Технология изготовления пп с маской

ПОКРЫТИЯ И МАСКИ ДЛЯ ПП

Для защитных и технологических целей на поверхности ПП создаются различные покрытия и маски. Из всего разнообразия покрытий и масок рассмотрим две большие группы: покрытия для сохранения паяемости медных печатных проводников и защитные маски для диэлектрика ПП.

Введение в конструкцию ПП паяльной маски является необходимым условием, так как обычная стеклоэпоксидная основа печатных плат не обладает достаточной теплостойкостью при температурах пайки (220. 240 о С), и без паяльной маски за время, необходимое для проведения пайки (0,5. 2,5 мин) может происходить поверхностная деструкция материала диэлектрика. По методу формирования рисунка паяльные маски делятся на два типа:

· паяльные маски, рисунок которых формируется методом трафаретной печати. Как правило, это составы на эпоксидной основе, отверждаемые термически или ультрафиолетовым (УФ) излучением. При относительной дешевизне основным их недостатком является низкая разрешающая способность и необходимость использования сеткографического трафарета;

· паяльные маски, рисунок которых формируется фотолитографическим методом (фоторезистивные паяльные маски). Такой способ позволяет формировать рисунок маски любой сложности. Фоторезистивные паяльные маски в последнее время получили наибольшее распространение. Для этих целей применяются сухие и жидкие фоторезистивные материалы.

Размеры окон в маске на платах 3-го класса и более высоких классов точности должны превышать размеры контактных площадок на небольшую величину – от 0,05 до 0,1 мм. В терминах P-CAD 2001 эта величина называется Solder Mask Swell – расширение паяльной маски и задается при определении стиля контактных площадок и переходных отверстий (в местах расположения любых отверстий диаметром более 0,6 мм в маске необходимо выполнять окна, чтобы пленка маски не повисала над отверстием).

Медные печатные проводники активно окисляются на воздухе, поэтому для меди применяются различные покрытия. Для получения качественных паяных соединений металлизация на плате должна быть подготовлена соответствующим образом. Для нанесения паяемого покрытия на медную поверхность проводников печатных плат используют много способов. Два наиболее популярных из них – двойная печать фоторезиста и лужение медных проводников с выравниванием припоя горячим воздухом (hot air level – HAL, HASL). В то время как оба метода дают одинаковый конечный результат: медные проводники покрыты паяльной маской, а все паяемые поверхности – припоем, эти методы значительно отличаются своей реализацией.

При двойной печати первоначальным нанесением фоторезиста определяется рисунок электрической схемы. Впоследствии по рисунку в фоторезисте вначале осаждается медь, и затем сплав SnPb. После удаления фоторезиста получаются защищенные оловом/свинцом цепи и контактные площадки. Далее наносится второй слой фоторезиста, который защищает сплав SnPb на контактных площадках (где в дальнейшем будет производится пайка), на остальных проводниках этот сплав удаляется, чтобы создать чистую медную схему. Затем второй слой фоторезиста удаляется, оставляя чистые медные цепи и покрытые сплавом SnPb контактные площадки. Далее наносится паяльная маска, а затем сплав SnPb расплавляется (оплавляется), чтобы создать хорошо паяемые контактные площадки.

При гальваническом осаждении сплав SnPb имеет очень пористую поверхность, он склонен к захвату загрязнений, в том числе остатков фоторезиста. К тому же растворы, используемые при удалении резиста, химически реагируют с оловом и в результате изменяют состав сплава. Все эти показатели ведут к низкому выходу годных и ухудшению надежности.

Процесс изготовления ПП HASL-методом – нанесение расплавленного припоя на чистые медные контактные площадки плат, незащищенные паяльной маской, аналогичен обычному позитивному методу. Однако после травления меди с пробельных мест удаляется со всех металлизированных поверхностей также сплав SnPb и далее паяльная маска наносится на чистые медные проводники. Затем вся плата окунается в расплавленный SnPb (63:37)-припой, который наносится на все поверхности, свободные от паяльной маски (т. е. на контактные площадки). При тентинг-методе после травления рисунка операция снятия металлорезиста отсутствует. Поэтому одно из преимуществ лужения с выравниванием припоя – меньшее число шагов обработки. Другое преимущество – припой не подвергается никакой дополнительной химической обработке, которая могла бы загрязнить поверхность или изменить состав сплава. Контактные площадки после окончания этого процесса имеют отличную способность к смачиванию расплавленным припоем.

Применяются и другие варианты покрытий, обеспечивающие хорошую паяемость:

· иммерсионная, или химическая металлизация золотом, серебром, палладием (толщина слоя 0,05. 0,2 мкм). Применяется в ПП для аппаратуры ответственного назначения. Иммерсионный слой металла имеет способность самоограничения при росте и обычно очень тонкий. Ванну иммерсионной металлизации изготовить обычно значительно проще, чем ванну химической металлизации;

· органические покрытия, связанные с обработкой меди(составы на основе бензимидазола или имидазола, триазол).

Если на плате имеются контакты электрического соединителя непосредственного контактирования, то на них должно наноситься покрытие, дающее стабильное низкое переходное сопротивление и обладающее высокой износоустойчивостью. В таких случаях применяется многослойное покрытие, на верхний слой которого наносится золото или палладий на подслой никеля. Общая толщина слоя составляет от 0,5 до 2 мкм. Хотя никель расширяет долговечность золота, его первичная функция – сформировать барьер между золотом и медью. Это предохраняет медь от миграции через пористый золотой слой на поверхность.

С точки зрения предпочтений, чаще всего в печатных платах для поверхностного монтажа применяют следующие покрытия:

· выравнивание припоя горячим воздухом (HAL, HASL);

· оплавление гальванически нанесенного сплава SnPb;

· покрытие золотом с подслоем никеля;

· покрытие лаковым флюсом.

Если сравнить лужение с выравниванием припоя горячим воздухом, иммерсионное золото и процессы органического покрытия, то очевидно, что органическое покрытие имеет самый простой процесс.

ФОТОШАБЛОНЫ ДЛЯ ПП

В процессе фотолитографии изображение рисунка проводников ПП, разработанное на стадии создания конструкторской документации на изделие, должно быть перенесено на защитную маску фото- или металлорезиста в зависимости от типа применяемого процесса для создания ПП. Для переноса изображения предназначены фотошаблоны (ФШ), представляющие собой негативное или позитивное отображение конфигурации печатных проводников.

Высокие классы точности ПП, при которых зазоры и ширина проводников ПП составляют 0,05. 0,1 мм, требуют высокой точности выполнения всех операций при изготовлении ПП. Особое место в обеспечении требуемой точности занимают фотошаблоны.

ФШ представляет собой слоистую структуру [7], включающую:

· базовый полимерный слой (носитель ФШ). Выполнен из полиэстера (ПЭ) или полиэтилена тетрафталата (PTF). Толщина слоя 180 мкм;

· слой фоточувствительной эмульсии (соединения серебра). Толщина слоя 5 мкм;

· защитный слой на основе желатина. Толщина не превышает 5 мкм. Защищает фоточувствительный слой от повреждений.

Разные свойства этих слоев приводят к изменениям размеров ФШ при воздействии следующих факторов:

· изменения относительной влажности;

· воздействия совокупности факторов во время технологических процессов;

Для современных материалов, применяемых при изготовлении ФШ, старение при правильных условиях хранения ФШ приводит к незначительным изменениям размеров: ПЭ показывает ± 0,01 % изменений размеров за период до пяти лет. Изменения зависят от режимов хранения: при повышенной влажности возможно легкое коробление ФШ (разбухание), при повышенной температуре возможна легкая усадка порядка 0,02 %.

Материал основы ФШ поглощает и испаряет влагу из окружающей среды. Поглощение приводит к расширению ФШ. Процесс протекает медленно: за 1 ч приращение толщины составляет порядка 25 мкм, достигая 99 %-ного равновесия с окружающей средой. Влажностный коэффициент для ПЭ составляет 0,8×10 — 4 % на 1 % изменения относительной влажности. От толщины пленки коэффициент не зависит. Защитный и фотоэмульсионный слои также поглощают и испаряют влагу. Это вызывает механические напряжения в тонких приповерхностных слоях ФШ. В желатине защитного слоя процесс поглощения влаги идет гораздо быстрее: равновесие с окружающей средой достигается за 2 – 3 мин. Чтобы избежать влияния защитного слоя на изменение размеров ФШ, иногда последний выпускают без защитного слоя. Это повышает стабильность его размеров, однако резко ограничивает срок службы из-за механических повреждений фотослоя (царапины и т. п.).

С увеличением температуры размеры ФШ увеличиваются, скорость реакции достаточно высока: равновесие достигается за 2 – 3 мин. ТКЛР для ПЭ составляет 0,0018 %/°С. Процесс обратимый. Однако при нагреве до 60 °С ПЭ начинает непрерывно изменяться, компенсируя производственные напряжения. Амплитуда этих изменений составляет ±0,01 % и трудно поддается управлению.

Изменение размеров ФШ происходит также и в ходе самого технологического процесса: из-за удаления из основной и защитной пленок части химических составляющих уменьшается влажностный коэффициент; из светочувствительного слоя в проявитель удаляется неэкспонированное серебро. Амплитуда этих воздействий составляет примерно ±0,02 % для 0,18 мм-пленки. Влияние процессуального изменения размеров ФШ аналогично влиянию сушки. Использованная пленка имеет меньший влажностный коэффициент, чем новая. Можно было бы рекомендовать предварительную сушку ФШ перед применением, однако ее условия могут сильно различаться для разных типов полимеров.

Процесс производства полимеров для основы ФШ не является идеальным, поэтому для некоторых пленок может быть характерным неизометрическое изменение размеров в направлении осей X и Y в плоскости шаблона. Различие свойств может составлять до 10 %, как это указывается в описаниях ФШ фирмы «Kodak Company».

Технология изготовления ПП с маской

На форуме часто спрашивают, как я делаю ПП с маской. Так как инструкция, по которой я начинал, далека от идеала, я решил выложить свое представление этого процесса.

Во первых скажу, что я, как и многие, начинал с ЛУТ. Метод, для начала, годный, но не более. Потом пробовал использовать фоторезистивный спрей. Результаты, в общем, были удовлетворительными, но технологические ограничения сильно осложняли жизнь. Минусы фоторезиста позитив 20:

  • сложность нанесения
  • чувствительность к видимому спектру освещения
  • необходимость точного соблюдения времени выдержки при засвечивании
  • необходимость точной концентрации раствора проявителя
  • сложность хранения не проявленных плат
  • быстрая деградация параметров фоторезистивного слоя

После опыта с фоторезистом в виде спрея я перешел на готовые платы, (тот же производитель) с уже нанесенным покрытием. Но, видимо, из-за низкого спроса и высокой цены такой продукции, очень часто продавцы отпускали товар с истекшим соком хранения, в итоге масса испорченных плат.

К счастью, я нашел свой способ изготовления. Это не реклама, а просто рекомендация.

Использую пленку ламинат PHOTEC 6300. Кроме того с последнего времени я почти всегда наношу и маску. Использую такую — Solder Mask KSM-180GH1 UV curable (Green)

Читайте также  Соединение звездой и треугольником

Дальше я опишу метод работы с материалами

Все как обычно. Прорезаю ножом для гипсакортона и отламываю нужный размер заготовки. На фото видны остатки испорченного фоточувствительного лака. После отламывания срезаю кромки платы тем же ножом как циклиной.

Сразу же отрезаю по размеру ламинат, все работы провожу под ярким освещением. 30 минутное нахождение под настольной лампой G23 11W не засвечивает материал. (с 1 м)

Далее работу провожу в ванной комнате, прямо в раковине умывальника:

Для очистки и ошкуривания платы использую aбразивную губку c надписью BOSCH fine купленную в строительном магазине. После очистки плату оставляю под струей воды.

Снимаю с ламината в углу участок нижней защитной пленки и прикладываю его к плате прямо в воде, по ходу приклеивания смачиваю тонкой струйкой и постепенно отрываю всю нижнюю пленку. Если во время приклеивания сильно не прижимать ламинат к плате, то по окончанию он свободно перемещается по плате.

Примечание: Верхняя пленка до нанесения не отрывается, перепутать невозможно. Все работы с ламинатом нужно проводить в холодной воде, до 20С. От теплой воды ламинат приобретает излишнюю липкость.

После этого получаем такую плату:

Резиновым шпателем или, например, банковской картой аккуратно выгоняем лишнюю воду от центра к краям. Давить и стараться слишком быстро выгнать всё не нужно. У меня это занимает 1 минуту.

Далее, для качественного приклеивания использую утюг, ставлю на 50- 70% мощность, плату вставляю в середину журнала или книжки. В данном случае (фото снизу) проглаживаю через 5 страниц А4 стандартной плотности. Плата не должна нагреваться выше 50-60С, иначе ламинат «потечет». Поэтому же чрезмерно давить на утюг тоже не стоит, по углам могут возникнуть дефекты. Времени занимает до 2 минут. Стоит сказать, что если у ламината слишком большие выпуски, он может приклеятся к бумаге, но это не страшно. После приклеивания утюгом можно легко обрезать лишний ламинат строительным ножом. Небольшие выступы все же лучше оставить, так как за них потом удобно удалять верхнюю защитную пленку

Далее нужно приготовить фотошаблон

Я делаю его на фотопринтере epson t50. Использую пленку для струйной цветной печати, лучше всего lomond или xerox. Печатаю из layout, естественно в негативе, дополнительно включаю рамку. Фотошаблон немного просвечивается, на результаты это не влияет! Печать, как обычно, зеркальная, потому во время засветки шаблон нужно уложить стороной печати к плате.

Для засветки использую ламу DELUX 21W под цоколь E27. Плату ложу на стол, сверху прижимаю стеклом толшиной 8мм купленным как туалетная полочка в строительном магазине. Расстояние от лампы до платы 15-25 см. Время выдержки 1,5-3 мин. Обычно 2 минуты без предварительного прогрева лампы. Честно говоря, в последнее время даже не засекаю время.

Некоторая сложность есть в снятии верхнего защитного слоя ламината. По ощущениям он похож на полиэтилен. Так как плата совсем «свежая» держится верхний слой так же, а может и лучше, чем сам ламинат к плате, потому тут можно легко все испортить.

Либо нужно поставить плату на отстой на сутки. Но так как это не очень удобно, я придумал такой способ. Ложу плату на 1 минуту в морозилку (-18С) за это время сама плата не охлаждается полностью, а выпуски ламината стают хрупкими. Передерживать категорически нельзя. После охлаждения верхний слой элементарно снимается.

Для проявления использую какой-то местный аналог «крота» (жидкость для прочистки труб). Концентрация по сути не имеет значения, на глаз наливаю холодной(!) воды около 100-150 грм и 3-5 грамма крота (не полную крышечку). Опускаю плату на 1минуту в расствор, потом достаю и под струйкой холодной воды пальцем аккуратно протираю. Во время этого почти все не засвеченные области очищаются, остается тонкий малозаметный слой. Повторяю процесс до нужного результата. Потом травлю в подогретом растворе хлорного железа.

После травления удаляю остатки ламината тем же «кротом» с водой 1 к 1 за 7-10 минут.

После этого плату нужно тщательно высушить. Я подогреваю ее феном.

Далее нужно приготовить шаблон маски. Печатать нужно в зависимости от типа пленки. Мне попадалась пленка, которая не вступала во взаимодействие с лаком маски, тогда можно печатать шаблон в зеркальном отражении (по дефолту в layout). Пленка lomond, к сожалению, не из этого числа, потому маска немного хуже получается. На ней приходится печатать на «верхней стороне»

На плату в центре наношу массу лака маски, нужно совсем чуть-чуть. Сверху ставлю пленку с фотошаблоном. Шпателем выгоняю воздух и равномерно распределяю лак по плате. Нужно сделать слой как можно более тонким, иначе могут появиться дефекты. Скорее всего, после шпателя останутся локальные более светлые и более темные участки (пятна). Накрываем плату тем же 8мм стеклом и ставим груз (я давлю рукой весом тела) около 30 сек, так слой становится однородным (при условии, что текстолит ровный, конечно)

После этого повторно совмещаю плату и фотошаблон. Удобно это делать по надписям на плате.

Засветка 5-6 минут без прогрева лампы с расстояния 15-20см.

После этого удаляется фотошаблон:

Остатки лака удаляются сухой мягкой тряпочкой. В крайнем случае при перезасветке — с уайтспиритом, но без фанатизма.

Далее чистую плату ложу на включенную УФ лампу на 5 минут для «закалки» покрытия. Там она не только облучается УФ но и нагревается от лампы до 50С примерно.

Готовый модуль, установленный в плату:

  1. Время на изготовление таких плат, как на примере — около часа.
  2. На фото субмодуль управления импульсным преобразователем напряжения для автомобильного усилителя мощности с защитой от перегрузки по току и постоянки на выходе УМ.

vlasimir › Блог › Осваиваем однокомпонентную паяльную маску

Доброго времени суток.
В последнее время в среде радиолюбителей начали обретать популярность и широко применяться т.н. паяльные маски (Solder Mask или Solder Resist). Их используют для защиты проводящего рисунка в процессе производства платы, защиты отдельных ее участков от воздействия флюсов и припоев при монтаже компонентов, защиты проводников от попадания влаги в процессе эксплуатации и др. Все маски подразделяются на три основных группы: ОДНОКОМПОНЕНТНЫЕ, ДВУХКОМПОНЕНТНЫЕ И СУХИЕ ПЛЕНОЧНЫЕ. Отличительные их особенности понятны из названий. Объединяет же их то, что в процессе отвердения у них у всех участвует ультрафиолетовое излучение. Сам же процесс несколько напоминает изготовление пп при помощи фоторезиста: все те же фотошаблоны, эксперименты… кто пробовал — тот понимает. Я в свое время тоже пытался освоить эту технологию, но после нескольких часов проб и ошибок решил не использовать этот метод. Ужь очень много нюансов от которых зависит конечный вариант. А вот маски меня заинтересовали. С ними создается впечатление завершенности поделки. По логике они должны, помимо своих основных защитных свойств, обеспечить еще и удобство при монтаже и пайке деталей (это вечно растекающееся по плате олово…).
Ну, что ж, теория изучена, пора приступать к практическим занятиям. Заказал я в поднебесной однокомпонентную паяльную маску как не требующую особых изощрений и дополнительных приспособлений в процессе.

Как я уже говорил все паяльные маски требуют ультрафиолетового облучения, и эта не исключение. Была наскоро, как говорится: из того, что было и лампы для детектора сооружена установка.

А так как маска чувствительна к ультрафиолету, то и красный светофильтр.

В качестве подопытного будет выступать будущий автоматический контроллер ДХО

Платку я взял маленькую, чтобы свести к минимуму мучения и потери маски в ходе экспериментов, так как и ежу понятно, что с первого раза достичь желаемого результата вряд ли получится. Да и, просто, эта поделка была на очереди.

Скажу по секрету, что эксперимент длился два с лишним вечера. И сначала для распределения маски я использовал сам фотошаблон как это предписывают делать производители. Но, так как принтер у меня довольно староват, то изготовить качественный шаблон (приходилось печатать на одной пленке два раза — один поверх другого для лучшей контрастности) то еще мастерство. В связи с чем в качестве первого слоя я решил использовать пленку 60 микрон для ламинатора. Да и отлипает она лучше.

Максимально, насколько хватает глаз и терпения совмещаем:

Сверху придавливаем стеклом. И весь бутерброд — под УФ облучалку:

По инструкции время облучения — 40 минут. Для моей же конструкции достаточно 30. Даже не пойму почему. Вроде и лампа слабовата, всего 6 Ватт… Да только после 40 минут вся эта масса цементируется настолько, что оторвать пленку без повреждений невозможно. Даже предполагаемые площадки под пайку засвечиваются.
После засветки на некоторых форумах советуют выждать еще час т.н. полимеризации.
Ждем. Отдираем:

Сразу видно, что и в этот раз — не совсем удачно.
Оттираем. Отрезаем:

Еще мучиться и мучиться… Но, как говорится: первый блин ( а в моем случае, видимо, первая сотня ) и так сойдет.
Согласитесь, не плохо смотрится:

Ну и как итог могу сказать: старайтесь не заказывать маску зимой — боится низких температур. Возможно в этом кроется причина моих неудач. И вообще, я бы посоветовал не жмотиться, как я, а купить сухую пленочную паяльную маску. Хотя она и стоит на порядок дороже, зато, судя по видео процесс с ней куда легче. Я летом так и поступлю, а пока у меня есть чем заморочиться.
Спасибо за внимание.

Изготовление печатных плат при помощи паяльной маски FSR8000


Качество любого самодельного электронного устройства очень сильно зависит от того, как качественно оно
было изготовлено (да уж – полезная фраза, это же и так ясно! Ну, это да…. Но мне надо же с чего-то
начать?
).
Большую роль в этом играет печатная плата (это если у вас не слишком простенькая конструкция которую
можно и
объемным монтажом сделать). Чем сложнее устройство, тем сложнее рисунок печатной платы, и тем
качественнее
она должна быть изготовлена. Об одном из способом изготовления печатной платы своими руками речь
и пойдет.

Читайте также  Новые serdes чипсеты от maxim позволяют снизить стоимость системы видеонаблюдения

Предисловие

Все материалы применяемые в данной статье можно купить в нашем магазине «Все для печатных плат»

Существует несколько способов изготовления печатной платы в домашних условиях. На самом начале (это еще когда на электронщика в училище учился) я дорожки рисовал лаком для ногтей (получались очень зверские печатные платы), потом пробовал водоустойчивый маркер (уже лучше). Но только когда я освоил лазерно-утюжную технологию (ЛУТ) (а это относительно недавно произошло) я наконец-то смог получить то качество плат, которое радовало глаз. Ведь я изготавливаю электронные поделки чисто ради самого процесса. Ну хобби у меня такое . А какой интерес паять что-то на страшной печатной плате? Но через пару лет меня и эта технология перестала устраивать. Хотя достоинств у ЛУТа много:

  • быстрота (при наличии принтера – от распечатки до начала пайки у меня получалось добиться около 10 минут);
  • простота (хотя за эту простоту придется заплатить добрым десятком неудачных дублей в самом начале использования этой технологии. Т.е. нужно «набить руку».)
  • хорошая повторяемость. (у меня получалось около 90% всех попыток. Первый десяток в статистику я не включал! ).

При помощи лазерно-утюжной технологии – можно было даже наносить надписи, чего я и делал в некоторых случаях.
Но ЛУТ давал точность не более 0.3 мм. Это практический потолок. Я пытался сделать дорожки тоньше, и у меня получалось, хотя при этом процент брака весьма сильно возрастал. В общем, я и так затянул предисловие к статье, поэтому перейдем к, собственно паяльной маске.

Что такое паяльная маска?

FSR8000 — двухкомпонентный чувствительный к ультрафиолетовому излучению состав. Имеет три состояния.
1. «Сырое состояние». После того, как два компонента были смешаны. В этом виде он может быть смыт либо ацетоном либо раствором кальцинированной соды.
2) «Отвердевшее состояние».
2а) Незасвеченная ультрафиолетом. Растворяется ацетоном и раствором кальцинированной соды.
2б) После засветки ультрафиолетом маска получает стойкость к раствору кальцинированной соды, но все еще может быть смыта ацетоном.
3) «Запечённое состояние». Получается после нагревания до 160 градусов с последующей выдержкой в течении нескольких десятков минут. Не растворяется ацетоном, обладает большой механической стойкостью.
Говоря простым языком: маска – это защитный слой, который часто можно наблюдать на печатных платах заводского изготовления. Очень часто зеленого цвета. В этой статье пойдет речь о нестандартном применении этой маски в качестве фоторезиста.
Для этого нужно воспользоваться первыми двумя состояниями, т.е. при помощи засветки и последующей проявки получить на текстолите рисунок проводников. А после травления этот рисунок смыть ацетоном.
Потом маску можно использовать по назначению, покрыв маской область всей платы, кроме контактных площадок, предназначенных для запайки деталей. Потом перевести маску в третье состояние. А теперь о том же, но детально и из фотографиями.

Список того, что нужно для технологического процесса изготовления печатных плат

  1. Паяльная маска — FSR8000 ( Купить можно в нашем магазине )
  2. Термостат. Несмотря на грозное название, можно использовать обычный утюг с возможностью регулировки температуры. Еще нужен термометр (до 160 градусов), чтобы запомнить положения регулятора при 70 градусах и 160 градусах. После этого термометр по сути уже будет не нужен.
  3. Ультрафиолетовая лампа. Можно просто использовать обычную энергосберегающую лампу с холодным светом. Просто время засветки будет очень долгое. Зато безопасно.
  4. Рамка с сеткой. Рамка с натянутой сеткой. ). Трафаретную сетку для маски и клей для трафаретной сетки можно приобрести на нашем сайте, также советуем прочитать статью Как изготовить рамку с сеткой
  5. Фотошаблон с рисунком платы и размещением контактных площадок. Пленка LOMOND прозрачная для лазерного принтера для фотошаблона, Усилитель плотности тонера
  6. Инсулиновые шприцы. Нужны для того, чтобы точно смешать компоненты маски .
  7. Зубочистки. Для размешивания компонент маски.
  8. Для равномерного нанесения маски на текстолит нам нужен: резиновый ракель, кредитка, кусок пенопласта. Я использую кредитку (уже ненужную, конечно же ).
  9. Для проявки нам нужна кальцинирования сода. Ищите рядом со стиральными порошками в магазинах.
  10. Ацетон. Чтобы смыть маску после травления.
  11. Емкость для проявки (любая пластмассовая посуда)

Технологический процесс изготовления печатной платы в домашних условиях

Фотошаблон (фотонаборная пленка). Его можно сделать в типографии, в которой есть оборудование для фотонаборных пленок. Часто эта услуга не афишируется типографиями, так как является чисто внутренней. Но, как правило, они без проблем соглашаются вывести ваши рисунки платок на фотонаборную пленку. Формат файла, размеры рисунков нужно обязательно уточнить в конкретной типографии.
Для получения рисунка платы, шаблон должен быть инвертированный (белые дорожки на черном фоне). Для защитной маски – прямой (черные кружочки на белом фоне) . Фоторезист Ordyl Alpha 340

На фотографиях показан сам фотошаблон. Одна сторона кажется рельефной, другая – должна быть глянцевая и гладкая.
Важно не перепутать стороны – фотослой на той стороне, где рельеф.

Для увеличения плотности и равномерности заливки фотошаблона рекомендуется использовать усилитель плотности тонера

Паяльная маска

Нанесение паяльной маски на печатную плату

В прошлой статье мы закончили изготовление печатной платы по методу металлорезиста. Как я и говорил, можно обрезать плату и впаять радиодетали. Но мы продолжим ее изготовление, а именно нанесем паяльную маску и потом покроем дорожки химическим оловом.

Нанесение паяльной маски в домашних условиях не является уже какой то диковинкой, но все равно опишу данный процесс, чтобы он был на этом сайте.

Нанесение маски

Перед нанесением, плату нужно подготовить, удалить окислы с поверхности меди и обезжирить. Для этого моем плату в горячей проточной воде с моющим средством и шкуркой зернистостью P1000 (фото данного процесса нет, но думаю и так понятно). Самое главное, последний этап промывки должен осуществляться в холодной воде. Что это значит? Если вы промоете в горячей воде (на последнем этапе), то потом у вас медь быстро окислится не успев высохнуть, если в холодной, то не окисляется более длительное время.

Итак, промыли плату после зачистки шкуркой в воде, сразу обтираем ее бумажной салфеткой или туалетной бумагой для предотвращения окисления меди. Далее сдуваем или удаляем салфеткой всю пыль, на отсвет ее хорошо видно, кладем плату на стол и накрываем трафаретной сеткой. Место, где будет наносится маска, тоже должно быть без пыли. Желательно провести влажную уборку рабочего места перед этой процедурой.

Наносить будем двухкомпонентную маску FSR 8000, так как она самая распространенная и купить ее не должно вызвать проблем.

Разводим маску в соотношении 3:1 по весу (например 3 грамма маски и 1 грамм отвердителя). Если маска густая, то ее можно разбавить растворителем 650 или изопропиловым спиртом до нужной вязкости после смешивания компонентов.

Фото процесса нанесения паяльной маски на печатную плату.

1. Кладем плату на стол накрываем трафаретной рамкой и наносим на первую сторону.

Как сделать самодельную рамку с натянутой сеткой для нанесения паяльной маски, можно посмотреть в этой статье .

2. Переворачиваем плату на другую сторону, установив ее на специальные подставки, чтобы не повредить уже нанесенный слой на другой стороне. Накрываем ее самодельной рамкой с натянутой сеткой и наносим маску.

Для более полного понимания как нанести паяльную маску, посмотрите еще вот это видео. Звука нет, но должно быть понятно.

Сушка и засветка паяльной маски

После нанесения переносим ее в печь (не допускаем засветки платы от солнечных лучей, дневного света, это и так должно быть понятно). Температура сушки маски 70 — 75 градусов не больше, иначе маска задубеет и вы ее не сможете проявить.

Время сушки маски составляет 45 минут, плюс минус 5 минут. Дольше сушить не имеет смысла да и зачем тратить время, которого и так не хватает.

После сушки, переносим плату на рабочее место и даем ей остынуть. Горячая плата будет липнуть и будет казаться, что она не досушена. Это не так, нужно немного подождать (5 — 10 минут) и поверхность платы перестанет липнуть.

Далее клеим шаблон на глицерин сначала с одной стороны и засвечиваем ультрафиолетовым источником, затем тоже самое делаем с другой стороны. Время засветки паяльной маски вы должны подобрать заранее, у каждого оно будет свое, поэтому здесь я не оговариваю время засветки.

Данная статья опубликована на сайте whoby.ru. Постоянная ссылка на эту статью находится по этому адресу http://whoby.ru/page/pajalnaja-maska

Читайте статьи на сайте первоисточнике, не поддерживайте воров.

Проявка паяльной маски

После засветки, нужно дать плате полежать в течении 5 минут, чтобы все процессы полимеризации прошли до конца. После этого плату нужно проявить в растворе кальцинированной соды или силикатного клея. В растворе силикатного клея проявляется намного лучше и мягче, я использую именно этот раствор. Какой из растворов использовать, решайте сами.

Рецепты растворов:

А.
Кальцинированная сода 10 гр или чайная ложка
Дистиллированная вода — 1 литр

Б.
Силикатный клей — 6 чайных ложек
Дистиллированная вода — 1 литр

Во время проявки можно помогать губкой (мягкой стороной) или ватным тампоном. Так маска проявится быстрее, сильно тереть и давить не нужно, прижим под своим весом.

Не вздумайте помогать проявке жесткой стороной губки или какими то другими жесткими материалами. Если плохо проявляется, то возможно пересветили или температура сушки была слишком высокой (об этом писал чуть выше).

Фото процесса проявки паяльной маски.

Сушка после нанесения маски

Если после нанесения маски не планируется нанесение маркировки, то этот этап можно пропустить и приступить сразу к дублению платы.

Мы будем наносить маркировку и поэтому нужно высушить маску в течении 5 минут при температуре 70 — 90 градусов (это нужно для того, что бы вода, которая возможно имеется в слое маски, не вскипела и не испортила нам все).

Затем нужно поднять температуру до 110 градусов и выдержать плату в печке тоже 5 минут (это нужно для того, что бы слой маркировки не поднял не задубленную паяльную маску и не испортил печатную плату).

Читайте также  Как бесплатно звонить с городского телефона-автомата

Промываем водой, сушим, дубим.

Фото процесса.

Маркировка печатной платы

Процесс нанесения маркировки не отличается от процесса нанесения паяльной маски, поэтому повторяться не буду, сушка так же 70 — 75 градусов в течении 45 минут.

Фото процесса нанесения маркировки на печатную плату.

Как только нанесли с одной стороны, переворачиваем плату, ставим на подставки и наносим с другой стороны с помощью самодельной рамки с натянутой трафаретной сеткой, затем сушим обе стороны одновременно.

После сушки маски, даем плате отлежаться 5 минут при комнатной температуре, проверяем на липкость слоя. Если все нормально, то клеим шаблон на глицерин с одной стороны и засвечиваем маркировку, затем клеим шаблон с другой стороны и засвечиваем.

Фото процесса наклейки шаблона и засветки маркировки для печатной платы.

После засветки маркировки проявляем плату в растворе кальцинированной соды или силикатного клея (см. рецепты выше).

В итоге получаем вот такую плату с маркировкой, которую уже не стыдно показать, Хотя есть вкрапления белой маски из за некачественного шаблона маркировки, через который засветились эти точки и не смываются, но это не важно.

Дубление паяльной маски

После проявки плату нужно задубить в печке при температуре 150 градусов в течении 30 минут (фото процесса нет).

Сначала держим при 70 — 90 градусах в течении 5 минут, для удаления влаги. Затем прибавляем температуру до 150 градусов и дубим маску 30 минут.

Я дублю при 140 градусах в течении 15 минут. Этого времени достаточно для дубления и глянец у маски немного лучше. В любом случае, решайте сами при каких режимах дубить маску, какой вариант будет устраивать, тот и используйте.

Заключение

В данной статье был показан способ нанесения паяльной маски и маркировки на печатную плату. Думаю прочитав эту статью у вас не возникнет трудностей сделать это самостоятельно, а если возникнут, то всегда можно задать вопрос в комментарии.

На этом я завершаю данную статью, продолжение смотрите в следующей статье , в которой покроем плату слоем химического олова.

Всем удачных маркировок.

Статью написал: Admin Whoby.Ru

Если вам понравилась статья, нажмите на кнопку нужной социальной сети расположенной ниже. Этим действием вы добавите анонс статьи к себе на страницу. Это очень поможет в развитии сайта.

Технология производства печатных плат в картинках

Двусторонние печатные платы

С технологическими особенностями и базовыми материалами двусторонних печатных плат на производстве Резонит вы можете ознакомиться по ссылке.

Исходный материал

Исходный материал – диэлектрическое основание, ламинированное с двух сторон медной фольгой

В качестве диэлектрика могут выступать: листы, изготовленные на основе стеклотканей, пропитанных связующим на основе эпоксидных смол — стеклотекстолит FR4, листы с керамическим наполнителем, армированные стекловолокном — Rogers 4000 series, листы фторопласта (PTFE) армированные—ArlonADseries. Наиболее распространенный ряд толщин медной фольги — 18, 35 мкм.

Сверление сквозных отверстий

На специализированных станках с ЧПУ в плате сверлятся отверстия. Это первая операция, влияющая на точность (класс) печатной платы. Точность сверления отверстий зависит от применяемого оборудования и инструмента. Значения позиционных допусков осей отверстий в диаметральном выражении (по ГОСТ Р 53429-2009) в миллиметрах:

Размер большей стороны ПП Позиционный допуск на расположение осей отверстий для класса точности
1 2 3 4 5 6 7
До 180 включительно 0,20 0,15 0,08 0,05 0,05 0,03 0,03
Свыше 180 до 360 включительно 0,25 0,20 0,10 0,08 0,08 0,05 0,05
Свыше 360 0,30 0,25 0,15 0,10 0,10 0,08 0,08

Химическое и предварительное гальваническое осаждение меди

Этот этап необходим для придания стенкам отверстий проводимости для последующей гальванической металлизации. Рыхлый слой химически осажденной меди быстро разрушается, поэтому его усиливают тонким слоем гальванической меди.

В процессе обработки на поверхности стеклотекстолита создаётся очень тонкий проводящий слой палладия.

Прямая металлизация с применением палладия обеспечивает наибольшую адгезию покрытия к стеклотекстолиту в сравнении с альтернативными процессами.

Поверх слоя палладия осаждается 5-ти микронный слой гальванической меди. Качество металлизации каждой заготовки контролируется оператором.

Нанесение фоторезиста

Следующий этап — нанесение на заготовку фоточувствительного материала (фоторезиста). Этот этап проходит в чистой комнате с неактиничным (желтым) освещением (фоторезист светочувствителен к ультрафиолетовому спектру). Фоторезист бывает пленочным (наносится на заготовку ламинированием) и жидким (наносится валиками).

Экспонирование фоторезиста

1 вариант: Экспонирование с негативными фотошаблонами

Совмещение заготовки с негативными фотошаблонами

С заготовкой совмещается фотошаблон. Круг, часть которого изображена — контактная площадка. Изображение на фотошаблоне — негативное по отношению к будущей схеме.

Участки поверхности, прозрачные на фотошаблоне, засвечиваются, фотополимеризуются и теряют способность к растворению в установке проявления. После экспонирования фотошаблоны удаляются.

2 вариант: Прямое экспонирование фоторезиста

Прямое экспонирование фоторезиста

Экспонирование фоторезиста происходит на установках прямого лазерного экспонирования без использования фотошаблонов. Источником излучения при этом может быть UV лазер или UV светодиодная матрица.

Проявление фоторезиста

Изображение на фоторезисте проявляется: не засвеченные участки растворяются, засвеченные — остаются на плате.

Гальваническое (электрохимическое) осаждение меди

Медь осаждается на поверхность стенок отверстий и все проводники. По ГОСТ 23752-79 толщина металлизации должна быть не менее: 20 мкм для ДПП, 25 мкм для МПП.

IPC-6012B устанавливает иные значения: Class 2- не менее 20 мкм для ДПП и МПП,Class 3- не менее 25 мкм для ДПП и МПП.

В связи с тем, что процесс осаждения меди идет параллельно в отверстиях и на поверхности проводников, получить толщину металлизации в отверстиях 30 мкм и более невозможно, применяя обычные фоторезисты.

Процесс покрытия контролируется компьютером для обеспечения требуемых параметров гальванических покрытий. После покрытия толщина осаждённой меди проверяется не разрушающим методом.

Гальваническое осаждение металлорезиста

Гальваническим осаждением меди создается необходимый по толщине слой металла в отверстиях печатной платы. В качестве металлорезиста могут выступать различные металлы и соединения, имеющие меньшую скорость травления по сравнению с медью. Осаждается металлорезист на открытые от фоторезиста участки — на проводники и в отверстия.

Удаление фоторезиста

После гальванического осаждения меди и защитного слоя олова заготовки передаются на травление. Перед травлением с заготовок снимается слой фоторезиста, обнажая базовый слой меди, который необходимо удалить. Топология печатной платы и металлизированные отверстия остаются под защитой гальванически осаждённого слоя олова.

Травление меди

Травление осуществляется в горизонтальной конвейерной машине. Медь, не защищённая оловом, стравливается. Таким образом формируется топология наружных слоёв печатной платы. Слой олова после травления снимается в установке для снятия.

Удаление металлорезиста

Металлорезист удаляется с поверхности меди в специальном растворе. Это начало процесса, называемого SMOBC (SolderMaskoverBareCopper — маска поверх необработанной меди). В других процессах, например, если нанесение защитной маски не осуществляется, оловянно-свинцовая смесь оплавляется для дальнейшего использования (лужение).

Нанесение защитной паяльной маски

Для защиты поверхности платы и медных участков, не подлежащих нанесению финишного покрытия, на плату наносится защитная паяльная маска. Наиболее широко распространена жидкая двухкомпонентная фоточувствительная паяльная маска.

Сухая пленочная паяльная маска обеспечивает хорошие результаты по тентированию переходных отверстий, наносится методом ламинирования, но в настоящее время используется редко, т.к. не подходит для печатных плат выше 3 класса точности. Жидкая паяльная маска наносится методом сеткографии через сетчатый трафарет, причем существует два варианта нанесения. Через готовый трафарет, когда в сетке уже сформированы все окна вскрытия, и маска наносится только на защищаемые участки печатной платы (такой вариант имеет невысокое разрешение и применяется, как правило, на односторонних печатных платах ниже 3 класса точности), и сплошное нанесение маски с использованием метода трафаретной печати и последующим экспонированием через фотошаблон или прямым экспонированием. Перед нанесением маски поверхность меди очищается, затем развивается необходимая шероховатость для хорошей адгезии маски.

Жидкая маска продавливается ракелем через сетку на всю поверхность заготовки. Нанесенный слой подсушивается в печке до образования сухой поверхности. Для печатных плат с маской с двух сторон процесс повторяется. Подсушенные заготовки передаются на экспонирование.

Экспонирование защитной паяльной маски

1 вариант: Экспонирование с негативными фотошаблонами

С заготовкой совмещается фотошаблон. Круг, часть которого изображена — контактная площадка. Изображение на фотошаблоне — негативное по отношению к будущей схеме. Участки поверхности, прозрачные на фотошаблоне, засвечиваются, фотополимеризуются и теряют способность к растворению в растворе проявления. После экспонирования фотошаблоны удаляются.

2 вариант: Прямое экспонирование защитной паяльной маски

На установке прямого экспонирования маска засвечивается UVлазером или UVсветодиодной матрицей. Засвечиваемые участки полимеризуются и теряют способность к растворению в растворе проявления.

Проявление защитной паяльной маски

Незасвеченные участки маски смываются в линии проявления. Качество сформированных масочных слоев проверяется контролером. После контроля заготовки помещаются в печку для окончательной полимеризации.

Печать маркировочной краски

1 вариант: Печать маркировочной краски через сетчатый трафарет

Для идентификации монтируемых компонентов большинство изготавливаемых печатных плат имеют маркировку. Маркировка наносится после проявления маски.

Через сетчатый трафарет наносится маркировка контуров, позиционных номеров, типов и номиналов компонентов.

2 вариант: Струйная печать маркировочной краски

Для идентификации монтируемых компонентов большинство изготавливаемых печатных плат имеют маркировку. Маркировка наносится после проявления маски.

По аналогии с обычным струйным принтером изображение формируется капельками чернил отверждаемых ультрафиолетом.

Струйный метод является современным и эффективным способом нанесения маркировки.

Заготовки с напечатанной маркировкой передаются на контроль качества.

Нанесение финишного покрытия, вариант 1 HASL

На открытые от маски участки меди различными методами наносится финишное покрытие для обеспечения качественной пайки.

HASL (Hot Air Solder Leveling). Нанесение припоя путем окунания заготовки в расплавленный припой с последующим выравнивание горячим воздухом. Возможно применение (в разных установках) свинцового и бессвинцового (leadfree) припоя.

Нанесение финишного покрытия, вариант 2 Иммерсионное золото

На открытые от маски участки меди различными методами наносится финишное покрытие для обеспечения качественной пайки.

Нанесение иммерсионного золота по подслою никеля (процесс ENIG) осуществляется в многостадийном химическом процессе. IPC-4552 регламентирует толщину подслоя Ni 3-6 мкм, минимальную толщину Au 0,05 мкм (типовые значения 0,05-0,1 мкм).