Solder mask e consigli di progettazione

Che cos'è la solder mask?

La solder mask, chiamata anche solder resist o rivestimento/maschera solder-stop, è uno strato sottile che ricopre le piste di rame sulle quali non è necessario saldare su un circuito stampato (PCB), sia sul lato superiore che su quello inferiore, per contribuire a garantire l’affidabilità e le alte prestazioni del PCB. La resina è solitamente scelta come materiale principale della solder mask perché offre prestazioni eccellenti in termini di resistenza all’umidità, isolamento, resistenza alla saldatura e alle alte temperature, oltre a un buon aspetto estetico.

Si ritiene che la maggior parte dei PCB siano considerati di colore verde, che in realtà è il colore della vernice verde della maschera di saldatura. Tuttavia, la maschera di saldatura può essere realizzata in diversi colori, tra cui verde, bianco, blu, nero, rosso, giallo ecc. Vengono applicati colori diversi in base a esigenze differenti. Ad esempio, alcuni progettisti tendono a scegliere una maschera di saldatura rossa per i prototipi nella fase di NPI (New Production Introduction) per renderli distinti dalle schede prodotte in massa. La maschera di saldatura nera viene selezionata semplicemente per essere compatibile con il colore dell’involucro del prodotto finale quando tali schede devono essere parzialmente o completamente esposte.

Anche le due facce dello stesso circuito stampato possono avere solder mask di colori diversi. Prendiamo come esempio la scheda Arduino Uno:

Funzioni della maschera di saldatura

La solder mask sta diventando sempre più diffusa e importante per i circuiti stampati man mano che la densità delle schede aumenta rapidamente e la tecnologia SMT (Surface Mount Technology) inizia a diventare la scelta principale a causa della domanda di mercato in termini di volume ed efficienza.

Come indica il suo nome, la solder mask ha lo scopo di impedire la formazione di ponti di saldatura sulle aree coperte. La saldatura a rifusione svolge un ruolo chiave nelAssemblaggio SMTpoiché consente di montare i componenti elettronici in modo totalmente accurato sulle schede a circuito stampato tramite la pasta saldante. Se non viene applicata la solder mask, le piste di rame tendono a entrare in contatto con la pasta saldante, il che probabilmente causerà cortocircuiti. Di conseguenza, l’affidabilità e le prestazioni dei PCB assemblati ne risentiranno.

Oltre alla sua responsabilità principale, la solder mask è anche in grado di impedire che le tracce di rame subiscano ossidazione, corrosione e sporcizia.

Processo di produzione della maschera di saldatura

Alcune persone pensano che la produzione della solder mask non sia una tecnologia all’avanguardia e che molti ingegneri siano in grado di realizzarla fai-da-te a casa. Non è mai troppo tardi per rendersi conto che si tratta di un mito completo. Il fai-da-te della solder mask funziona solo per schede dal design semplice ed è piuttosto difficile garantire l’affidabilità dei prodotti, a meno che non venga applicata formalmente nel progetto finale.

Quando si tratta di produttori professionali di PCB, la produzione della solder mask non è mai così semplice. Da un lato, è necessario conformarsi a rigorose normative come ISO9001, UL o RoHS ecc. Dall’altro lato, la produzione della solder mask consiste in una serie di fasi, ciascuna delle quali richiede un’elevata precisione derivante da tecnologie mature, ricca esperienza produttiva e attrezzature all’avanguardia.

La procedura ordinaria diproduzione di solder maskprosegue in conformità con la rappresentazione nella figura seguente.

Fase 1: Pulizia della schedaQuesto passaggio ha lo scopo di pulire la superficie della scheda in modo che l’ossidazione o lo sporco possano essere eliminati mantenendo la superficie asciutta.

Fase 2: Rivestimento con inchiostro per solder maskLa scheda pulita viene quindi caricata in un rivestitore verticale per l’applicazione dell’inchiostro della solder mask. Lo spessore del rivestimento è determinato da elementi quali i requisiti di affidabilità dei circuiti stampati, i settori in cui operano i PCB e lo spessore della scheda. Inoltre, la superficie della scheda non è così liscia come si potrebbe immaginare. Lo spessore dell’inchiostro della solder mask varia a seconda delle diverse sezioni della scheda, ad esempio sulle tracce, sul substrato o sul foglio di rame. I produttori di PCB con esperienza di solito stabiliscono uno specifico spessore di rivestimento tenendo conto delle capacità delle apparecchiature e della loro esperienza produttiva.

Fase 3: Pre-indurimentoLungi dall’indurimento totale, il pre-indurimento mira a rendere il rivestimento relativamente solido sulla scheda, in modo che il rivestimento indesiderato possa essere facilmente eliminato dalla scheda nella fase di sviluppo.

Fase 4: Imaging e HardeningIn questa fase, una pellicola trasparente con alcune immagini del circuito viene montata sulla scheda e quindi sottoposta a esposizione ai raggi UV. Questo processo fa sì che la maschera di saldatura coperta dalla sezione trasparente della pellicola si indurisca, mentre la sezione della pellicola coperta dalle immagini del circuito rimane in uno stato pre-indurito. Di conseguenza, è necessario garantire un corretto allineamento durante l’indurimento per evitare che l’esposizione del foglio di rame non designato generi cortocircuiti o influisca ulteriormente sulle prestazioni finali del circuito stampato.

Fase 5: Sviluppo. Successivamente, il PCB viene inserito nello sviluppatore per rimuovere la solder mask indesiderata, in modo che il foglio di rame designato possa essere correttamente esposto.

Fase 6: Indurimento finale e pulizia. Implementare l’indurimento finale per rendere disponibile l’inchiostro della solder mask completamente montato sulla superficie del PCB. Successivamente, le schede ricoperte con solder mask devono essere pulite prima delle lavorazioni successive, come il trattamento superficiale, l’assemblaggio, ecc.

Suggerimenti di progettazione per la solder mask

In effetti, la solder mask è opzionale indipendentemente dal tipo di software di progettazione PCB che si preferisce utilizzare. La solder mask può essere facilmente progettata semplicemente compilando alcuni parametri. Alcuni software possono persino fornire una solder mask automatizzata.

Prima della progettazione effettiva, è molto necessario mettersi in contatto con il contraenteProduttore di PCBessere correttamente consapevoli delle proprie capacità in termini di spessore della solder mask e di spaziatura minima tra le piazzole di rame, nessuna delle quali rappresenta una soluzione universale per ogni singola scheda.

La scheda elettronica può guastarsi a causa di problemi banali relativi alla solder mask, come aperture della solder mask insufficienti, aperture eccessive, mancata corrispondenza tra il numero di aperture e quello dei pad di rame nel piano del circuito. Questi problemi possono derivare da disattenzione o da modifiche ai file di progetto, ma richiedono comunque molto tempo per essere verificati. E alcuni causano persino catastrofi. Pertanto, i tuoi file di progetto meritano assolutamente un attento esame.

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