La maschera di saldatura e i PCB in rame sono entrambi processi di fabbricazione comuni. Una maschera di saldatura è una tecnica utilizzata per evitare l’ossidazione delle tracce di rame. Il processo prevede l’applicazione di saldatura, l’applicazione di uno strato di materiale fotoresistente e quindi l’esposizione della scheda alla luce ultravioletta. Ciò fa sì che le aree che devono essere coperte con maschere di saldatura non reagiscano alla luce UV.
Queste aree non si scuriranno quando esposte alla luce UV e rimarranno chiare, lasciando visibili solo le sezioni mascherate. Sebbene questo processo sia utilizzato frequentemente, ci sono alcuni errori comuni commessi durante la saldatura di questi PCB. Puoi usare alcuni semplici trucchi per evitare che questi problemi si verifichino di nuovo. Continua a leggere per saperne di più!
Cos'è la maschera di saldatura?
Una maschera di saldatura è un materiale fotoresistente applicato ai PCB preverniciati in rame per proteggere le tracce di rame durante il processo di saldatura. Le tracce di rame sono esposte al calore durante la saldatura; se non sono coperte da una maschera di saldatura, si ossideranno e corroderanno. La maschera di saldatura impedisce che ciò accada alle tracce di rame.
Una maschera di saldatura è costituita da due strati: uno strato esterno, che viene applicato alle tracce di rame e rimane sulla scheda una volta completata la saldatura, e uno strato interno, che viene applicato all’esterno della scheda e viene rimosso una volta completata la saldatura. Lo strato interno è un fotoresist, il che significa che è sensibile alla luce UV ed è quindi unico quando viene applicato alla superficie fotoresistente.
Una volta che la maschera è esposta alla luce UV, cambia da solubile a insolubile, il che significa che non si laverà via con sostanze chimiche liquide come il cloruro ferrico. Lo strato esterno è un fotoresist denso e solubile in acqua. Questo lo rende facile da pulire dalla scheda una volta completata la saldatura.
Colori della maschera di saldatura
Il colore più popolare della maschera di saldatura è il verde. Naturalmente, possiamo anche scegliere altri colori per il tuo progetto, come giallo, nero, blu, rosso, bianco e così via.
Come selezionare il colore della maschera di saldatura?
Quando si seleziona un colore della maschera di saldatura per il tuo PCB, ci sono diversi fattori da considerare.
Innanzitutto, devi determinare se la scheda verrà utilizzata in un ambiente interno o esterno. Se la scheda deve essere utilizzata all’esterno, allora un colore scuro come il nero potrebbe essere la scelta migliore, poiché è più resistente alle radiazioni UV. D’altra parte, se la scheda verrà utilizzata all’interno, allora è consigliabile un colore più chiaro come il verde o il blu, poiché è più facile vedere i segni sulla scheda e non attirerà tanta polvere e sporco.
Un altro fattore da considerare è il tipo di componenti utilizzati sulla scheda. I colori più scuri come il nero o il rosso tendono ad assorbire più calore dei colori più chiari, quindi questi dovrebbero essere evitati quando si utilizzano componenti sensibili al calore. Inoltre, il nero o il rosso possono causare il surriscaldamento di alcuni componenti e provocarne il danneggiamento.
Il costo della maschera di saldatura dovrebbe essere preso in considerazione. In generale, i colori più scuri sono più costosi di quelli più chiari, quindi è importante valutare il costo aggiuntivo rispetto ai vantaggi di avere un determinato colore.
Infine, l’estetica dovrebbe essere presa in considerazione quando si seleziona il colore della maschera di saldatura. Ad esempio, il verde può essere scelto se la scheda è destinata ad essere esteticamente gradevole, mentre il nero può essere scelto se la scheda deve avere un aspetto più industriale. In definitiva, la selezione del colore della maschera di saldatura dovrebbe basarsi su una combinazione di fattori per garantire che la scheda soddisfi tutti i suoi requisiti.
Tipi di maschera di saldatura
Esistono molti materiali per la maschera di saldatura, ognuno con le proprie proprietà e vantaggi unici. I tipi più comuni di materiali per la maschera di saldatura includono resina epossidica liquida, fotoimmagineabile liquida (LPI), fotoimmagineabile a film secco (DFPI) e polimeri a cristalli liquidi (LCP).
Resina epossidica liquida:
La maschera di saldatura è tipicamente realizzata con una resina epossidica liquida fotosensibile che viene applicata al PCB. Dopo che la resina si è asciugata, una luce UV viene utilizzata per indurire il materiale. Questo processo è noto come “cura” ed è fatto per garantire che la maschera di saldatura abbia una buona adesione alla scheda e sia in grado di resistere alle condizioni ambientali.
Fotoimmagineabile liquida (LPI):
La maschera di saldatura LPI è anche popolare perché è relativamente facile da applicare e fornisce un’eccellente adesione al substrato del PCB. È anche molto resistente alle alte temperature, il che la rende adatta all’uso con saldature senza piombo. Inoltre, la maschera di saldatura LPI consente la definizione precisa delle aperture della maschera di saldatura, consentendo un maggiore controllo sui processi di saldatura e una maggiore resa.
Fotoimmagineabile a film secco (DFPI):
Questo tipo di maschera di saldatura utilizza un fotopolimero a film secco per formare lo strato protettivo sulla scheda. Questo tipo di materiale viene solitamente applicato mediante laminazione o livellatore ad aria calda e fornisce un’eccellente adesione e protezione da contaminanti ambientali e ossidazione. È anche più facile da rimuovere rispetto a LPI, il che lo rende ideale per la riparazione e la rilavorazione.
Polimeri a cristalli liquidi (LCP):
Questo è un tipo relativamente nuovo di materiale per la maschera di saldatura che sta diventando sempre più popolare grazie alla sua maggiore stabilità termica e alla capacità di fornire una copertura uniforme e costante sull’intera scheda. Viene applicato utilizzando uno spray liquido e fornisce un’eccellente resistenza a sostanze chimiche e temperature estreme, il che lo rende ideale per applicazioni esterne.
Come viene applicata la maschera di saldatura?
La maschera di saldatura viene tipicamente applicata utilizzando un processo chiamato serigrafia. Ecco come viene applicata una maschera di saldatura a un PCB:
- Il PCB viene prima pulito e preparato per il processo di applicazione della maschera di saldatura.
- Viene creato uno stencil, o schermo, che ha aperture nelle aree in cui è desiderata la maschera di saldatura.
- Lo stencil viene posizionato sul PCB e un inchiostro o pasta per maschera di saldatura viene applicato sullo stencil.
- Una spatola si muove quindi sulla superficie dello stencil, forzando il materiale della maschera di saldatura attraverso le aperture e sul PCB.
- Il PCB viene quindi fatto passare attraverso una sorgente di luce UV per curare il materiale della maschera di saldatura, rendendolo duro e resistente.
- Infine, il PCB viene lavato per rimuovere qualsiasi materiale in eccesso della maschera di saldatura che non è stato curato.
Il risultato finale è un PCB che ha uno strato protettivo di maschera di saldatura che impedisce alla saldatura di fluire su aree indesiderate, riducendo il rischio di cortocircuiti e altri problemi. Il processo viene ripetuto per più strati se il PCB è una scheda multistrato.
Regole di progettazione della maschera di saldatura
Sulla base della nostra migliore esperienza pratica nel passato, quando progetti la maschera di saldatura, devi prestare attenzione ai seguenti punti:
Via tendate:
Il tendere una via si riferisce a coprire solo l’anello anulare della via con la maschera saldante, lasciando il foro stesso esposto. Questo è un metodo economico per proteggere il PCB ed è preferibile a tecniche più costose come il riempimento delle vie o l’otturazione della maschera. Uno dei metodi più economici per il tendere delle vie è il tendere della maschera saldante fotoimmaginabile liquida (LPI), ma per una migliore protezione, è possibile utilizzare anche il riempimento in resina a un costo più elevato.
Spazio di liberazione della maschera saldante:
Lo spazio di liberazione della maschera saldante, chiamato anche spazio minimo della maschera saldante, è la distanza minima tra i pad o le tracce di rame e il bordo dell’apertura della maschera saldante.
In generale, lo spazio di liberazione della maschera saldante dovrebbe essere compreso tra 0,075 mm e 0,1 mm. In questo modo si può garantire una distanza sufficiente e prevenire cortocircuiti tra le caratteristiche in rame. Tuttavia, i requisiti specifici possono variare a seconda del design del PCB, delle dimensioni e della spaziatura delle caratteristiche in rame e del processo di fabbricazione utilizzato. Alcuni progetti potrebbero richiedere uno spazio maggiore per adattarsi al processo di assemblaggio specifico e alle tolleranze delle apparecchiature di fabbricazione.
È importante consultare il produttore del PCB o fare riferimento alle sue linee guida per assicurarsi che lo spazio di liberazione della maschera saldante soddisfi i requisiti specifici per il design e il processo di fabbricazione.
Pad di saldatura:
Ci sono due tipi di pad su un PCB: pad definiti dalla maschera saldante e pad non definiti dalla maschera saldante. I pad definiti dalla maschera saldante hanno aperture della maschera più piccole dei pad di rame, che determinano le dimensioni del pad utilizzate nei BGA. Le modifiche allo spazio di liberazione della maschera influiscono sulle dimensioni del pad di rame. I pad non definiti dalla maschera saldante hanno uno spazio tra il pad e la maschera. È importante assicurarsi che lo spazio di liberazione della maschera saldante sia sempre maggiore dei pad di saldatura per evitare che la maschera si sovrapponga ai pad, il che potrebbe influire sulla qualità della saldatura.
Apertura della maschera saldante:
L’apertura della maschera saldante si riferisce al circuito esposto sugli strati esterni del PCB che consente l’applicazione di stagno (saldatura). È importante assicurarsi che l’apertura sia precisa per evitare un’esposizione non necessaria del rame sulla scheda, che potrebbe causare corrosione e danni. In genere, le aperture della maschera saldante sono realizzate in rapporto 1:1 con i pad di rame, ma possono essere regolate in base al processo di fabbricazione. L’apertura deve essere personalizzata in base ai requisiti per evitare l’esposizione del piano di massa accanto al pad, che potrebbe causare cortocircuiti e altri problemi.
Espansione della maschera saldante:
L’espansione della maschera saldante è una specifica nel software EDA che determina la distanza tra le caratteristiche superficiali e la maschera saldante sulla scheda. Questo valore può essere positivo, negativo o zero. L’espansione positiva della maschera saldante si riferisce allo spazio tra la fine della maschera saldante e la circonferenza esterna del pad che non è coperto dalla maschera. L’espansione zero della maschera saldante si riferisce all’assenza di spazio tra la maschera saldante e il pad. L’espansione negativa della maschera saldante si verifica quando la maschera si sovrappone a una regione del pad. È importante scegliere il valore di espansione della maschera saldante corretto per garantire prestazioni ottimali del PCB.
Maschera saldante vs Maschera di pasta
La maschera saldante e la maschera di pasta sono entrambe utilizzate nella fabbricazione di PCB, ma svolgono funzioni diverse. La maschera saldante è uno strato protettivo utilizzato per coprire le tracce di rame sul PCB e prevenire l’ossidazione o altri danni. Al contrario, la maschera di pasta è utilizzata nella tecnologia di montaggio superficiale per mostrare dove applicare la pasta saldante sul PCB. La seguente tabella mostra tutti i confronti tra loro:
| 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 |
Maschera saldante vs Serigrafia
La maschera saldante e la serigrafia sono entrambe caratteristiche importanti su una scheda a circuito stampato. Ecco una tabella che riassume le differenze tra loro:
| 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 |
Nel complesso, la maschera di saldatura e la serigrafia svolgono scopi diversi su un PCB, ma entrambi sono importanti per il corretto assemblaggio e la manutenzione della scheda. La maschera di saldatura fornisce uno strato protettivo per evitare che la saldatura crei ponti tra le tracce di rame e cortocircuiti il circuito, mentre la serigrafia aiuta a identificare i componenti e altre caratteristiche importanti.
Cosa posso usare al posto della maschera di saldatura?
La maschera di saldatura è uno strato protettivo applicato sulle schede a circuito stampato per prevenire ponti di saldatura tra i pad e le tracce durante il processo di saldatura. Tuttavia, in alcune situazioni, una maschera di saldatura potrebbe non essere necessaria, o è possibile utilizzare strati protettivi alternativi.
Ecco alcune alternative alla maschera di saldatura:
Nastro Kapton
È un nastro in film di poliimmide che può resistere alle alte temperature ed è comunemente utilizzato nell’assemblaggio elettronico. Può essere applicato alle aree in cui la saldatura non deve andare, fungendo da barriera protettiva.
Maschera di saldatura liquida fotoimmagineabile (LPSM)
È un liquido che può essere applicato al PCB per creare uno strato di maschera di saldatura. LPSM fornisce una migliore adesione e protezione rispetto ad altri tipi di maschere.
Serigrafia
La serigrafia è un processo in cui uno strato di inchiostro viene applicato sulla superficie del PCB per contrassegnare componenti, testo e grafica. Può essere utilizzato come strato protettivo quando applicato alle aree in cui la saldatura non dovrebbe verificarsi.
Stencil per pasta saldante
L’applicazione di pasta saldante sui pad prima di posizionare i componenti sul PCB può fungere da maschera temporanea. La pasta saldante impedirà alla saldatura di entrare nelle aree in cui non dovrebbe essere.
Finitura superficiale del PCB
Esistono diverse finiture superficiali, come oro a immersione in nichel elettro meno (ENIG), argento a immersione e conservanti organici della saldabilità (OSP), che forniscono uno strato protettivo sul PCB. Queste finiture proteggono le tracce e i pad di rame dalla corrosione e dall’ossidazione.
Conclusioni
Le maschere di saldatura e i PCB in rame sono entrambi processi di fabbricazione comuni. Una maschera di saldatura è una tecnica utilizzata per evitare l’ossidazione delle tracce di rame. Il processo prevede l’applicazione di saldatura, l’applicazione di uno strato di materiale fotoresistente e quindi l’esposizione della scheda alla luce UV. È importante prestare attenzione durante la saldatura dei PCB per evitare questi errori comuni. Utilizzare il flusso e la saldatura corretti, mantenere la scheda pulita e priva di aria e controllare la punta sono tutti importanti. Se segui questi suggerimenti, dovresti essere in grado di saldare correttamente una scheda ed evitare questi errori.
FAQ
No, la maschera di saldatura non è conduttiva. In effetti, è progettata per essere uno strato isolante che aiuta a proteggere le tracce di rame su una scheda a circuito stampato (PCB) dal contatto accidentale con altri materiali conduttivi.
Sì, la maschera di saldatura è un componente necessario nella produzione di PCB (schede a circuito stampato). La maschera di saldatura è un sottile strato di polimero che viene applicato sulla superficie del PCB, coprendo tutte le tracce di rame e lasciando esposti solo i pad dove vengono montati i componenti. Lo scopo principale della maschera di saldatura è impedire alla saldatura di fluire su aree non previste durante il processo di saldatura dei componenti.
La migliore maschera di saldatura per il tuo progetto dipenderà dalle tue esigenze e requisiti specifici. È importante collaborare con un produttore di PCB esperto che possa aiutarti a selezionare la maschera di saldatura giusta per il tuo progetto e assicurarti che venga applicata correttamente.
