Lötmasken und Kupfer-Leiterplatten sind beides gängige Fertigungsverfahren. Eine Lötmaske ist eine Technik, die verhindert, dass Kupferbahnen oxidieren. Bei diesem Verfahren wird Lötzinn aufgetragen, eine Schicht aus lichtempfindlichem Material aufgebracht und die Platine anschließend ultraviolettem Licht ausgesetzt. Dadurch reagieren die Bereiche, die mit Lötmasken abgedeckt werden sollen, nicht mit dem UV-Licht.
Diese Bereiche werden bei UV-Lichteinstrahlung nicht dunkler und bleiben klar, sodass nur die maskierten Bereiche sichtbar bleiben. Obwohl dieses Verfahren häufig angewendet wird, gibt es einige häufige Fehler, die beim Löten dieser Leiterplatten gemacht werden. Mit ein paar einfachen Tricks können Sie verhindern, dass diese Probleme erneut auftreten. Lesen Sie weiter, um mehr zu erfahren!
Was ist eine Lötmaske?
Eine Lötmaske ist ein Fotolackmaterial, das auf vorlackierte Kupfer-Leiterplatten aufgetragen wird, um die Kupferbahnen während des Lötvorgangs zu schützen. Kupferbahnen werden beim Löten Hitze ausgesetzt; wenn sie nicht durch eine Lötmaske abgedeckt sind, oxidieren und korrodieren sie. Die Lötmaske verhindert dies.
Eine Lötmaske besteht aus zwei Schichten: einer Außenschicht, die auf die Kupferbahnen aufgetragen wird und nach Abschluss des Lötvorgangs auf der Platine verbleibt, und einer Innenschicht, die auf die Außenseite der Platine aufgetragen wird und nach Abschluss des Lötvorgangs entfernt wird. Die Innenschicht ist ein Fotolack, d. h. sie ist empfindlich gegenüber UV-Licht und daher einzigartig, wenn sie auf die Fotolackoberfläche aufgetragen wird.
Sobald die Maske UV-Licht ausgesetzt wird, wandelt sie sich von löslich zu unlöslich, was bedeutet, dass sie sich nicht mit flüssigen Chemikalien wie Eisenchlorid abwaschen lässt. Die äußere Schicht ist ein dichter, wasserlöslicher Fotolack. Dadurch lässt sie sich nach Abschluss des Lötvorgangs leicht von der Platine entfernen.
Farben der Lötmaske
Die beliebteste Farbe für Lötmasken ist Grün. Selbstverständlich können wir für Ihr Projekt auch andere Farben wählen, beispielsweise Gelb, Schwarz, Blau, Rot, Weiß und so weiter.
Wie wählt man die Farbe der Lötmaske aus?
Bei der Auswahl einer Lötmaskenfarbe für Ihre Leiterplatte sind mehrere Faktoren zu berücksichtigen.
Zunächst müssen Sie festlegen, ob die Tafel im Innen- oder Außenbereich verwendet werden soll. Wenn die Tafel im Außenbereich verwendet werden soll, ist eine dunkle Farbe wie Schwarz möglicherweise die beste Wahl, da diese UV-Strahlung besser widersteht. Wenn die Tafel hingegen im Innenbereich verwendet wird, empfiehlt sich eine hellere Farbe wie Grün oder Blau, da Markierungen auf der Tafel besser zu erkennen sind und weniger Staub und Schmutz anziehen.
Ein weiterer zu berücksichtigender Faktor ist die Art der auf der Platine verwendeten Komponenten. Dunklere Farben wie Schwarz oder Rot absorbieren tendenziell mehr Wärme als hellere Farben, daher sollten diese bei der Verwendung von wärmeempfindlichen Komponenten vermieden werden. Darüber hinaus können Schwarz oder Rot dazu führen, dass bestimmte Komponenten zu heiß werden und beschädigt werden.
Die Kosten für die Lötmaske sollten ebenfalls berücksichtigt werden. Im Allgemeinen sind dunklere Farben teurer als hellere, daher ist es wichtig, die zusätzlichen Kosten gegen die Vorteile einer bestimmten Farbe abzuwägen.
Schließlich sollte bei der Auswahl der Farbe der Lötmaske auch die Ästhetik berücksichtigt werden. So kann beispielsweise Grün gewählt werden, wenn die Platine ästhetisch ansprechend sein soll, während Schwarz gewählt werden kann, wenn die Platine eher industriell aussehen soll. Letztendlich sollte die Auswahl der Farbe der Lötmaske auf einer Kombination von Faktoren basieren, um sicherzustellen, dass die Platine alle Anforderungen erfüllt.
Arten von Lötmasken
Es gibt viele Materialien für Lötmasken, die jeweils ihre eigenen einzigartigen Eigenschaften und Vorteile haben. Zu den gängigsten Arten von Lötmaskenmaterialien gehören flüssiges Epoxidharz, flüssiges fotoempfindliches Material (LPI), trockenes fotoempfindliches Material (DFPI) und Flüssigkristallpolymere (LCP).
Flüssiges Epoxidharz:
Die Lötmaske besteht in der Regel aus einem lichtempfindlichen flüssigen Epoxidharz, das auf die Leiterplatte aufgetragen wird. Nach dem Trocknen des Harzes wird das Material mit UV-Licht ausgehärtet. Dieser Vorgang wird als „Aushärtung“ bezeichnet und dient dazu, eine gute Haftung der Lötmaske auf der Leiterplatte zu gewährleisten und sie widerstandsfähig gegen Umwelteinflüsse zu machen.
Liquid Photoimageable (LPI):
Die LPI-Lötmaske ist ebenfalls beliebt, da sie relativ einfach aufzutragen ist und eine hervorragende Haftung auf dem PCB-Substrat bietet. Außerdem ist sie sehr widerstandsfähig gegen hohe Temperaturen, sodass sie für die Verwendung mit bleifreien Loten geeignet ist. Darüber hinaus ermöglicht die LPI-Lötmaske eine präzise Definition der Lötmaskenöffnungen, was eine bessere Kontrolle über die Lötprozesse und höhere Erträge ermöglicht.
Belichtbarer Trockenfilm (DFPI):
Bei dieser Art von Lötmaske wird ein Trockenfilm-Photopolymer verwendet, um die Schutzschicht auf der Platine zu bilden. Dieses Material wird in der Regel durch Laminierung oder Heißluft-Nivellierer aufgetragen und bietet eine hervorragende Haftung sowie Schutz vor Umwelteinflüssen und Oxidation. Es lässt sich außerdem leichter entfernen als LPI und eignet sich daher ideal für Reparaturen und Nacharbeiten.
Flüssigkristallpolymere (LCP):
Dies ist ein relativ neues Material für Lötmasken, das aufgrund seiner erhöhten thermischen Stabilität und seiner Fähigkeit, eine gleichmäßige, konsistente Abdeckung über die gesamte Platine zu gewährleisten, immer beliebter wird. Es wird mit einem Flüssigkeitssprühgerät aufgetragen und bietet eine ausgezeichnete Beständigkeit gegen Chemikalien und extreme Temperaturen, wodurch es sich ideal für Außenanwendungen eignet.
Wie wird die Lötmaske aufgetragen?
Die Lötmaske wird in der Regel im Siebdruckverfahren aufgebracht. So wird eine Lötmaske auf eine Leiterplatte aufgebracht:
- Die Leiterplatte wird zunächst gereinigt und für den Aufbringungsprozess der Lötmaske vorbereitet.
- Es wird eine Schablone oder ein Sieb hergestellt, das Öffnungen in den Bereichen aufweist, in denen die Lötmaske aufgetragen werden soll.
- Die Schablone wird auf die Leiterplatte gelegt und mit einer Lötmaskenfarbe oder -paste beschichtet.
- Anschließend wird mit einer Rakel über die Oberfläche der Schablone gestrichen, wodurch das Lötmaskenmaterial durch die Öffnungen auf die Leiterplatte gedrückt wird.
- Die Leiterplatte wird dann durch eine UV-Lichtquelle geführt, um das Lötmaskenmaterial auszuhärten, wodurch es hart und widerstandsfähig wird.
- Schließlich wird die Leiterplatte gewaschen, um überschüssiges Lötmaskenmaterial, das nicht ausgehärtet ist, zu entfernen.
Das Endergebnis ist eine Leiterplatte mit einer Schutzschicht aus Lötmaske, die verhindert, dass Lötzinn auf unerwünschte Bereiche fließt, wodurch das Risiko von Kurzschlüssen und anderen Problemen verringert wird. Bei mehrschichtigen Leiterplatten wird der Vorgang für mehrere Schichten wiederholt.
Entwurfsregeln für Lötmasken
Basierend auf unseren besten praktischen Erfahrungen in der Vergangenheit sollten Sie bei der Gestaltung der Lötmaske folgende Punkte beachten:
Tented Vias:
Unter „Tenting a Via“ versteht man das Abdecken nur des ringförmigen Bereichs der Durchkontaktierung mit Lötmaske, wobei das Loch selbst unbedeckt bleibt. Dies ist eine kostengünstige Methode zum Schutz der Leiterplatte und wird gegenüber teureren Techniken wie dem Füllen der Durchkontaktierung oder dem Abdecken mit Masken bevorzugt. Eine der wirtschaftlichsten Methoden des Via Tenting ist das Tenting mit flüssiger fotoempfindlicher Lötmaske (LPI), aber für einen besseren Schutz kann auch eine Harzfüllung verwendet werden, die jedoch mit höheren Kosten verbunden ist.
Abstand zur Lötmaske:
Der Lötmaskenabstand, auch als minimaler Lötmaskenstreifen bezeichnet, ist der Mindestabstand zwischen den Kupferpads oder -bahnen und dem Rand der Lötmaskenöffnung.
Im Allgemeinen sollte der Lötmaskenabstand zwischen 0,075 mm und 0,1 mm betragen. So kann ein ausreichender Abstand gewährleistet und Kurzschlüsse zwischen den Kupferelementen verhindert werden. Die spezifischen Anforderungen können jedoch je nach PCB-Design, Größe und Abstand der Kupferelemente sowie dem verwendeten Herstellungsprozess variieren. Einige Designs erfordern möglicherweise einen größeren Abstand, um dem spezifischen Montageprozess und den Toleranzen der Fertigungsanlagen Rechnung zu tragen.
Es ist wichtig, sich mit Ihrem Leiterplattenhersteller zu beraten oder dessen Richtlinien zu beachten, um sicherzustellen, dass der Abstand der Lötmaske den spezifischen Anforderungen Ihres Designs und Herstellungsprozesses entspricht.
Lötpads:
Es gibt zwei Arten von Pads auf einer Leiterplatte – durch die Lötmaske definierte Pads und nicht durch die Lötmaske definierte Pads. Durch die Lötmaske definierte Pads haben Maskenöffnungen, die kleiner sind als die Kupferpads, die die in BGAs verwendete Padgröße bestimmen. Änderungen des Maskenabstands wirken sich auf die Größe des Kupferpads aus. Nicht durch die Lötmaske definierte Pads haben einen Abstand zwischen dem Pad und der Maske. Es ist wichtig, sicherzustellen, dass der Abstand der Lötmaske immer größer ist als die Lötpads, um zu verhindern, dass die Maske die Pads überlappt, was die Lötqualität beeinträchtigen könnte.
Lötmaskenöffnung:
Die Lötmaskenöffnung bezieht sich auf den freiliegenden Schaltkreis auf den äußeren Schichten der Leiterplatte, auf den Zinn (Lot) aufgetragen werden kann. Es ist wichtig, dass die Öffnung präzise ist, um eine unnötige Freilegung von Kupfer auf der Platine zu vermeiden, was zu Korrosion und Beschädigungen führen könnte. In der Regel werden Lötmaskenöffnungen im Verhältnis 1:1 zu den Kupferpads hergestellt, sie können jedoch je nach Herstellungsprozess angepasst werden. Die Öffnung muss an die Anforderungen angepasst werden, um eine Freilegung der Massefläche neben dem Pad zu verhindern, was zu Kurzschlüssen und anderen Problemen führen könnte.
Lötmaskenerweiterung:
Die Lötmaskenausdehnung ist eine Spezifikation in EDA-Software, die den Abstand zwischen den Oberflächenmerkmalen und der Lötmaske auf der Platine bestimmt. Dieser Wert kann positiv, negativ oder null sein. Eine positive Lötmaskenausdehnung bezieht sich auf den Abstand zwischen dem Ende der Lötmaske und dem Außenumfang des Pads, der nicht von der Maske abgedeckt ist. Eine Lötmaskenausdehnung von Null bezieht sich auf das Fehlen eines Abstands zwischen der Lötmaske und dem Pad. Eine negative Lötmaskenausdehnung tritt auf, wenn die Maske einen Bereich des Pads überlappt. Es ist wichtig, den richtigen Wert für die Lötmaskenausdehnung zu wählen, um eine optimale Leistung der Leiterplatte zu gewährleisten.
Lötmaske vs. Pastenmaske
Lötmaske und Pastenmaske werden beide bei der Leiterplattenherstellung verwendet, erfüllen jedoch unterschiedliche Funktionen. Die Lötmaske ist eine Schutzschicht, die dazu dient, die Kupferbahnen auf der Leiterplatte abzudecken und Oxidation oder andere Beschädigungen zu verhindern. Im Gegensatz dazu wird die Pastenmaske in der Oberflächenmontagetechnik verwendet, um anzuzeigen, wo die Lötpaste auf die Leiterplatte aufgetragen werden soll. Die folgende Tabelle zeigt alle Unterschiede zwischen ihnen:
| Feature | Solder Mask | Paste Mask |
|---|---|---|
| Usage | protective layer for circuit board | stencil for SMD assembly and soldering process |
| Material | solder mask ink | paste |
| Size | solder mask clearance: less than 0.05mm (2mil) | stencil thickness: 0.1mm (4mil) or 0.075mm (3mil) |
| Opening | no solder mask ink | have paste |
| Colors | multicolor | gray |
Lötmaske vs. Siebdruck
Die ältere Maske und der Siebdruck sind beide wichtige Merkmale einer Leiterplatte. Die folgende Tabelle fasst die Unterschiede zwischen ihnen zusammen:
| Feature | Solder Mask | Silkscreen |
|---|---|---|
| Function | Protective layer to prevent solder bridging and shorting | Identifies components, test points, and other features |
| Material | Epoxy-based ink or photoimageable polymer | Ink or paint |
| Color | Typically green, but can be other colors | Multiple colors available |
| Application | Applied to entire board, with openings for pads | Applied only where needed |
| Appearance | Matte finish | Glossy finish |
| Importance | Essential for board functionality | Optional but useful for assembly and maintenance |
| Location | Covers copper traces, except where pads are exposed | Applied on top of solder mask, where needed |
Insgesamt erfüllen Lötmaske und Siebdruck unterschiedliche Zwecke auf einer Leiterplatte, aber beide sind für die ordnungsgemäße Montage und Wartung der Platine wichtig. Die Lötmaske bildet eine Schutzschicht, die verhindert, dass Lötzinn zwischen Kupferbahnen überbrückt und den Schaltkreis kurzschließt, während der Siebdruck dabei hilft, Bauteile und andere wichtige Merkmale zu identifizieren.
Was kann ich anstelle einer Lötmaske verwenden?
Die Lötmaske ist eine Schutzschicht, die auf Leiterplatten aufgebracht wird, um Lötbrücken zwischen Pads und Leiterbahnen während des Lötvorgangs zu verhindern. In manchen Situationen ist eine Lötmaske jedoch nicht erforderlich, oder es können stattdessen alternative Schutzschichten verwendet werden.
Hier sind einige Alternativen zur Lötmaske:
Kaptonband
Es handelt sich um ein Polyimid-Klebeband, das hohen Temperaturen standhält und häufig in der Elektronikmontage verwendet wird. Es kann auf Bereiche aufgebracht werden, in denen kein Lot gelangen soll, und dient dort als Schutzbarriere.
Flüssige fotoempfindliche Lötmaske (LPSM)
Es handelt sich um eine Flüssigkeit, die auf die Leiterplatte aufgetragen werden kann, um eine Lötmaskenbeschichtung zu erzeugen. LPSM bietet im Vergleich zu anderen Arten von Masken eine bessere Haftung und einen besseren Schutz.
Siebdruck
Beim Siebdruck wird eine Farbschicht auf die Leiterplattenoberfläche aufgetragen, um Bauteile, Text und Grafiken zu kennzeichnen. Er kann als Schutzschicht verwendet werden, wenn er auf Bereiche aufgetragen wird, in denen nicht gelötet werden soll.
Lötpastenschablonierung
Das Aufbringen von Lötpaste auf die Pads vor dem Bestücken der Leiterplatte kann als temporäre Maske dienen. Die Lötpaste verhindert, dass das Lot in Bereiche gelangt, in denen es nicht hingehört.
PCB-Oberflächenbeschaffenheit
Es gibt verschiedene Oberflächenbeschichtungen, wie beispielsweise chemisch Nickel-Immersionsgold (ENIG), Immersionssilber und organische Lötbarkeitsschutzmittel (OSP), die eine Schutzschicht auf der Leiterplatte bilden. Diese Beschichtungen schützen die Kupferbahnen und Pads vor Korrosion und Oxidation.
Schlussbemerkungen
Lötmasken und Kupfer-Leiterplatten sind beides gängige Fertigungsverfahren. Eine Lötmaske ist eine Technik, die verhindert, dass Kupferbahnen oxidieren. Bei diesem Verfahren wird Lötzinn aufgetragen, eine Schicht lichtempfindliches Material aufgebracht und die Platine anschließend UV-Licht ausgesetzt. Beim Löten von Leiterplatten ist Vorsicht geboten, um diese häufigen Fehler zu vermeiden. Es ist wichtig, das richtige Flussmittel und Lötzinn zu verwenden, die Platine sauber und luftfrei zu halten und die Spitze zu überprüfen. Wenn Sie diese Tipps befolgen, sollten Sie in der Lage sein, eine Leiterplatte ordnungsgemäß zu löten und diese Fehler zu vermeiden.
Häufig gestellte Fragen
Nein, Lötmasken sind nicht leitfähig. Tatsächlich sind sie als Isolierschicht konzipiert, die dazu dient, die Kupferbahnen auf einer Leiterplatte (PCB) vor versehentlichem Kontakt mit anderen leitfähigen Materialien zu schützen.
Ja, die Lötmaske ist ein notwendiger Bestandteil bei der Herstellung von Leiterplatten (PCB, Printed Circuit Board). Die Lötmaske ist eine dünne Polymerschicht, die auf die Oberfläche der Leiterplatte aufgetragen wird und alle Kupferbahnen bedeckt, sodass nur die Pads frei bleiben, auf denen die Bauteile montiert werden. Der Hauptzweck der Lötmaske besteht darin, zu verhindern, dass während des Lötvorgangs Lötzinn auf unbeabsichtigte Bereiche fließt.
Die beste Lötmaske für Ihr Projekt hängt von Ihren spezifischen Bedürfnissen und Anforderungen ab. Es ist wichtig, mit einem erfahrenen Leiterplattenhersteller zusammenzuarbeiten, der Ihnen bei der Auswahl der richtigen Lötmaske für Ihr Projekt helfen und sicherstellen kann, dass diese korrekt aufgebracht wird.
