Leiterplattentechnisch - So wählen Sie die richtige Lotmaske für Leiterplatten aus

Lötmaske ist ein kritischer Prozess in der Leiterplattenherstellung (Printed Circuit Board), der entwickelt wurde, um die Metallteile der Platine vor Oxidation zu schützen und die Bildung von leitfähigen Verbindungen zwischen den Pads zu verhindern. Dieser Schritt ist besonders wichtig im Leiterplattenherstellungsprozess, insbesondere wenn Lötprozesse wie Reflow- oder Wellenlöten verwendet werden, da diese Prozesse es schwierig machen, genau zu steuern, wo das geschmolzene Lot auf der Platine landet und die Lötmast die notwendige Steuerung bietet. Manchmal auch "Lötmaske" genannt, ist Lötmaske ein passenderer Begriff, da es sich nicht um eine Schicht Lötmaske handelt, die die gesamte Platine bedeckt, wie allgemein missverstanden wird.

Arten von PCB Lötbeständen

Alle Lötmaschen bestehen aus einer Polymerschicht, die auf die Metallleitungen der Leiterplatte aufgebracht wird. Es gibt verschiedene Arten von PCB-Lötmast verfügbar, abhängig von Kosten und Anwendungsanforderungen. Eine der grundlegendsten Lötmittel-Optionen ist ein flüssiges Epoxidharz, das mittels Siebdrucktechnologie auf die Leiter gedruckt wird, ein Verfahren ähnlich dem Lackieren durch eine Schablone. Die Lotpaste kann in einer Vielzahl von Farben gerendert werden, um unterschiedlichen Bedürfnissen gerecht zu werden.

Flüssig-Epoxid-Soldermask

Flüssige Epoxidlötmaske ist die grundlegendste Option, bei der flüssiges Epoxid mit Siebdrucktechniken auf die Leiterplatte aufgetragen wird. Dies ist der kostengünstigste und am weitesten verbreitete Lötprozess. Bei diesem Prozess wird ein gewebtes Netz verwendet, um das Tintenresistmuster zu unterstützen. Flüssiges Epoxid ist ein duroplastisches Polymer, das hart wird, wenn es durch Hitze ausgehärtet wird. Die Farbe der Lotpaste entsteht durch Mischen eines Farbstoffs in das flüssige Epoxid und während des Aushärtungsprozesses.

Flüssig photoimageable Soldermask (LPSM)

Fortschrittlichere Lötmasten werden unter Verwendung eines Trockenfilm- oder Flüssigresist-Lithographieprozesses aufgetragen, der dem für Photoresist-Belichtung in der Halbleiterherstellung ähnlich ist. LPSM kann durch Siebdruck oder Sprühen angewendet werden, wobei das Sprühen normalerweise eine wirtschaftlichere Option ist. Eine fortschrittlichere und präzisere Methode ist die Verwendung eines Photolithographieprozesses, um Lötverbindungen für Pads, Vias und Montagelöcher zu definieren.

Im LPSM-Verfahren wird zunächst eine photolithographische Folie auf Basis einer Gerberdatei passend zur gewünschten Lötmast hergestellt. Dann wird die Platine gründlich gereinigt, um sicherzustellen, dass sich keine Staubpartikel unter dem ausgehärteten Lötmast befinden. Als nächstes sind beide Seiten der Platine komplett mit flüssigem LPSM bedeckt. Der schwarze Teil der Photolithographiefolie definiert die Bereiche, in denen die Leiter belichtet werden sollen, während die Bereiche der Platine, die mit dem Lötmaster abgedeckt werden sollen, frei gelassen werden.

Die Lotpaste ist typischerweise mit einem Epoxid- oder lichtempfindlichen Polymer beschichtet. Nach dem Auftragen des LPSM wird die Leiterplatte in einem Ofen getrocknet und in eine UV-Entwicklungsvorrichtung gelegt. Die Fotolithographiefolie wird sorgfältig auf der getrockneten Platte ausgerichtet und die Platte wird mit UV-Licht beleuchtet. Die exponierten Bereiche des LPSM-Materials werden durch UV-Licht ausgehärtet und die nicht exponierten Bereiche mit einem Lösungsmittel gereinigt, wodurch ein hartes Lötmast entsteht.

Trockenfilm-Soldermask (DFSM)

DFSM Lötmast verwendet ein ähnliches Photolithographieverfahren wie LPSM. Beide Leiterplattenlötemaskentypen werden während des Lithographieprozesses freigelegt. Im Gegensatz zu Flüssigbeschichtungen werden Trockenfilmlötmasten in Form einer Lötmastmembran im Vakuumlaminierungsverfahren aufgebracht. Dieser Vakuumlaminierungsschritt sorgt dafür, dass die nicht belichtete Lotpaste fest auf der Platine haftet und Luftblasen aus der Folie entfernt. Nach der Belichtung werden die nicht belichteten Bereiche der Lotpaste mit einem Lösungsmittel entfernt und der verbleibende Film in einem Wärmebehandlungsprozess ausgehärtet.

Lötmaske oben und unten

Die beiden Arten von Lötmasken, auf die in anderen Führungen auf Leiterplatten-Lötmasken oft Bezug genommen wird, sind obere und untere Schichten. Diese Begriffe beziehen sich nur auf eine bestimmte Lötmastschicht, die oben oder unten auf der Platine platziert wird und beziehen sich nicht auf einen bestimmten Herstellungsprozess oder eine bestimmte Art von Lötmaststoff.

Abschließende Schritte: Aushärtung und Oberflächenvorbereitung

Nach dem Auftragen der oben genannten Medien müssen die Platten gereinigt werden, um allen Staub zu entfernen. Anschließend durchlaufen sie einen abschließenden Härtungs- und Aushärtungsprozess. Flüssige Epoxidlötmasten werden thermisch ausgehärtet, da sie keinem UV-Licht ausgesetzt sind. Die LPSM- und DFSM-Folien hingegen werden während des Lithographieprozesses durch UV-Einwirkung ausgehärtet. Nach der Belichtung werden diese Filme durch Wärmebehandlung weiter ausgehärtet und gehärtet.

Unabhängig von der Art der verwendeten PCB-Lötmast hinterlässt das resultierende Lötmast freiliegende Kupferbereiche auf der Platine. Diese exponierten Bereiche müssen durch eine Oberflächenbehandlung vor Oxidation geschützt werden. Die gängigste Oberflächenveredelung ist das Heißluftlöten (HASL), obwohl andere beliebte Veredelungen Electroless Nickel Immersion Gold (ENIG) und Electroless Nickel Electroless Chemical Palladium Immersion Gold (ENEPIG) umfassen. Gegebenenfalls verbleiben in der Membranschicht zusätzliche Löcher für die Flussschicht. Die Flussschicht wird verwendet, um Pads oder andere Komponenten auf der Leiterplatte zu befestigen und wird je nach Herstellungsprozess unterschiedlich behandelt.

So wählen Sie die richtige Lotmaske für Leiterplatten Die Lotmaske enthält eine Polymerschicht, die auf den Metallspuren auf der Leiterplatte beschichtet werden kann. Es gibt verschiedene Arten von Maskenmaterialien, und die beste Wahl für Ihre Leiterplatte hängt von den Kosten und Ihrer Anwendung ab. Die grundlegendste Lötmaskenoption besteht darin, mit Siebdruck flüssiges Epoxid auf die Leiterplatte zu drucken. Es ist, als würde man einen Decklack mit einer Schablone besprühen. Fancier Lötmaske verwendet trockenen Film oder flüssige Lötmaske für die Lichtbildgebung. Flüssige photoimageable Lötmaske (LPSM) kann wie Epoxid Siebdruck oder auf die Oberfläche gesprüht werden, was in der Regel eine billigere Methode der Anwendung ist. Trockenfilmlötmaske (DFSM) muss vakuumlaminiert auf die Leiterplatte sein, um Blasenfehler zu vermeiden. Beide optischen Bildgebungsverfahren wurden entwickelt, um den Teil der Maske zu entfernen, der das Pad mit dem Bauteil verlötet und durch einen Backvorgang oder UV-Belichtung auszuhärten. Lötmaske wird als Epoxidharz oder photoimageable Polymer verwendet. Welche Lotmaske sollte ich verwenden? Die Bestimmung der geeigneten Lötmaske hängt von den physikalischen Abmessungen der Leiterplatte, Löchern, Bauteilen und Leitern, dem Oberflächenlayout und der endgültigen Anwendung des Produkts ab. Zunächst einmal, wenn Sie eine PCB-Lötmaske haben, wird sie in der Luft- und Raumfahrt, Telekommunikation, Medizin oder anderen "hochzuverlässigen" Branchen verwendet, überprüfen Sie die Industriestandards von Lötmasken und Ihre allgemeine Anwendung. Einige spezifische Anforderungen ersetzen alle anderen Inhalte, die Sie im Internet lernen. Für die meisten modernen Leiterplattendesigns benötigen Sie einen fotoabbildbaren Lotwiderstand. Die Oberflächentopographie bestimmt, ob flüssige oder trockene Anwendungen verwendet werden. Trockene Anwendung verteilt eine gleichmäßige Dicke auf der gesamten Oberfläche. Wenn die Oberfläche Ihrer Leiterplatte jedoch sehr flach ist, haftet die Trockenmaske am besten. Wenn Sie komplexe Oberflächeneigenschaften haben, können Sie am besten die Flüssigoption (LPISM) für einen besseren Kontakt mit Spurenkopfer und Laminat verwenden. Der Nachteil von Flüssigkeitsanwendungen ist, dass die Dicke der gesamten Platte nicht vollständig gleichmäßig ist. Sie können auch verschiedene Oberflächen auf der Maskenebene erhalten. Besprechen Sie mit Ihrem Leiterplattenhersteller, welche Produkte ihm zur Verfügung stehen und wie sich dies auf die Produktion auswirkt. Wenn zum Beispiel ein Lotreflow-Prozess verwendet wird, reduziert ein mattes Finish die Lötkugeln. PCB, die mit dem Löt-Reflow-Prozess hergestellt wird, erfordert Lötmaske. Die Glätte der Maske beeinflusst die Qualität des Reflow-Lötens. Wie dick ist meine Lötmaske? Die Dicke Ihrer Lötmaske hängt hauptsächlich von der Dicke des Kupferdrahts auf der Leiterplatte ab. Im Allgemeinen benötigen Sie etwa 0,5 Mil Lötmaske auf Ihrer Spur. Wenn eine Flüssigkeitsmaske verwendet wird, muss sie eine andere Dicke als andere Funktionen haben. Im leeren Laminatbereich können Sie eine Dicke von 0,8-1,2 Mio erwarten, während bei komplexen Merkmalen (wie dem Biegepunkt eines Schaltkreises) er bis zu 0,3 Mio dünn sein kann. Wie bei allen anderen Fertigungsparametern oder Verfahren sollten Sie die Empfindlichkeit der Endanwendung berücksichtigen und Ihr Design entsprechend planen. Es ist immer wichtig, Fertigungsmöglichkeiten mit dem Hersteller zu besprechen. Sie können sogar bessere Optionen basierend auf ihren Fähigkeiten vorschlagen. Wie füge ich dem Design eine Lötmaske hinzu? Bei der Gestaltung der Leiterplatte sollte die Lotmaske eine eigene Schicht in der Gerber-Datei sein. Überprüfen Sie die Designregeln der Lötmaske. Im Allgemeinen, wenn die Lötmaske nicht vollständig zentriert ist, müssen Sie einen 2mil Rahmen um die Funktion verwenden. Der Mindestabstand zwischen den Pads beträgt in der Regel 8 Millionen, um sicherzustellen, dass die Maske ausreicht, um die Bildung von Lötbrücken zu verhindern.