Technologie

Nepájivá maska: Vše, co potřebujete vědět

Nepájivá maska je ochranný povlak na deskách plošných spojů, který zabraňuje oxidaci. Tradiční zelený povlak, který vidíte na DPS, je nepájivá maska. Některé desky plošných spojů také používají různé barevné nepájivé masky. Materiálem nepájivé masky může být například epoxidová pryskyřice. Nepájivá maska musí být odolná také vůči používaným tavidlům a čisticím prostředkům. Pryskyřice je dobrou volbou pro pájecí masku, protože je trvanlivá, účinná proti vlhkosti a izoluje, udržuje dobrý vzhled v průběhu času a odolává vysokým teplotám. Navíc nevede elektřinu.

 Aplikace permanentní tekuté nepájivé desky

  1. Aplikace fotocitlivé nepájivé masky

Materiál masky je v podobě viskózní kapaliny nebo fólie nanesen na celou plochu DPS včetně budoucích pájecích plošek. Po částečném vysušení (vytvrzení) je fotocitlivý materiál masky osvícen přes film, vyvolán a definitivně vytvrzen. Filmová předloha je negativní, zakrývá pájecí a kontaktní plochy, které mají zůstat bez masky. Neosvícené, a tedy nevytvrzené plošky se při vyvolání vymyjí, maska je tak z nich odstraněna. Po vyvolání následuje definitivní vytvrzení, zpravidla termické.

Pracnější postup s fotocitlivou maskou dovoluje dosáhnout mnohem přesnější a jemnější obrazec než přímý tisk sítotiskem.

  1. Aplikace nepájivé masky sítotiskem

Technologicky starší je nanesení dvousložkové nepájivé masky sítotiskem a její vytvrzení teplem. Tato maska se používá méně a jen na jednostranné desky. Nanášení probíhá běžnou technikou sítotisku, po vytištění se výsledný obrazec vytvrdí termicky nebo UV zářením. Protože jde o běžný sítotiskový proces, není třeba řešit osvětlení pracoviště, ale je nutné zajistit odsávání. rozpouštědel.

 

Jaký je účel nepájivé masky?

Nepájivá maska je odolná krycí vrstva, nanesená na povrch desky plošného spoje tak, aby odkryté zůstaly pouze pájecí a kontaktní plošky. Maska plní na DPS následující funkce. Chrání desku před korozí, mechanickým poškozením a brání navlhnutí zakrytých oblastí. Zlepšuje také elektrické vlastnosti DPS, izoluje elektrický proud. Nepájivá maska byla vyvinuta především s ohledem na proces strojního pájení vlnou k zabránění zkratům můstkům a také ke snížení spotřeby pájky. Nepájivá maska musí být odolná vůči používaným tavidlům a čisticím prostředkům.

 

 

4 hlavní typy nepájivé masky

Nepájivé masky jsou z různých materiálů a aplikují se pomocí odlišných metod. Způsob a výběr nepájivé masky závisí následné aplikaci DPS.

Maska, jako ochranný povlak je nanášená na měděné stopy DPS během výroby. Každá vrstva nátěru obsahuje polymerní materiál, který chrání kvalitu a funkčnost obvodů vašeho zařízení. Nejběžnější variantou pájecí masky je aplikace epoxidového nátěru, které chrání všechny vodiče a desky plošných spojů.

Pracoviště pro nanášení fotocitlivé masky musí mít vyřešeno vhodné osvětlení, minimálně umístěním stínících fólií do svítidel.

Nepájivá maska epoxidová

Jedná se o nejlevnější a nejběžnější typ pájecí masky, který je k dispozici. Pro tisk kapalného epoxidu na desku plošných spojů je nutný sítotisk. Sítotisk má tkanou síťovinu pro blokování inkoustu. Epoxidová kapalina je termosetový polymer, který se vytvrzuje teplem. Barvivo smíchané s epoxidovou pryskyřicí vytváří požadovanou barvu.

 

Nepájivá maska LP

Tekutá foto-zobrazovatelná pájecí maska nebo LPI (=Liqud Photo Imageable) je pokročilejší typ pájecí masky, podobný těm, které výrobci polovodičů používají pro expozici fotorezistu. Výrobní operátoři mohou sítotiskem tisknout LPI nebo jej stříkat na povrch desky plošných spojů pro levnější způsob aplikace. odleptaný a očištěný tištěný spoj nanese v rovnoměrné vrstvě v tekuté podobě, přes filmy exponuje UV světlem a po vyvolání a omytí se maska vytvrdí. Epoxidová pryskyřice je nanášená  do odmaskovaných míst přes sítotiskovou šablonou s vytvořeným obrazcem. Konečný proces dokončení zahrnuje světlenou UV expozici a tepelné vytvrzení desky.

Pro přesnější aplikace používají operátoři sofistikovanější metodu. Používají fotolitografickou technologii pro specifikaci otvorů pro podložky, montážní otvory a otvory v pájecí masce.

  • Nanášení sítotiskem

Sítotisk je šablonová tisková technika, kterou lze reprodukovat jedno – i více barevné DPS  za použití sítové šablony. Princip sítotisku je velmi jednoduchý – jedná se vlastně o protlačování vazké polymerové látky propustnými místy sítotiskové šablony. Šablonou bývá velmi řídká tkanina, dnes nejčastěji z plastu či oceli. Vlastní tisková forma se vytváří mechanicky (nalepením krycí vrstvy s vyřezaným tiskovým motivem či plotrovaná) fotochemicky (kopírováním do světlocitlivé vrstvy) nebo digitálně (odpařením krycí vrstvy digitálně modulovaným laserovým paprskem; metoda CTS). Tloušťka nepájivé masky se na ploškách pohybuje v průměru 20 µm a na hranách vodičů minimálně 10 µm

  • Postřikem

DPS jsou unášeny dopravníkem pod soustavou trysek rozprašujících lak (nepájivou masku).

  • Clonováním

Dopravník posouvá desky napříč clonou tvořenou lakem (nepájivou maskou) vytékajícím ze štěrbiny.

 

Permanentní nepájivá masky DFSM (=Dry Film Solder Mask)

  • Aplikace válcováním

Podobně jako u pájecí masky LPI je nutné exponovat suchou fóliovou pájecí masku. DPS jsou protlačovány mezi vyhřívanými válci vakuového laminátoru. Válce navalují na obě strany desky současně fotocitlivou fólii odvíjenou ze zásobní cívky. Vakuum má zabránit tvorbě vzduchových bublin.  Po expozici operátoři pomocí rozpouštědla odstraní neexponované oblasti pájecí masky a exponovaný film vytvrdí aplikací tepla.

Snímatelná nepájivá maska

Je elastická ochranná vrstva nanesená přes plochy, které mají být chráněny před pájením na cínové vlně. Po zapájení se z desky snadno mechanicky odstraní. Lze ji aplikovat pouze na DPS s povrchovou úpravou HAL. Maximální průměr chráněného otvoru je 1,5 mm, okraj chráněné plochy musí být vzdálen min. 1 mm od okraje desky, vzdálenost chráněné plošky a sousední pájecí plošky musí být min. 0,4 mm. Snímatelnou masku nelze nanášet oboustranně přes jeden otvor, dále ji pak nelze použít k ochraně neprokovených otvorů.

U kusových zakázek a v případech, kdy nelze použít snímatelnou masku se používá kaptonová páska, která je plnohodnotnou alternativou k snímatelné masce.

 

Co je kaptonová páska?

Kapton patří mezi zcela polyplasty, chemicky polyimidy. Ty jsou odolné proti rozpouštědlům, olejům, kyselinám a dalším chemikáliím. Kapton také nedegraduje ultrafialovézáření ani záření alfa, beta a gamma.  Kaptonová páska je vysoce stabilní při nízkých i vysokých teplotách – dlouhodobě vydrží 180 °C, krátkodobě až 260 °C. Je proto více než vhodná k ochraně kontaktů elektronických desek během pájení na vlně a dalších vysokoteplotních aplikací v elektronice.

 

Barvy nepájivé desky

Zpočátku byla většina PCB v zelené barvě. Nyní však je možné získat různé barvy desky plošných spojů. Pokud je deska plošných spojů při integraci s koncovým produktem zcela nebo částečně obnažena, lze  získat desku plošných spojů s barvou, která doplňuje barvu koncového produktu. V některých případech horní strana bude mít jednu barvu a spodní strana bude mít jinou barvu. Zelenou barvu nemá nepájivá maska jako taková, ale ve skutečnosti je to barva oleje.

Pro nepájivé masky jsou však k dispozici různé barvy, například zelená, modrá, černá a bílá. Typ barvy závisí na různých použitích. Není to žádná norma, ale návrháři mohou využívat barevná rozlišení podle využití desky.

Například obvykle používají červenou nepájivou masku na prototypech ve fázi zavádění nového produktu. Odlišná deska plošných spojů odděluje výrobu od sériově vyráběných produktů. Černé nepájivé masky jsou často vybírány, když by desky plošných spojů měly být částečně nebo plně viditelné, aby lépe ladily k výslednému produktu. Bílá nepájivá maska je zase využitelná na DPS do LED svítidel, dříve se potýkala se žloutnutím vlivem teploty a času, dnes už existují materiály, které těmto vlastnostem odolávají.

 

Zelená

Zelená barva pro nepájivé masky je stále nejoblíbenější. Hlavním důvodem je to, že veškerá kontrola a celkově práce s DPS zelené je jednodušší. Výzkumy ukázaly, že zelená barva tolik neunavuje lidské oči a reflexně  zobrazuje měděné plošky, stopy i prázdná místa.

Obraz
PCBA

Zelená je solidní volbou, pokud jde o maskování ve výrobku. Zároveň při zpracování správně vytvrzuje, dobře drží komponenty a zobrazuje nejvyšší rozlišení potisku.

 

Červená

Červené masky jsou preferovanou volbou pro mnoho konstruktérů z oblasti oboru umělé inteligence a internetu věcí. Důvodem může být to, že červená barva vytváří silnější kontrast než jiné barvy. Může to být také proto, že červená barva podněcuje kreativitu a bývá prostě esteticky příjemnější.

Obraz
PCB červena

 

 

Modrá

Mezi modrými a zelenými nepájivými maskami existuje mnoho podobností. Více konstruktérů však volí modrou barvu, protože je na trhu neobvyklejší. Modré desky plošných spojů mohou sloužit právě jako odlišení od stávající výroby pro prototypové výrobky.

 

Obraz
modra

 

Černá nepájivá maska DPS

Obraz
černy

Černé masky tolik nepřitahují pozornost, přestože mají delší životnost a lépe chrání obvody, které si musí zachovat trvanlivost. Protože černá barva absorbuje teplo více než jiné barvy, nehrozí, že se pájka během pájení přetaví. Zároveň je černá barva méně nápadná v černém elektrozařízení.

 

 Bílá

Obraz
bílá

Bílé masky se používají jen zřídka, protože poskytují horší viditelnost průchodů a spojení. Bílé nepájivé desky po určité době zežloutnou, zejména pokud jsou vystaveny vysokým teplotám. Na druhou stranu jsou ideální pro LED systémy, protože jsou jasnější než jakákoli jiná barva.

 

Nepájivé masky v návrhu

Obecně platí, že je potřeba celou desku plošných spojů pokrýt nepájivou maskou, s výjimkou oblastí pro montáž komponent a snad i bodů, které plánujete použít jako testovací body. Přesah nepájivé masky do pájivé plošky je 0,04 mm. Pokud by tam nebyl, hrozilo by poškození DPS. A pokud chcete znát všechny technické  informace související s konstrukčními pravidly pro nepájivými masky, pak se podívejte.

Jesteś zainteresowany więcej tematem?
Połącz się z naszymi fachowcami:
Michaela Krňáková
marketing Gatema PCB