руками речь
и пойдет.

Предисловие

Все материалы применяемые в данной статье можно купить в нашем магазине

Существует несколько способов изготовления печатной платы в домашних условиях . На самом начале (это еще когда на электронщика в училище учился) я дорожки рисовал лаком для ногтей (получались очень зверские печатные платы), потом пробовал водоустойчивый маркер (уже лучше). Но только когда я освоил лазерно-утюжную технологию (ЛУТ) (а это относительно недавно произошло) я наконец-то смог получить то качество плат, которое радовало глаз. Ведь я изготавливаю электронные поделки чисто ради самого процесса. Ну хобби у меня такое. А какой интерес паять что-то на страшной печатной плате? Но через пару лет меня и эта технология перестала устраивать. Хотя достоинств у ЛУТа много:

• быстрота (при наличии принтера – от распечатки до начала пайки у меня получалось добиться около 10 минут);
• простота (хотя за эту простоту придется заплатить добрым десятком неудачных дублей в самом начале использования этой технологии. Т.е. нужно «набить руку».)
• хорошая повторяемость. (у меня получалось около 90% всех попыток. Первый десяток в статистику я не включал!).

При помощи лазерно-утюжной технологии – можно было даже наносить надписи, чего я и делал в некоторых случаях.
Но ЛУТ давал точность не более 0.3 мм. Это практический потолок. Я пытался сделать дорожки тоньше, и у меня получалось, хотя при этом процент брака весьма сильно возрастал. В общем, я и так затянул предисловие к статье, поэтому перейдем к, собственно паяльной маске.

Что такое паяльная маска?

FSR8000 - двухкомпонентный чувствительный к ультрафиолетовому излучению состав. Имеет три состояния.
1. «Сырое состояние» . После того, как два компонента были смешаны. В этом виде он может быть смыт либо ацетоном либо раствором кальцинированной соды.
2) «Отвердевшее состояние» .
2а) Незасвеченная ультрафиолетом. Растворяется ацетоном и раствором кальцинированной соды.
2б) После засветки ультрафиолетом маска получает стойкость к раствору кальцинированной соды, но все еще может быть смыта ацетоном.
3) «Запечённое состояние» . Получается после нагревания до 160 градусов с последующей выдержкой в течении нескольких десятков минут. Не растворяется ацетоном, обладает большой механической стойкостью.
Говоря простым языком: маска – это защитный слой, который часто можно наблюдать на печатных платах заводского изготовления. Очень часто зеленого цвета. В этой статье пойдет речь о нестандартном применении этой маски в качестве фоторезиста.
Для этого нужно воспользоваться первыми двумя состояниями, т.е. при помощи засветки и последующей проявки получить на текстолите рисунок проводников. А после травления этот рисунок смыть ацетоном.
Потом маску можно использовать по назначению, покрыв маской область всей платы, кроме контактных площадок, предназначенных для запайки деталей. Потом перевести маску в третье состояние. А теперь о том же, но детально и из фотографиями.

Список того, что нужно для технологического процесса изготовления печатных плат

1. - FSR8000 (Купить можно в нашем магазине)
2. Термостат. Несмотря на грозное название, можно использовать обычный утюг с возможностью регулировки температуры. Еще нужен термометр (до 160 градусов), чтобы запомнить положения регулятора при 70 градусах и 160 градусах. После этого термометр по сути уже будет не нужен.
3. . Можно просто использовать обычную энергосберегающую лампу с холодным светом. Просто время засветки будет очень долгое. Зато безопасно.
4. Рамка с сеткой. Рамка с натянутой сеткой.). для маски и можно приобрести на нашем сайте, также советуем прочитать статью
5. Фотошаблон с рисунком платы и размещением контактных площадок. для фотошаблона,
6. Инсулиновые шприцы. Нужны для того, чтобы точно смешать компоненты маски.
7. Зубочистки . Для размешивания компонент маски.
8. Для равномерного нанесения маски на текстолит нам нужен: , кредитка, кусок пенопласта . Я использую кредитку (уже ненужную, конечно же).
9. Для проявки нам нужна кальцинирования сода . Ищите рядом со стиральными порошками в магазинах.
10. Ацетон . Чтобы смыть маску после травления.
11. Емкость для проявки (любая пластмассовая посуда)

Технологический процесс изготовления печатной платы в домашних условиях

Фотошаблон () . Его можно сделать в типографии, в которой есть оборудование для фотонаборных пленок. Часто эта услуга не афишируется типографиями, так как является чисто внутренней. Но, как правило, они без проблем соглашаются вывести ваши рисунки платок на фотонаборную пленку. Формат файла, размеры рисунков нужно обязательно уточнить в конкретной типографии.
Для получения рисунка платы, шаблон должен быть инвертированный (белые дорожки на черном фоне). Для защитной маски – прямой (черные кружочки на белом фоне). Фоторезист Ordyl Alpha 340

На фотографиях показан сам фотошаблон. Одна сторона кажется рельефной, другая – должна быть глянцевая и гладкая.
Важно не перепутать стороны – фотослой на той стороне, где рельеф.

Деревянная рамка (из бальзы, склеенная низковязким суперклеем!) с натянутым детским бантом.

Выпиливаем заготовку из текстолита. Даем некоторый запас по бокам.

Очищаем поверхность шкуркой. Не нужно сильно стараться, достаточно снять грязь. Маска обладает очень хорошей адгезией.

На фотографии очищенный текстолит. Металлическую стружку необходимо смыть водой.

Утюг с термометром.Не обязательно вот так всегда контролировать процесс. Сейчас я знаю положение регулятора
для 60-80 градусов, и устанавливая его в это положение, уверен в том, что получаю нужную температуру.
Осторожно, температура утюга должна быть не выше 100!

Набираем в маленькие шприцы компоненты маски.

Все, что нужно для работы
- компоненты маски в шприцах
- рамка
- фотошаблон
- зубочистки
- Ракельная резина


Выдавливаем на текстолит нужное количество реактивов.
Для такой платки это 3 мл маски (зеленый компонент) и 1 часть отвердителя (белый компонент). Т.е. пропорция должна быть 3 к 1
.

Размешиваем зубочисткой. Стараемся хорошо размешать, так как от качества размешивания многое зависит.

Смешанная однородная маска

Придавливаем сеткой сверху. Вот тут, пожалуй, стоит сказать, о том, что в некоторых случаях (особенно тогда,
когда маска уже с просроченным сроком хранения) смешивать лучше большие порции, сразу для нескольких
платок. Потом наложить на платку рамку с сеткой, и сверху на сетку уже нанести необходимое количество смешанной
маски. Тогда сетка не даст плотным (загустевшим) комкам маски попасть на текстолит, тем самым испортив
всю картину.

Распределяем маску по текстолиту. Смысл в том, чтобы маска осталась только в ячейках сетки. Тогда при снятии
сетки – мы получим равномерно распределенную маску. Поэтому куском ракельной резины (либо кредиткой)
стараемся убрать с поверхности сетки излишки маски. Без фанатизма! Не порвите сетку

Результат

Аккуратно снимаем сетку

Маска быстро расплывается по всей поверхности, образуя равномерный слой

Кладем платку на утюг

Накрываем платку чем нибудь, чтобы защитить от пыли. И ждем несколько минут (или десятков минут).

Тем временем сетку со следами маски кидаем в кальцинированную соду.

Важно поймать момент почти полного высыхания маски. Можно пробовать проверять маску пальцем на краю платки
(там, где вы оставили допуск. Вы же оставили допуск?!). Если при проведении пальца на поверхности не остается
следов, а маска при этом слегка липнет к пальцам – это то, что нам нужно. Платка с маской с вырезанным шаблоном.

Накладываем шаблон фотослоем к маске и хорошенько приглаживаем его к платке. НЕ ПУТАЕМ сторону! Если поверхность
чуточку липкая – шаблон без проблем держится на платке. Если же поверхность уже почти сухая – не беда.
Попробуйте либо смочить поверхность водой, чтобы шаблон прилип, либо чем нибудь прижмите шаблон к платке
(можно скотчем примотать. Но аккуратно!) В общем – шаблон должен плотно прилегать к платке.

Кладем на засветку. Время засветки определяется экспериментальным путем. Могу сказать режимы своей засветки:
70 (можно даже 80) минут на расстоянии в 7 см, под энергосберегайкой на 22 ватта. УФ лампа даст намного меньшее
время засветки, но при этом соответственно уменьшатся и допуски на время).

Готовим раствор для проявки

Вода комнатной температуры. Очищенная, мягкая. Дозировка – экспериментально, на фотографии дозировка для
мягкой питерской воды (Как вы уже догадались, фотографии делал Термит). Для твердой воды – соды должно быть
больше. Раствор должен быть слегка мылким на ощупь. Если соды будет слишком много – проявка будет быстрой,
но при этом чуть недосвеченная маска «слезет» при проявки. А если соды будет слишком мало – проявка будет
очень медленной. Причем нагрев раствора только помешает проявке.После того как прошло время, необходимое
для засветки – снимаем пленку, и кидаем платку в раствор

Платка в растворе.

Если все правильно, то уже через минуту вы должны увидеть легкий рисунок проводников.

Когда платка полностью проявилась, моем ее от остатков кальцинированной соды, кладем сушится на утюг.

То, что получилось.

Одним из неприятных особенностей маски есть недопроявленные области.
На сухой платке – их очень хорошо заметно как белесые пятна. Их не должно быть! Они не дадут раствору для
травления добраться до меди. Кидаем тогда платку обратно в раствор, и легонько ваткой очищаем те области.
Опять смываем, сушим, контролируем. И если все в порядке, то… Травим платку.

В процессе травления контролируем, чтобы не было пузырьков воздуха. Часто они между дорожками находятся.

Травим, травим…

Вот то, что получилось

Смываем маску ацетоном. Можно проверить платку, прозвонить на обрывы и замыкания. Ведь мы сейчас будем
наносить защитную маску, а тогда исправить обрывы, и особенно замыкания, будет очень сложно.
Накладываем шаблон маски. Точность совмещение можно проверять на свет (если платка односторонняя)

Опять в засветку (да, да, опять на 70-80 минут, если у вас не УФ. Но ведь можно делать одновременно несколько платок!)
Потом в проявку в тот самый раствор кальцинированной соды. Его в принципе надолго хватает. Правда менять все
равно придется, потому что в зеленом растворе не видно самой платки, и того, как она делается все красивее и красивее

Мне, например, нравится наблюдать, как на зеленой поверхности постепенно проявляются блестящие медные площадки

Итак, плюсы использования этого метода самостоятельного изготовления печатных плат :

• Очень и очень технологично и красиво
• Высокая точность. 0.15 мм – не проблема. Две дорожки между ножками DIP корпуса? При старании – не проблема.
• Почти 100% повторяемость (конечно же, это когда уже знаешь на каком расстоянии и сколько времени засвечивать и другие мелкие вещи, определяемые экспериментально на первых попытках изготовления платки)
• Защитная маска . Это очень хороший плюс – ведь паять при защитной маске становится очень просто – SMD компоненты просто сами ложатся на свое место.

А теперь минусы.

• Очень долго. При использовании обычных энергосберегаек – ОЧЕНЬ ДОЛГО. Но кто мешает делать платки партиями?
• Нужна фотонаборная пленка. (Можно, конечно же, использовать шаблоны с принтера. Но…, честно. Я не советую. Потому что тогда допуски на время засветки становятся очень и очень маленькими)

Техника безопасности.

Имейте в виду - в описании FSR8000 написано много неприятного про ядовитые свойства паров маски. Как минимум - работайте с открытой форточкой. А лучше всего - под вытяжкой. Теперь насчет моих советов «коснитесь пальцем, высохло ли» - это лучше все же не делать. Попала маска на руки - быстренько смойте.
Ацетон . Тоже вреден. Растворяет жир, а значит и из подкожным жиром может что-то неприятное сделать. Лучше не допускать длительного контакта.

Хлорное железо. Лучше не вдыхать его пары. Вообще, у меня весь процесс идет на балконе, с открытым окном. Я на балкон захожу только тогда, когда мое присутствие необходимо. А после окончания - хорошо его проветриваю.

Выводы

Изготовить своими руками печатную плату почти заводского качества в домашних условиях - возможно, и даже не очень сложно! Еще бы освоить качественно изготовление переходных отверстий…