Umfassende Richtlinien für PCB-Lötmasken im Jahr 2023
Gedruckte Leiterplatten (PCBs), die in elektronischen Produkten verwendet werden, bestehen in der Regel aus wichtigen Komponenten wie Lötmaske, Siebdruckschicht, Verdrahtung, Kern, usw. Jeder Herstellungsprozess muss langwierige Verfahren und strenge Kontrollen durchlaufen. Mit der Entwicklung der Elektronikindustrie geht die Nachfrage der Hersteller nach PCBA in Richtung Zuverlässigkeit und hohe Dichte. Deshalb, PCBA-Fabriken die High-Density-Interconnection (HDI)-Technologie und die Lötmaskentechnologie weiter zu optimieren. In diesem Artikel konzentriert sich FS Technology auf den Teil, der für den Schutz und die Isolierung der Leiterplatte sorgt.PCB-Lötmaske.
Was ist eine Lötmaske?
Die Lötmaskenschicht (SM) wird auch als Fensterschicht und Grünölschicht bezeichnet. Sie ist der Teil der Leiterplatte, der mit Tinte bedeckt ist, und die Schutzschicht für die Strukturierung der fertigen Leiterplatte bei der anschließenden Finishing-Schicht und dem Gruppenlötprozess der Leiterplatte. Da die Lötmaskenschicht der Leiterplatte eine Negativfilmausgabe verwendet, wird bei der Abbildung der Form der Lötmaskenschicht auf die nackte Leiterplatte die Grünöl-Lötmaske nicht aufgetragen, sondern die Kupferhaut freigelegt.
Die negative Ausgabe der PCB-Lötmaskenschicht bedeutet, dass sie der tatsächlichen Situation völlig entgegengesetzt ist, d.h. der Teil, der während des Designs mit grünem Öl markiert wurde, ist in Wirklichkeit ein Bereich ohne grünes Öl, die sogenannte Fensteröffnung. Die eigentliche Bedeutung der Lötmaskenschicht besteht also darin, ein Fenster auf dem gesamten Stück der Lötmaske mit grünem Öl zu öffnen, um ein normales Schweißen der Teile ohne grünes Öl zu ermöglichen.
Da die Basis der Leiterplatte aus Glasfaser und Epoxidharz besteht, ist sie bei den Temperaturen der HAL-Prozesse und der Oberflächenmontage nicht ausreichend hitzebeständig, und ohne eine Lötmaske kann die langfristige Einwirkung hoher Temperaturen zur Zerstörung der Oberfläche des dielektrischen Materials führen.
Der Unterschied zwischen PCB-Lötmaskenschicht und Lötflussmittelschicht
Nehmen wir eine zweilagige Leiterplatte als Beispiel. Eine einfache zweilagige Leiterplatte besteht aus einem Kern (zwei Breadboards (oben und unten)), einem Mittelteil aus Prepreg (pp), zwei Lötstopplackschichten (oben und unten) und zwei Siebdruckschichten (oben und unten). Wie unten gezeigt:
Aus Gründen wie dem Löten und der Wärmeableitung beschichten die Hersteller bei der Herstellung von Leiterplatten nicht die gesamte Lötmaskenschicht mit grünem Öl. Daher werden wir sie gewöhnlich als "Fenster" bezeichnen, in dem Kupfer freigelegt ist.
Wie in der Abbildung unten zu sehen ist, ist das intuitiver!
Die Lötschicht (Pastenmaske) von PCB bezieht sich auf die Schicht auf der Leiterplatte, die nicht mit grünem Öl beschichtet ist. Tatsächlich ist damit die Schablone gemeint, und viele Ingenieure verstehen sie als die oberste Schicht der Leiterplatte, was genau dasselbe ist wie die Daten auf der obersten Schicht der Leiterplatte. Wenn Sie sich das obige Diagramm zum Aufbau einer doppellagigen Leiterplatte genau ansehen, werden Sie feststellen, dass die Lötschicht ist nicht in der PCB-Struktur enthalten. Die Funktion des Lötschicht unterscheidet sich von dem der Lötmaskenschicht. Sie ist nicht dazu da, den Lötprozess zu realisieren, sondern um die SMD SMT-Bestückung. Bei der SMT-Bestückung wird die Lötpaste präzise aus den Löchern der Schablone auf das PCB-Pad getropft, so dass die Löten Schicht wird auch die obere Zinnschicht genannt.
Das Bild unten zeigt die Lötschicht (Pastenmaske).
Obwohl sowohl die Pastenmaske als auch die Lötmaske für die Verzinnung verwendet werden, gibt es wesentliche Unterschiede. Was das Innere der Leiterplatte betrifft, so spielt die Lötmaske auch die Rolle, die Leiterplatte vor Salzsprühnebel und Feuchtigkeit zu schützen, während die Pastenmaske sich auf die Herstellung von SMT-Stahlgewebe konzentriert. Das Vorhandensein der Lötmaske ist wichtig, um das Löten zu ermöglichen. Standardmäßig werden die Bereiche ohne Lötmaske mit grünem Öl gestrichen. Die Pastenmaske wird für die Gestaltung der Schablone verwendet, der Zweck ist das Patch-Packaging, das normalerweise verwendet wird, wenn Großhandel PCBA.
Der Einfluss der PCB-Lötmaskenschicht auf die PCBA
Mit der Unterstützung der chinesischen Regierung für die PCBA-Industrie hat die chinesische Technologie für die Herstellung von Leiterplatten und die PCBA-Verarbeitung eine beispiellose Entwicklung erreicht, und der Lötmaskenprozess hat immer weniger Einfluss auf den PCBA-Verarbeitungsprozess. Im Folgenden werden die möglichen Auswirkungen des Lötmaskenprozesses auf den PBCA-Prozess beschrieben:
SMT-Löten Schwierigkeit
Für einige SMD-Komponenten Bei kleinen Pin-Abständen beeinträchtigt ein unangemessener Mindestabstand der Lötmaske die Schwierigkeit der SMT-Bestückung erheblich, erhöht die Schadensquote in der Fabrik und steigert die Montagekosten beim Kunden.
Lösung: Optimieren Sie in Verbindung mit dem tatsächlichen PCB- und PCBA-Prozessniveau der Fabrik den Komponentenverpackungsprozess, um Risiken bei der Herstellbarkeit zu vermeiden. Spezifische Optimierungsmethoden: Strenge Überprüfung der PCB-Designdokumente des Kunden und Stärkung der internen Designabteilung des Unternehmens.
Dicke der Lötmaske
Die Kontrolle der Dicke der Lötmaske ist einer der wichtigsten Punkte für Leiterplattenhersteller bei der Herstellung der Lötmaske. Eine zu dünne Lötmaskenschicht kann zu Kupferleckagen in den Leiterbahnen und damit zu schwerwiegenden Problemen beim Löten von ICs führen; eine zu dicke Lötmaskenschicht kann zu Hängebrücken und offenen Schaltkreisen beim Reflow-Löten führen.
Lösung: Stellen Sie die Dicke der Lötmaske so ein, dass sie kleiner ist als die Dicke des Kupferfolien-Pads; die Dicke der Lötmaske auf der Leiterplatte an der scharfen Ecke ist größer als 10Um; die Dicke der Lötmaske auf den Leiterbahnen und der Kupferfolie ist kleiner als 35um.
Lötmaskenverarbeitung und Pad-Matching
Wenn nicht standardisierte SMT-Bestückungsfabriken Lötpaste drucken, wird die Oberfläche des Pads verunreinigt, was schließlich zu schlechten Lötstellen oder Lotkugeln führt, die durch die falsche Abstimmung zwischen der Lötmaske und dem Pad verursacht werden.
Lösung: Beim Design der Lötmaskenschicht sollte der Leiterplattendesigner die Spezifikationen für das Lötmaskendesign strikt einhalten, um den Abstand oder Luftspalt um die Pad-Merkmale zu minimieren.
Lötschrumpfung
Zu viele SMDs auf der Leiterplatte und ein unangemessenes Leiterplattendesign führen dazu, dass sich benachbarte SMDs einen gemeinsamen Draht teilen, was zu Spannungen führt, wenn das Lot durch Hitze geschrumpft wird, um die SMDs zu verschieben oder zu brechen.
Lösung: Rechtzeitige Kommunikation mit PCB-Montage Dienstleister zu Fragen des Komponenten- und Platinen-Designs und der angemessenen Installation von Komponenten.
Wichtiger Hinweis beim Aufbringen der Lötstoppmaske
Beim Entwerfen und Auftragen einer Lötmaske muss sichergestellt werden, dass Gruppen von Kontaktpads (z.B. unter den Leitungen von Mikroschaltungen) von anderen leitenden Elementen der Leiterplatte - Durchkontaktierungen, Kontaktpads, Leiterbahnen - isoliert sind.
Diese Isolierung verringert den Zeitaufwand und die Mühsal des Lötprozesses. Tatsache ist, dass sich bei der Montage von Komponenten auf einer Leiterplatte zwischen benachbarten Kontaktflächen (wenn sie nicht isoliert sind) dünnste Lötbrücken bilden können.
Und es kostet mehr Zeit, sie zu finden und zu beseitigen. Wenn aus dem einen oder anderen Grund ein solcher Jumper nicht erkannt wird, kommt es zu einem Kurzschluss auf der Leiterplatte. Dies kann zu einem fehlerhaften Betrieb des Geräts oder sogar zu einem Ausfall der Elemente führen.
Außerdem sollte die Lötmaske die Oberfläche von Leiterplatten vor den Auswirkungen aggressiver technologischer Umgebungen während des Auftragens einiger Lötschichten durch chemische und chemisch-technologische Methoden schützen.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Lötmaske die Platine unter den rauen Betriebsbedingungen der Platine nicht vor Feuchtigkeit schützt (da sie recht hygroskopisch ist). Für den Schutz vor Feuchtigkeit werden spezielle organische Beschichtungen verwendet, die in der Fachliteratur manchmal als konform bezeichnet werden.
Aber wissen Sie auch, welche der verschiedenen Arten von Lötmasken für Leiterplatten Sie verwenden sollten? Ja, es gibt verschiedene Arten mit unterschiedlichen Anwendungen. Schauen wir uns das mal an.
4 Arten von PCB-Lötstoppmasken
Lötmasken gibt es in einer Vielzahl von Materialien und von verschiedenen Herstellern. Die Anwendung bestimmt, wie und welche Lötmaske verwendet werden soll.
Obere und untere Seitenmasken
Lötmasken auf der Ober- und Unterseite werden von Elektronikingenieuren häufig verwendet, um Probleme in der grünen Lötmaskenschicht zu erkennen. Diese PCB-Schicht wird mit Hilfe von Folien oder Epoxidharz aufgetragen. Anschließend werden die Pins der Komponenten mit Hilfe der Öffnungen, die die Masken für sie vorgesehen haben, auf die Platine gelötet.
Das Leiterbahnmuster auf der Oberseite einer Platine wird als Top Traces bezeichnet. Wie die Oberseitenmaske wird auch die Unterseitenmaske für die gegenüberliegende Seite der Platine verwendet.
Epoxidflüssige Lötmasken
Epoxid ist ein Polymer, das als billigere Alternative für eine flüssige Lötmaske verwendet werden kann. Dies ist eine Drucktechnik, die Siebdruck genannt wird und bei der ein gewebtes Netz zur Unterstützung der tintenblockierenden Designs verwendet wird. Das Gewebe ermöglicht es, leere Stellen zu finden, auf die Tinte übertragen werden kann.
Flüssige fotoabbildbare Lötmasken - LPI/LPISM
Mit der Entwicklung der Nachfrage ist die Lötmaskenschicht auf Leiterplatten nicht mehr einfarbig dunkelgrün, und die Hersteller führen bunte (rot, blau, lila, schwarz, rosa) LPI-Masken ein.
Die flüssige Lötstoppmaske, auch LPI oder LPISM genannt, ist ein relativ kostengünstiges Produkt unter den vier Lötstoppmasken-Leiterplattenschichten und wird aus einer Vielzahl von Zusammensetzungen hergestellt (UV-härtbare Harze, UV-reaktive Acrylmonomere, Epoxidharze, Photopolymerisationsinitiatoren). Aufgrund der Instabilität der Mischung, die zu einer Verschlechterung führen kann, wenn sie nach dem Anmischen längere Zeit nicht verwendet wird, beginnen die Hersteller oft erst kurz vor der Herstellung von LPOs mit dem Mischen.
Wenn Sie vor der Wahl eines geeigneten Lötstopplacks stehen und eine komplexe Oberfläche für die Leiterplatte haben, empfiehlt es sich, dieses LPISM zu wählen, das für Sprüh-, Vorhangbeschichtungs- oder Siebdruckanwendungen hergestellt wurde, da es sich besser an Kupferbahnen und Laminate anpassen kann. So lässt sich eine dünne Schicht gewinnen, die auf der Oberfläche des Zielbereichs haftet.
Masken erfüllen in der Regel den ursprünglichen Zweck einer Lötmaske, indem sie Bereiche der Leiterplatte beschichten, die keine der verschiedenen heute verfügbaren Endbeschichtungen benötigen.
Die Empfindlichkeit der LPI-Lötstopptinte gegenüber ultravioletter Strahlung wird von keiner anderen Tinte übertroffen. Die Maske muss über der Platte getragen werden. Nach einem kurzen "Tack-Curing-Zyklus" wird die Platine dann mit UV-Licht durch Photolithographie oder einen UV-Laser bestrahlt. Beachten Sie, dass bei diesem Schritt eine saubere Umgebung gewährleistet sein muss und dass vor dem Start geprüft werden muss, ob die Leiterplatte sauber ist und ob es auf der Oberfläche eine Redoxreaktion gibt. Wir können zur Reinigung der Leiterplatte Bimsstein oder Aluminiumoxidlösung verwenden.
Kontaktdrucker und Filmwerkzeuge sind zwei der beliebtesten Methoden, um die Oberfläche der Platte mit UV-Licht zu belichten. Die Emulsion wird verwendet, um die obere und untere Schicht des Films zu bedrucken, wodurch die lichtempfindlichen Teile blockiert werden. Die Produktionsplatten und die Folie werden mit Hilfe von Werkzeugen auf dem Drucker fixiert. Danach wird die Platte gleichzeitig mit einer UV-Lichtquelle bestrahlt.
Eine andere Methode nutzt die direkte Belichtung mit einem Laser. Bei dieser Methode ist jedoch kein Film oder Werkzeug erforderlich, da der Laser durch treuhänderische Markierungen auf der Kupferschablone der Platte gesteuert wird.
Trockenfilm-Lötmaske-DFSM
Die Vakuumlaminierung wird bei der Verwendung von Trockenfilm-Lötmasken verwendet. Anschließend wird der trockene Film belichtet und verarbeitet. Nachdem der Film verarbeitet wurde, wird ein Muster erstellt, indem Öffnungen angebracht werden. Danach werden die Komponenten auf die Kupferpads gelötet. Das Kupfer wird dann mit Hilfe elektrochemischer Verfahren auf die Platine geschichtet.
Sowohl auf den Leiterbahnen als auch im Inneren der Löcher wird Kupfer aufgetragen. Die Kupferschaltungen werden schließlich durch das Auftragen von Zinn geschützt. In der letzten Phase wird die Folie abgezogen, wodurch die geätzten Stellen freigelegt werden. Auch bei diesem Verfahren wird eine thermische Härtung durchgeführt.
Bei Leiterplatten mit hoher Dichte werden in der Regel Trockenfilm-Lötmasken verwendet. Es wird also nicht in die Durchgangslöcher fließen. Zu den Vorteilen der Verwendung von Trockenfilm-Lötmasken gehören unter anderem folgende.
PCB Lötmaskenprozess Richtlinien
Tatsächlich ist es so, dass unabhängig von der PCB-Design-Tools die Sie verwenden möchten, sind Lötmasken optional. Die einfache Gestaltung einer Lötmaske ist möglich, indem Sie ein paar Parameter ausfüllen. Manche Software kann sogar automatisch Lötmasken erstellen.
Bevor Sie mit dem eigentlichen Design beginnen, sollten Sie unbedingt mit dem beauftragten Leiterplattenhersteller sprechen, um seine Möglichkeiten in Bezug auf die Dicke der Lötstoppmaske und den minimalen Abstand zwischen den Kupferpads genau zu beurteilen, denn beides sind keine universellen Lösungen für alle Leiterplatten.
Einfache Probleme mit der Lötmaske, wie z.B. unzureichende oder zu große Öffnungen oder ein Ungleichgewicht zwischen der Anzahl der Öffnungen und der Anzahl der Kupferpads in der Schaltungsebene, können zum Ausfall einer Leiterplatte führen.
Es dauert eine Weile, bis sich herausstellt, ob diese Probleme auf Fahrlässigkeit oder eine Änderung der Designdatei zurückzuführen sind. Und manche lösen sogar Katastrophen aus. Ihre Designdateien sind daher eine sorgfältige Prüfung wert.
Richtlinien für das Design von Lötmasken
Über Kappenöl
Von Via-Cover-Öl spricht man, wenn die Vias der Leiterplatte von der Lötmaske bedeckt sind, so dass die Vias nicht freigelegt werden können. Im Gegensatz zum Füllen wird beim Via-Cap-Öl nur der Ringumfang von der Lötmaske bedeckt. Wenn die Durchkontaktierung vollständig bedeckt ist, nennt man das Füllen oder Stopfen.
Via-Cap-Öl ist derzeit das Lötmaskenverfahren, das von chinesischen PCB-Herstellern zum Schutz von Leiterplatten verwendet wird. Normalerweise wird es zum Füllen mit Epoxidharz oder zum Stopfen der Maske verwendet, da es PCB-Herstellung Auswirkungen auf die Kosten. Unter den Methoden des Via Bumping ist das LPISM Bumping die kostengünstigste.
Lötmaske Damm
Lötstopp bezieht sich auf den Abstand zwischen den Lötstoppmasken, der dazu dient, einen ausreichenden Abstand zwischen den Lötflächen zu gewährleisten, um die Bildung von Lötbrücken zu verhindern. Normalerweise beträgt der Lötstoppabstand die halbe Breite des Leiterabstandes. Diese Regel kann gelockert werden, wenn feine Leitermuster unter 100µm verwendet werden.
Öffnung der Lötmaske
Um die Schaltung während des Lotpastendrucks dem Zinnmaterial auszusetzen, wird die äußere Schicht der Leiterplatte ohne Lötmaskenschicht, d.h. mit einer Lötmaskenöffnung, versehen. Diese Öffnung muss genau sein, sonst wird das Kupfer freigelegt, das nicht mit Lötpaste bedruckt werden muss, was zu PCB-KurzschlussKorrosion oder sogar Schäden an der Leitung.
Abdeckung oder Erweiterung der Lötmaske
PCB-Designsoftware kann den Abstand zwischen den Oberflächeneigenschaften der Leiterplatte und der Lötstoppmaske schnell entwerfen. Wir nennen diese Spezifikation Lötmaskenerweiterung, die positiv, negativ oder Null sein kann.
- Verlängerung der Lötmaske nach vorne: Wenn zwischen dem Ende der Lötmaske und dem unbedeckten Außenumfang des Pads ein Abstand besteht, spricht man von einer positiven Lötmaskenschwellung.
- Null Lötstoppmaske Erweiterung: Der Wert ist Null, wenn kein Abstand oder keine Lücke zwischen der Lötmaske und dem Pad vorhanden ist.
- Negativer Lötwiderstand Verlängerung: Er ist negativ, wenn die Lötmaske einen Bereich des Pads überlappt.
Trockene oder flüssige Lötmaske?
Das Hauptkriterium für die Auswahl einer Lötmaske ist die Überlappung der Löcher.
Löcher färben Ziele:
- Isolierung während der Installation, um den Kontakt mit dem leitenden Muster bei aufklappbaren Komponenten zu verhindern, die leitende (metallische) Oberflächen haben.
- Schutz der Kupfersäule der Durchkontaktierung vor den Auswirkungen aggressiver technologischer Umgebungen (Beizlösungen, Waschflüssigkeiten, Flussmittel, usw.), wenn sie nicht durch Endbeschichtungen geschützt ist.
Vorteile von Liquid Solder Mask:
- Billigkeit des technologischen Prozesses aufgrund des geringen spezifischen Materialverbrauchs in Verbindung mit der Möglichkeit, dünne Schutzschichten von ≈30 µm zu bilden (sogar auf einem relativ hohen Relief bis zu 70 µm);
- Vergleichsweise höhere Haftung als ein trockener Lötstopplack, da das Material in flüssigem Zustand aufgetragen wird;
- Die Möglichkeit, Jumper mit einer Breite von bis zu 0,15 mm oder weniger zu bilden;
- Beständigkeit nach der Endpolymerisation gegen heiße und konzentrierte alkalische Lösungen (vor allem gegen Lösungen aus dem Tauchvergoldungsprozess in allen seinen Phasen).
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