Diretrizes abrangentes para máscara de solda PCB em 2024

No domínio do fabrico eletrónico, a produção de placas de circuitos impressos (PCB) envolve processos complexos e inspecções meticulosas. As placas de circuito impresso são compostas por componentes essenciais, como a máscara de solda, a camada de serigrafia, a cablagem e o núcleo, sendo que cada etapa de fabrico exige precisão e um exame minucioso. À medida que a indústria eletrónica avança, a procura de placas de circuitos em termos de fiabilidade e de alta densidade continua a aumentar. Para satisfazer estas necessidades em evolução, os fabricantes esforçam-se por otimizar a tecnologia de interligação de alta densidade (HDI) e a tecnologia de máscara de soldadura. Neste artigo perspicaz, a FS Technology lança luz sobre o papel crítico da Máscaras de solda para PCB.

O que é a máscara de soldadura?

A camada de máscara de solda, também conhecida como camada de janela ou camada de óleo verdedesempenha um papel fundamental na Processo de fabrico de PCB. Serve como uma camada protetora que cobre áreas específicas da placa de circuitos, permitindo uma modelação precisa durante os processos subsequentes de acabamento e soldadura. Ao utilizar uma técnica de produção de película negativa, a máscara de soldadura é concebida para revelar a pele de cobre exposta, deixando intactas as áreas designadas como não sendo de óleo verde.

O resultado negativo da camada de máscara de solda da placa de circuito impresso implica uma inversão completa da situação real. As áreas marcadas para aplicação de óleo verde durante a fase de conceção são, de facto, regiões de óleo não verde conhecidas como aberturas de janelas. Assim, a camada de máscara de solda serve o objetivo crítico de criar janelas dentro da superfície global de óleo verde, permitindo a soldadura adequada dos componentes de óleo não verde.

 

Como o substrato da placa de circuito impresso é composto por fibra de vidro e resina epóxi, não possui a resistência ao calor necessária para processos como nivelamento de solda por ar quente (HASL) e soldadura de montagem em superfície. Sem uma camada de máscara de solda, a exposição prolongada a temperaturas elevadas pode levar à degradação da superfície do material dielétrico. Por conseguinte, a camada de máscara de solda actua como uma barreira protetora, protegendo o circuito de potenciais danos causados pela exposição prolongada a temperaturas elevadas durante estes processos de fabrico.

Camada de máscara de solda VS. Camada de fluxo de solda

Vamos examinar uma placa de circuito impresso de duas camadas como um exemplo ilustrativo. Uma configuração básica de PCB de duas camadas consiste em duas placas de ensaio (superior e inferior) que formam o núcleo, uma camada de pré-impregnado no meio e duas camadas de máscara de solda (superior e inferior) juntamente com duas camadas de serigrafia (superior e inferior). Ver o diagrama abaixo:

Estrutura interna da placa de circuito impresso de dupla camada

Durante o fabrico de PCB, toda a máscara de solda não é uniformemente revestida com óleo verde devido a factores como a soldadura e a dissipação de calor. Consequentemente, é comum referirmo-nos a estas áreas expostas como "janelas" onde o cobre é visível.

O diagrama seguinte fornece uma representação visual:

Pormenores da camada de soldadura do PCB

A camada de soldadura, também conhecida como máscara de pasta, refere-se à camada específica da placa de circuito impresso que permanece sem revestimento de óleo verde. Na sua essência, refere-se à Estêncil para PCB utilizada no processo de fabrico. Muitos engenheiros consideram-na sinónimo da camada superior, alinhando-se com os dados apresentados na camada superior. Ao examinar cuidadosamente o diagrama estrutural da placa de circuito impresso de camada dupla acima, notará a ausência de uma camada de soldadura dedicada na estrutura do circuito. O objetivo da camada de solda é diferente do da camada de máscara de solda. A sua existência não se destina principalmente a fins de soldadura, mas sim a facilitar Montagem SMT. Durante o Fluxo do processo SMTA aplicação precisa da pasta de solda nas almofadas é conseguida através da distribuição exacta da pasta através das aberturas do estêncil, daí o termo "camada superior de estanho" para a camada de solda.

A imagem seguinte mostra a camada de soldadura (máscara de pasta):

Camada de fluxo de PCB

Embora tanto a máscara de pasta como a máscara de solda estejam envolvidas nos processos de estanhagem, existem distinções fundamentais entre elas. Em termos de funcionalidade da placa de circuito interno, a camada de PCB com máscara de solda serve o duplo objetivo de evitar a névoa salina e a humidade, para além de permitir a soldadura. Por outro lado, a máscara de pasta centra-se principalmente na produção de stencil SMT, especificamente para a montagem de pacotes de montagem em superfície. Normalmente, a camada de máscara de solda é aplicada uniformemente com óleo verde, deixando áreas sem a camada de máscara de solda expostas. Por outro lado, a máscara em pasta é utilizada para a conceção de stencils, com o objetivo específico de facilitar a colocação de componentes, particularmente em montagem de PCB de alto volume cenários.

Influência da máscara de solda no PCBA

Dificuldade de soldadura SMT

A soldadura SMT apresenta várias dificuldades, nomeadamente quando se trata de Componentes SMD com um pequeno espaçamento entre pinos. Uma conceção inadequada do espaçamento mínimo entre máscaras de soldadura pode ter um impacto significativo no processo de montagem, conduzindo a um aumento das taxas de danos na fábrica e a custos de montagem mais elevados para os clientes.

Solução: Para atenuar estes desafios, é crucial otimizar o processo de embalagem dos componentes com base nas capacidades reais e nos processos PCBA das instalações de fabrico. Isto implica a realização de uma análise exaustiva dos documentos de conceção do cliente e o reforço do departamento de conceção interno da empresa.

Controlo da espessura da máscara de solda

O controlo preciso da espessura da máscara de soldadura é um aspeto crítico da fabrico de PCB. Uma espessura insuficiente da máscara de solda pode resultar em fugas de cobre nos traços de linha e em problemas de falsa soldadura do CI. Por outro lado, uma camada de máscara de solda excessivamente espessa pode levar a pontes de suspensão e circuitos abertos durante soldadura por reflow.

Solução: Para resolver este problema, é essencial gerir cuidadosamente a espessura da máscara de solda. Esta deve ser mais fina do que a espessura da almofada de folha de cobre, com uma espessura de máscara de solda de, pelo menos, 10 µm em posições de canto acentuado na placa de circuitos. Além disso, a espessura da máscara de solda nos traços e na folha de cobre deve ser mantida abaixo de 35 µm.

Processamento de máscaras de solda e alinhamento de almofadas

Durante a impressão de pasta de solda em instalações de montagem SMT não padronizadas, pode ocorrer contaminação na superfície da almofada, resultando em juntas de solda pobres ou bolas de solda. Estes problemas resultam do alinhamento incorreto da máscara de solda e da almofada.

Solução: Ao conceber a máscara de solda, é necessário respeitar rigorosamente Directrizes de conceção de PCB é vital. O designer deve procurar minimizar o espaçamento ou as folgas de ar em torno das características da almofada para garantir uma impressão óptima da pasta de solda e evitar a contaminação.

Contração da solda

Em situações em que existe um número excessivo de SMD na placa de circuito impresso, juntamente com uma conceção imprudente da placa, os SMD adjacentes podem partilhar um fio comum. Isto pode causar tensão durante a retração da solda devido ao calor, levando à deslocação ou quebra dos componentes.

Solução: Comunicação efectiva com o Serviço de montagem de PCB é essencial para resolver os problemas de conceção dos componentes e das placas. Através da colaboração, os problemas podem ser resolvidos através da implementação de práticas razoáveis de instalação de componentes e da garantia de que são tidas em conta as considerações de conceção adequadas.

4 tipos de máscara de solda para PCB

Máscaras laterais superior e inferior

As máscaras de soldadura do lado superior e do lado inferior são normalmente utilizadas pelos engenheiros electrónicos para identificar problemas na camada de máscara de soldadura verde. Estas Camadas PCB são aplicadas utilizando métodos de película ou epóxi. Os pinos dos componentes são depois soldados na placa através das aberturas registadas pelas máscaras.

A máscara do lado superior corresponde ao padrão de traço condutor no lado superior da placa, enquanto a máscara do lado inferior é utilizada para o lado oposto da placa.

Máscaras de solda líquida epóxi

As máscaras de solda líquida epóxi oferecem uma opção económica para projectos de PCB. Esta técnica, conhecida como serigrafia, utiliza uma malha tecida para suportar desenhos de bloqueio de tinta. A malha permite identificar as áreas onde a tinta pode ser transferida.

Máscaras de solda fotoimageáveis líquidas (LPI/LPISM)

A máscara de soldadura por fotoimagem líquida (LPI ou LPISM) é um material de máscara de soldadura líquida que é aplicado à superfície da placa de circuitos e submetido a um processo de cura. Este material avançado de máscara de soldadura permite uma aplicação precisa da solda e assegura ligações eléctricas precisas, deixando aberturas selectivas apenas nas áreas onde é necessário soldar.

Máscara de solda de película seca - DFSM

A laminação a vácuo é utilizada na aplicação de máscaras de solda de película seca em placas de circuito impresso. Após o processo de laminação, a película seca é exposta e submetida a um processamento subsequente. As aberturas estão estrategicamente localizadas para criar um padrão depois de a película ter sido processada. Posteriormente, os componentes são soldados às almofadas de cobre. O processamento eletroquímico é utilizado para depositar camadas de cobre na placa.

O cobre é colocado em camadas tanto nas áreas de traço como no interior dos orifícios, formando o circuito desejado. Para proteger os circuitos de cobre, é aplicada uma camada de estanho. Na fase final, a película é removida, revelando as marcas gravadas. A cura térmica também é empregue para garantir uma adesão e estabilidade adequadas.

As máscaras de solda de película seca são normalmente utilizadas em placas de fios de alta densidade devido às suas propriedades vantajosas. Evitam que a máscara de solda se infiltre nos orifícios de passagem, assegurando uma formação precisa do circuito.

Directrizes do processo SolderMask

Directrizes de conceção

Na prática, a utilização de máscaras de soldadura nos projectos é uma escolha discricionária. Os projectistas podem facilmente incorporar uma máscara de soldadura especificando alguns parâmetros e algumas ferramentas de software oferecem mesmo capacidades de geração automática de máscaras de soldadura.

No entanto, é crucial iniciar uma discussão aprofundada com o fabricante de PCB escolhido antes de começar o processo de conceção. Isto garante uma compreensão abrangente das suas capacidades específicas relativamente à espessura da máscara de solda e ao espaçamento mínimo entre almofadas de cobre, uma vez que estas considerações não são universalmente aplicáveis a todas as PCB.

Negligenciar ou gerir mal questões simples relacionadas com a máscara de soldadura, tais como aberturas inadequadas ou excessivas, ou um desequilíbrio entre o número de aberturas e o número de almofadas de cobre no plano do circuito, pode resultar na falha de uma placa de circuitos.

Identificar se tais problemas resultam de negligência ou de modificações inadvertidas nos ficheiros de projeto pode exigir tempo e uma investigação cuidadosa. A não abordagem diligente destas questões pode levar a consequências catastróficas. Consequentemente, um exame meticuloso dos seus ficheiros de projeto é de extrema importância.

Via Cap Oil

O óleo de cobertura de via, também conhecido como óleo de cobertura de via, é uma técnica utilizada no fabrico de placas de circuitos em que a Vias de PCB são cobertos com uma máscara de solda para evitar que fiquem expostos. Ao contrário do enchimento da via, o óleo da tampa da via cobre apenas a circunferência do anel das vias. Quando a totalidade da via é coberta, designa-se por enchimento ou obturação.

Os fabricantes empregam habitualmente o óleo de via cap como um processo de máscara de soldadura para proteger as placas de circuitos. Este método é frequentemente utilizado em conjunto com o enchimento de epóxi ou com a obturação de máscaras, tendo em consideração a Custo de fabrico de PCB. De entre as várias técnicas de via bumping, a LPISM bumping é considerada a abordagem mais económica.

Vias de abertura criadas com soldermask
Vias de abertura criadas com soldermask

Barragem SolderMask

A barragem da máscara de soldadura, também conhecida como lacuna da máscara de soldadura, é um componente crucial na conceção de PCB. O seu principal objetivo é garantir um espaçamento adequado entre as características da superfície de solda para evitar a ocorrência de pontes de solda. Geralmente, a distância da barragem de soldadura é fixada em metade da largura do passo do condutor. No entanto, nos casos em que são utilizados padrões condutores finos inferiores a 100µm, esta regra pode ser flexibilizada para acomodar os requisitos específicos do projeto.

barreira da máscara de solda
Máscara de solda DAM

Abertura da máscara de solda

A abertura da máscara de soldadura é uma caraterística essencial na conceção da placa de circuito impresso que permite que os circuitos sejam expostos para a aplicação de pasta de soldadura durante o processo de soldadura. Normalmente, é implementada através da remoção da camada de máscara de soldadura na superfície exterior da placa de circuito impresso em áreas específicas. A precisão destas aberturas é da maior importância, uma vez que quaisquer imprecisões podem resultar na exposição involuntária de cobre que não deve ser impresso com pasta de solda. Isto pode levar a problemas como curto-circuito da placacorrosão ou danos nos traços do circuito.

Abertura da máscara de solda
Abertura da máscara de solda

Cobertura ou extensão da máscara de solda

Esta especificação, também conhecida como dilatação da máscara de solda, pode ter valores positivos, zero ou negativos.

  • Extensão positiva da máscara de solda: Quando há uma distância entre a borda da máscara de solda e o perímetro externo exposto da almofada, ela é chamada de extensão ou dilatação positiva da máscara de solda. Isto assegura que a almofada é adequadamente coberta pela máscara de solda, proporcionando proteção e evitando pontes de solda não intencionais.
  • Extensão da máscara de solda zero: Quando não existe qualquer intervalo ou espaçamento entre a máscara de solda e a almofada, considera-se que a extensão da máscara de solda é zero. Isto significa que a máscara de solda se alinha exatamente com os limites da almofada.
  • Extensão da máscara de solda negativa: Em alguns casos, a máscara de solda pode estender-se para além dos limites da almofada, sobrepondo-se a uma parte da almofada. Isto é conhecido como extensão negativa da máscara de solda. É normalmente utilizada para proporcionar uma cobertura adicional da máscara de solda em áreas onde é necessária uma maior proteção, como circuitos de alta densidade ou áreas propensas a potenciais pontes de solda.
Cobertura da máscara de solda

Notas de aplicação

Ao aplicar uma máscara de solda a uma placa de circuito impresso, é crucial garantir o isolamento adequado entre grupos de almofadas de contacto, como as localizadas sob os condutores de microcircuitos, e outros elementos condutores, como vias, almofadas de contacto e condutores.

Este isolamento serve para minimizar o tempo e o esforço necessários durante o processo de soldadura. Sem um isolamento adequado, podem formar-se minúsculas pontes de soldadura entre as almofadas de contacto adjacentes, o que leva a complicações e ao tempo adicional necessário para a deteção e eliminação. A não deteção dessas pontes de solda pode resultar em curto-circuitos, causando problemas operacionais ou até mesmo a falha do componente.

Para além de facilitar a soldadura adequada, a máscara de solda serve de camada protetora para a superfície da placa de circuito impresso. Protege a placa dos efeitos potencialmente corrosivos de revestimentos químicos agressivos aplicados durante os processos de soldadura, incluindo métodos químicos e químico-tecnológicos.

É importante notar que, embora a máscara de solda forneça alguma proteção, não protege a placa de circuito impresso da humidade em condições de funcionamento difíceis devido à sua natureza higroscópica. Para proteção contra a humidade nestes casos, são utilizados revestimentos orgânicos especializados, frequentemente designados por revestimentos isolantes na literatura técnica, são utilizados.

Seco ou líquido

A escolha entre a máscara de solda seca e a líquida depende principalmente do requisito de cobertura de orifícios, que se refere à sobreposição ou cobertura dos orifícios numa placa de circuito impresso.

Os objectivos do hole tenting são os seguintes

  • Isolamento durante a montagem para evitar o contacto entre o modelo condutor e os componentes com superfícies condutoras (metálicas).
  • Proteção da coluna de cobre das vias galvanizadas contra factores ambientais agressivos, tais como soluções de decapagem, líquidos de lavagem, fluxos, etc., em especial se as vias não estiverem protegidas por revestimentos de acabamento.
 

Vantagens da máscara de solda líquida:

  • Rentabilidade do processo de fabrico devido ao baixo consumo específico de material, permitindo a formação de camadas protectoras finas de aproximadamente 30 µm (mesmo em áreas de relevo relativamente elevado até 70 µm).
  • Adesão comparativamente mais elevada em comparação com as máscaras de soldadura secas, uma vez que o material líquido é aplicado no estado líquido.
  • Possibilidade de criar jumpers estreitos com uma largura de até 0,15 mm ou até menos.
  • Resistência a soluções alcalinas quentes e concentradas após a polimerização final, principalmente a soluções utilizadas no processo de douramento por imersão em todas as fases.

Blogue PCB básico

PCB de cerâmica de óxido de berílio (BeO)

Cerâmica de óxido de berílio (BeO) PCB As cerâmicas de óxido de berílio (BeO), vulgarmente conhecidas como cerâmicas de berílio, são um tipo de cerâmica composta predominantemente por berílio excecionalmente puro

Ler mais "