О плёночной паяльной маске…
Добрый день, уважаемые читатели. Сегодня мы поговорим с вами о применении одной из разновидностей фотополимерных материалов - паяльных масках.
Итак, чуть ранее мы рассказывали вам что такое фотополимерные материалы, а так же об одном из примеров практического применения таких материалов - плёночных фоторезистах. Сегодня мы продолжим данный разговор и поговорим о паяльных масках.
Итак, паяльная защитная маска печатной платы (сокр. паяльная маска) — термостойкое покрытие, наносимое избирательно для защиты отдельных участков печатной платы в процессе пайки.
Несмотря на указанное определение реальное назначение паяльной маски несколько шире. Кроме защиты участков печатной платы во время пайки паяльная маска дополнительно защищает проводящий рисунок и основание печатной платы от воздействия факторов окружающей среды (сырости, корродирующих веществ, плесневых грибков и пр.), случайного короткого замыкания, а так же обеспечивает более эстетически приятный внешний вид.
По типу агрегатного состояния паяльные маски (аналогично фоторезистам) можно разделить на следующие категории:
- жидкие (в т.ч. наносимые в виде аэрозоля);
- пленочные (сухие).
В данной статье мы поговорим о плёночной паяльной маске
По количеству компонентов можно выделить:
- однокомпонентную паяльную маску (хотя не всё что выдаётся за однокомпонентную паяльную маску в реальности является таковой — очень часто это УФ-отверждаемый лак для ремонта печатных плат, а не паяльная маска в классическом её понимании);
- двухкомпонентную паяльную маску.
По способу отверждения паяльной маски можно выделить:
- термического отверждения (требующие дубления);
- ультрафиолетового отверждения (фотоформируемые);
- комбинированного отверждения.
Для проведения экспериментов, изготовления опытных образцов, а так же плат для некоторых своих проектов я использовал паяльную маску Dynamask серии 5000. Данная паяльная маска выпускается 3 типов в зависимости от толщины фотополимера: D5016 с толщиной фотополимера 40 микрон, D5030 с толщиной фотополимера 75 микрон и D5040 с толщиной фотополимера 100 микрон. У меня оказалась в наличии как раз последняя — D5040.
Сама по себе паяльная маска состоит из трёх слоёв – среднего, с нанесённым фоточувствительным материалом и двух крайних – защитных (см. фото ниже). При этом защитные слои отличаются типом защитной плёнки – тот слой, что находится с внутренней стороны рулона матовый и мягкий (самый левый на фото), а тот, что с наружной стороны – глянцевый и жёсткий (самый правый на фото).
Сам процесс наклеивания паяльной маски достаточно сильно похож на процесс нанесения плёночного фоторезиста.
Фактически нам необходимо отрезать кусок паяльной маски немного больше, чем размер нашей печатной платы (заготовки). Далее аккуратно отклеивается матовая защитная плёнка с одного из краёв отрезанного куска (матовая защитная плёнка находится на внутренней стороне рулона).
После этого край паяльной маски прижимается к заготовке с небольшим напуском и тщательно проглаживается. Постепенно отделяя защитную плёнку производится наклеивание маски на всю поверхность заготовки. При этом подготовленной поверхности заготовки нельзя касаться руками — что бы не оставить потожировых отпечатков.
Для более качественной адгезии паяльной маски к поверхности заготовки необходимо заготовку пропустить через ламинатор 2-4 раза с температурой 70-80 градусов Цельсия (при этом температура платы будет 60-70 градусов Цельсия, что является оптимальным диапазоном для данной паяльной маски).
Более качественно нанести паяльную маску можно непосредственно с использованием ламинатора без предварительного полного наклеивания на заготовку. В этом случае необходимо наклеить на плату только самый край паяльной маски с небольшим припуском, а дальше поместить плату в заранее разогретый ламинатор. По мере прохождения платы через ламинатор производится дальнейшее отклеивание защитной плёнки.
В этом случае паяльная маска и печатная плата соприкасаются только непосредственно на валах ламинатора. При таком наклеивании результат получается ощутимо лучше т.к. из-за более высокой толщины (по сравнению с плёночным фоторезистом) наклеить чисто вручную без мелких пузырей маску значительно сложнее. По этой же причине (из-за более высокой толщины) процесс наклеивания с помощью ламинатора достаточно прост.
После первого прохода через ламинатор необходимо обрезать все выступающие излишки паяльной маски по контуру платы и пропустить плату через ламинатор ещё 2-3 раза.
На видео ниже данный процесс (наклеивание паяльной маски) показан наглядно.
Итоговый результат наклеивания паяльной маски показан в подборке фото ниже.
После наклеивания паяльной маски необходимо провести экспонирование через фотошаблон (пример фотошаблона мы приводили в статье о фоторезисте).
Согласно описанию фотополимер данной паяльной маски является негативным т.е. те области, которые будут проэкспонированы полимеризуются и становятся нерастворимыми в проявителе. Исходя из этого фотошаблон необходимо выполнять в позитиве т.к. нам необходимо защитить от полимеризации участки паяльной маски, находящиеся поверх контактных площадок.
Экспонирование производится полностью аналогично плёночному фоторезисту.
Тут следует заметить, что проэкспонированная через фотошаблон паяльная маска выглядит точно так же, как и до экспонирования т.е. не будет никаких отличий в цвете и/или яркости экспонированных и не экспонированных областей (как это было в примере с фоторезистом — там экспонированные и не экспонированные области отличались по цвету и яркости). Эту особенность необходимо учитывать, если изготавливается более 1 заготовки за раз (во избежание их перемешивания).
После экспонирования необходимо убрать заготовку в тёмное место и подождать 10-15 минут для полного окончания полимеризации фотополимера. Теперь можно переходить к проявлению.
Для проявления необходимо снять верхнюю защитную плёнку с засвеченной заготовки и поместить заготовку в 1-2% раствор кальцинированной соды (не выливайте его после проявления фоторезиста).
Далее необходимо мягкой кистью (либо руками в перчатках) оперативно и аккуратно смывать остатки не засвеченной паяльной маски в растворе до полного её удаления. Кстати говоря, не засвеченные участки после помещения в раствор кальцинированной соды, поменяют цвет (см. подборку фото ниже).
После этого плата аккуратно обильно промывается водой до полного удаления остатков кальцинированной соды, и сушится потоком тёплого воздуха без фанатизма.
В реальном времени начало процесса проявления показано на видео ниже.
После проявления и подсушивания заготовки необходимо провести окончательное ламинирование паяльной маски для обеспечения хорошей адгезии на границе экспонированной и не экспонированной областей. Для этого необходимо взять заготовку, поместить поверх маски ранее снятую защитную плёнку (вы же её ещё не выкинули?), перевернуть полученный бутерброд на лист бумаги вверх ногами, подогнуть край и пропустить через ламинатор с той же рабочей температурой ещё 2-3 раза (делать это необходимо аккуратно т.к. паяльная маска без защитной пленки относительно мягкая и её легко повредить). Готовый бутерброд перед окончательным ламинированием показан в подборке фото ниже.
Процесс окончательного ламинирования в реальном времени выглядит вот так.
После окончательного ламинирования необходимо провести финишное экспонирование, аналогично фоторезисту. Для этого платы вновь помещают под источник УФ-излучения и экспонируют без трафарета и покровного стекла время, превышающее оптимальное время экспонирования через фотошаблон в 2-3 раза. По окончанию экспонирования выжидают 10-15 минут для окончания полимеризации фотополимера. На этом первый этап нанесения паяльной маски можно считать оконченным.
В подборке фото ниже представлены печатные платы после первого этапа нанесения паяльной маски.
Переходим ко второму этапу.
На втором этапе необходимо провести термодубление (термоотверждение) паяльной маски т.е. выдержать заготовки при температуре 120-130 градусов Цельсия в течение часа.
Сделать это можно в духовке с установленным термодатчиком. Причем если платы помещаются в холодную духовку, то температуру сразу можно выставить максимально-необходимую. Если же заготовки помещаются в уже разогретую духовку, то первоначально лучше выставить температуру равную 60-70 градусам Цельсия, выдержать заготовки при данной температуре 10-15 минут, а затем выставить необходимую максимальную температуру и выждать оставшийся промежуток времени (40-50 минут).
После завершения дубления необходимо выключить нагрев и не открывая духовки дождаться её остывания до температуры хотя бы 50-60 градусов Цельсия (лучше до комнатной). После остывания можно вытащить платы и провести все необходимые слесарные работы (механообработку) — нарезку групповой заготовки на отдельные платы, сверление отверстий, обработку краёв и пр. (если это не было сделано ранее).
В зависимости от количества и размера изготавливаемых печатных плат иногда я провожу механообработку до нанесения паяльной маски, а иногда после. Пример механообработки до нанесения паяльной маски показан на видео ниже.
Образцы полностью готовых печатных плат показаны в подборке фото ниже.
А на этом на сегодня всё. Спасибо что дочитали до конца!