Scelta della maschera di saldatura corretta per il tuo PCB

Two people in costume for an All Souls Procession.

Crediti editoriali: CREATISTA / Shutterstock.com

Con l'avvicinarsi di Halloween, sto passando così tanto tempo a pensare a un possibile travestimento che probabilmente mi prenderanno per pazzo. Quest'anno mi dipingerò pesantemente il viso e ho fatto molte ricerche su come applicare il colore correttamente. Siccome voglio realizzare diversi strati e usare colori e tipologie di prodotto differenti, dovrò procurarmi vari strumenti e calcolare bene i tempi. Ho fatto una prova senza informarmi troppo e ho notato che in alcune parti del viso il colore si sfalda e se ne va, mentre in altre rimane perfettamente intatto. È alquanto improbabile che si verifichino cortocircuiti a causa della mia pessima gestione dei colori da viso, ma mi sono ritrovato a pensare che con le maschere di saldatura il problema è simile, senza contare il fatto che ora sono disponibili in tanti colori diversi! La scelta del tipo e dello spessore della maschera di saldatura è importante per un prodotto di successo quanto lo è quella dei colori per il viso, ma in questo ambito gli errori hanno ricadute molto più onerose.

Cos'è la maschera di saldatura (o Solder Mask)?

La maschera di saldatura viene utilizzata per proteggere gli elementi metallici di un PCB dall'ossidazione e per impedire la formazione di "ponti" tra le piazzole di saldatura, se un piccolo pezzo di saldatura si attacca in un punto che non lo richiede. È un passaggio fondamentale nella produzione di PCB se si utilizza il bagno di riflusso o di saldatura, perché queste tecniche non consentono un controllo tale da garantire che i pezzi di saldatura non si attacchino dove non dovrebbero. La maschera di saldatura viene talvolta chiamata anche "solder resist" e io penso che si tratti di un termine più che appropriato per chi, come me, pensava che la maschera di saldatura fosse un intero strato di saldatura applicato alla scheda.

Come si applica la maschera di saldatura alla scheda?

La maschera di saldatura è costituita da uno strato polimerico che viene applicato sulle tracce di metallo di un PCB. Esistono vari tipi di materiale per maschere e l'opzione migliore per la scheda dipende dal costo e dal tipo di applicazione. L'opzione più semplice per realizzare la maschera di saldatura è usare una serigrafia per stampare una resina epossidica liquida sul PCB. È come se per dipingermi il viso usassi un aerografo con uno stencil.

Per le maschere di saldatura più curate si usa il photo imaging con pellicola a secco o una maschera di saldatura liquida. La maschera di saldatura liquida per photo imaging (LPSM) può essere serigrafata come la resina epossidica oppure spruzzata sulla superficie (spesso il metodo di applicazione più economico). La maschera di saldatura con pellicola a secco (DFSM) deve essere laminata sottovuoto sulla scheda per evitare di creare difetti a causa delle bolle d'aria. Entrambi gli approcci di photo imaging vengono sviluppati per rimuovere le sezioni della maschera in cui le piazzole verranno saldate ai componenti e realizzati tramite calore o esposizione alla luce UV.

A layer of PCB routing pattern.

Le maschere di saldatura vengono applicate come resina epossidica o polimero con photo imaging.

Quale maschera di saldatura devo utilizzare?

Per decidere quale sia la maschera di saldatura più appropriata occorre valutare le dimensioni fisiche della scheda, dei fori, dei componenti e dei conduttori, oltre al layout della superficie e al tipo di applicazione finale del prodotto. 

Innanzitutto, se parliamo di un PCB che verrà utilizzato nel settore aerospaziale, delle telecomunicazioni, medico o qualsiasi altro settore ad "alta affidabilità", bisogna verificare gli standard di settore relativi alla maschera di saldatura e all'applicazione prevista in generale. Ci sono requisiti specifici che hanno la precedenza rispetto a qualsiasi informazione raccolta su internet. 

Per i progetti PCB più moderni, si utilizza una maschera di saldatura adatta al photo imaging. Dopo aver valutato la topografia della superficie, si decide se optare per un'applicazione liquida o a secco. La pellicola a secco crea uno spessore uniforme su tutta la superficie. Tuttavia, la maschera a secco aderisce meglio se la superficie della scheda è assolutamente piatta. Se invece la superficie ha caratteristiche più complesse, probabilmente è meglio scegliere un'opzione liquida (LPISM), che garantisce un migliore contatto del rame con le tracce e la laminatura. L'aspetto negativo di una maschera liquida è che lo spessore non sarà perfettamente uniforme su tutta la scheda.

Si possono anche utilizzare finiture diverse per lo strato della maschera. Chiedi al tuo produttore quali sono le possibilità a disposizione e quali effetti avranno sulla produzione. Una finitura opaca, ad esempio, riduce la formazione di "palline" di saldatura se si utilizza il processo di riflusso di saldatura.

PCB loading into a SMT reflow oven.

I PCB fabbricati utilizzando un processo di riflusso di saldatura necessitano di una maschera di saldatura. La finitura della maschera può avere effetti sulla qualità del riflusso.

Quanto deve essere spessa la maschera di saldatura?

Lo spessore della maschera di saldatura dipende essenzialmente dallo spessore delle tracce di rame presenti sulla scheda. In linea di massima, servono circa 0,5 millesimi di pollice di maschera di saldatura sulle tracce. Se si utilizza una maschera liquida, lo spessore sarà certamente diverso nei vari punti. Nelle aree laminate vuote, lo spessore sarà di 0,8-1,2 millesimi di pollice, mentre nelle zone funzionali più complesse, come l'angolo di un circuito, potrà essere anche 0,3 millesimi di pollice.

Come per ogni altro parametro o processo di fabbricazione, è necessario considerare la sensibilità dell'applicazione finale e pianificare di conseguenza la progettazione. È sempre essenziale discutere le opzioni di fabbricazione con il produttore. In base alle sue capacità, potrebbe anche suggerire opzioni migliori.

Come posso includere la maschera di saldatura nel mio progetto?

Quando si progetta il PCB, la maschera di saldatura deve avere un livello apposito nei file gerber. È opportuno controllare le regole di progettazione per lo strato della maschera di saldatura. In genere, si predispone un bordo di 2 millesimi di pollice intorno agli elementi funzionali, nel caso in cui la maschera di saldatura non sia perfettamente centrata. È prevista inoltre una distanza minima tra le piazzole, spesso 8 millesimi di pollice, per evitare la formazione di "ponti" di saldatura.

Se si realizzano progetti PCB più complessi, è importante scegliere un software di progettazione PCB che consenta di affinare adeguatamente le regole di progettazione. Altium Designer rappresenta un'opzione estremamente flessibile. In caso di requisiti di progettazione molto particolari, si può decidere di eliminare completamente lo strato della maschera di saldatura. 

Per avere ulteriori informazioni sulle possibilità offerte da Altium, è possibile contattare un esperto Altium qui.

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