Maska lutownicza

Czym jest maska lutownicza?

Maska lutownicza (nazywana również maską lutowniczą) to cienka warstwa materiału polimerowego nanoszona na powierzchnię płytki drukowanej (PCB). Jej główną funkcją jest ochrona ścieżek miedzianych oraz zapobieganie przedostawaniu się lutu w obszary, gdzie nie jest wymagane lutowanie podczas procesu montażu. Aby lutowanie było bardziej precyzyjne, cała płytka drukowana, z wyjątkiem obszarów lutownych, pokryta jest maską lutowniczą.

Maska lutownicza jest nanoszona na obie strony płytki PCB. Głównym składnikiem masy lutowniczej jest żywica, ponieważ charakteryzuje się dobrą odpornością na wilgoć i wysoką temperaturę oraz jest nieprzewodząca. Początkowo większość płytek PCB wykorzystywało zieloną maskę lutowniczą, dlatego często nazywa się ją „zielonym olejem”. Jednak maska lutownicza dostępna jest również w wielu kolorach, takich jak zielony, biały, żółty, czerwony, niebieski, czarny itp. Wybór konkretnego koloru zależy od różnych potrzeb klientów.

Funkcja warstwy lutowniczej

Warstwa lutownicza na PCB spełnia następujące funkcje:

• Zapobiega utlenianiu warstwy miedzi;
  
• Zapobiega zwarciom spowodowanym przez mostki podczas lutowania;
  
• Zapobiega uszkodzeniom mechanicznym ścieżek przewodzących;
  
• Warstwa lutownicza posiada wysokie właściwości izolacyjne, co umożliwia projektowanie PCB o dużej gęstości.
  
• Zapobiega zwarciom między przewodami a złączami lutowanymi podczas lutowania w piecu, lutowania fala oraz lutowania ręcznego;

Rodzaje warstwy lutowniczej

Istnieje kilka typów warstwy lutowniczej na płytce PCB. Niezależnie od rodzaju, po wyznaczeniu wzoru konieczne jest jej utwardzenie termiczne. P powszechnych typów warstwy lutowniczej są następujące:

• Warstwa fotosensytywna typu suchego:

  DFSM jest przyłączany próżniowo do płytki PCB, a następnie naświetlany i rozwijany.
  

• Żywica epoksydowa ciekła:

  W zależności od wymagań aplikacyjnych, maska lutownicza może być wykonana z różnych materiałów. Najniższym kosztowo rozwiązaniem jest typ z żywicy epoksydowej ciekłej, która nadrukuje wzór masek lutowniczych na płytce PCB metodą sitodruku.
  

• Ciekła światłoczuła maska lutownicza:

  LPSM może być nanoszona metodą sitodruku lub natryskowo na płytkę PCB, a następnie naświetlana i rozwijana w celu utworzenia otworów, dzięki którym elementy mogą być przylutowane do padów miedzianych.

Maska lutownicza kontra szablon

Maska lutownicza to kluczowy proces w produkcji płytek PCB. W kolorze powierzchniowy warstwa na PCB to maska lutownicza. Maska lutownicza jest "negatywnym wyjściem", dlatego gdy wzór masek lutowniczych zostanie naniesiony na płytkę, miedź pozostaje odsłonięta w miejscach wzoru, zamiast być pokryta farbą do masek lutowniczych.

Warstwa siatki stalowej jest w rzeczywistości szablonem do pakowania elementów SMD, odpowiadającym polom elementów SMD. Można ją bezpośrednio rozumieć jako matrycę stalową zaprojektowaną i wykonaną zgodnie z warstwą siatki stalowej. W procesie montażu SMT siatka stalowa jest zazwyczaj używana do wykonywania otworów w odpowiednich miejscach pól płyty PCB, a następnie na siatkę nanosi się pasta lutownicza. Gdy płyta PCB zostaje umieszczona pod siatką stalową, pasta lutownicza przesącza się przez otwory i równomiernie pokrywa pola. Dlatego otwory w warstwie siatki stalowej nie powinny być większe niż rzeczywiste rozmiary pól, a najlepiej, gdy są nieco mniejsze lub równe wielkości pól.

Główne różnice między warstwą utwardzającą (solder mask) a warstwą siatki stalowej są następujące:

Ograniczenie warstwy

Zazwyczaj potrafimy produkować jedynie podłoża aluminiowe jednowarstwowe i dwuwarstwowe. Z powodu ograniczeń procesu produkcyjnego, podłoża aluminiowe wielowarstwowe są trudne do wykonania, dlatego nie mogą spełnić wymagań złożonych projektów wielowarstwowych.

Zła elastyczność

Materiały aluminiowe mają dużą sztywność i niską miękkość, nie są tak elastyczne jak podłoża poliimidowe czy poliestrowe. Dlatego nie nadają się do zastosowań wymagających wielokrotnego zginania.

Niezgodne współczynniki rozszerzalności cieplnej

Współczynnik rozszerzalności cieplnej podłoży aluminiowych jest stosunkowo wysoki, co różni się od niektórych komponentów i materiałów lutowniczych. Niedopasowanie współczynników rozszerzalności cieplnej obu materiałów może łatwo prowadzić do uszkodzenia złączy lutowniczych lub odwarstwienia, wpływając na ogólną niezawodność.

Podłoża aluminiowe wymagają dodatkowych operacji technologicznych

W porównaniu z podłożami zwykłymi, metalowe właściwości podłoży aluminiowych wymagają więcej czasu na rozważenie w trakcie produkcji i montażu, co zwiększy złożoność procesu i koszt.

Wysoki koszt

Chociaż podłoża aluminiowe mają istotne zalety w zakresie zarządzania ciepłem, w porównaniu z tradycyjnymi materiałami FR4, płytki drukowane aluminiowe mają wyższy koszt materiału, specjalne procesy produkcyjne i wymagania dotyczące obróbki powierzchni, dlatego ogólny koszt produkcji wzrasta.

Zastosowanie płytek drukowanych aluminiowych

• Otwory na warstwie maski lutowniczej są wolne od farby do masek lutowniczych, podczas gdy otwory na warstwie sitka stalowego służą do nanoszenia pasty lutowniczej;
  
• Warstwa masy lutowniczej służy do nanoszenia farby do masek lutowniczych, podczas gdy warstwa sitka stalowego służy do nanoszenia pasty lutowniczej;
  
• Warstwa masy lutowniczej należy do etapu produkcji PCB, podczas gdy warstwa sitka stalowego należy do etapu montażu PCB;
  
• Warstwa maski lutowniczej ma różne kolory do wyboru, podczas gdy warstwa siatki stalowej jest zazwyczaj szara.
  
• Warstwa maski lutowniczej jest częścią płytki drukowanej (PCB), podczas gdy warstwa siatki stalowej nie jest jej częścią – jest jedynie szablonem używanym do lutowania;