Что такое шелкография на печатной плате

Что такое шелкография на печатной плате

Шелкография на плате

Что такое печатная плата?

Печатная плата – это особая плоскость из проводящих узоров, на поверхности диэлектрического основания. Необходима эта пластина для электрического соединения и прикрепления на ней элементов электроники, в том числе квантовой электроники и электротехнических изделий.

Печатные платы бывают нескольких видов:

Данная разновидность платы является самой простой, проводники из меди располагаются на любой из сторон, где связывают элементы рисунка на поверхности;

По-другому, эти платы называют двусторонними, так как рисунок на них наносится с обеих сторон;

В случае сложной разводки проводников, рисунок формируется также во внутренних слоях платы.

Маркировка на плате

Как правило, маркировка на плату наносится именно при помощи шелкографии. Методом шелкографии на плате производитель имеет возможность нанести данные об элементах электроники, а именно обозначение контрольных зон, конкретного местоположения и ориентации необходимых электронных компонентов. Шелкография на плате облегчает сборку, проверку и ремонт во время эксплуатации.

Существуют и другие цели шелкографии на плате:

Шелкография на плате наносится как на одну, так и на обе стороны специальной краской, которая обладает термическими и УФ свойствами. Цвет краски может быть:

Типография Тори Принт предлагает качественное выполнение услуги шелкографии на плате. Связаться с администратором компании можно по телефону либо воспользовавшись электронной почтой. Менеджер в кратчайшие сроки примет заявку, а специалисты качественно выполнят заказ требуемого объёма и сложности.

Источник

Самодельная шелкография (silkscreen) для платы

Еще в начале декабре я пытался сделать шелкографию, причем именно белую, для платы. Вот мои потуги в этой области.

Сразу было понятно, что в качестве трафарета только сухой пленочный негативный фоторезист, так как с полноценной шелкографией заморачиваться было лень, а других способов нанести по компьютерному трафарету я не знаю.

Далее надо было подобрать материал для краски. Перепробовал гуаши всякие, краски текстильные, и много чего другого, даже силикатный клей с белилами. Все испытания и требования выдержала только одна смесь: клей ПВО + титановые белила.

А требования были следующие: чисто белый цвет, полная стойкость к температуре до 350-400 градусов, полная стойкость к воде, растворителям и кислотам, неэлектропроводность, механическая прочность (ногтем не должна сниматься ни при каком усилии).

Вместо титановых белил можно использовать цинковые, но их я не нашел.

Самый первый пробный эксперимент: простая маска из фоторезиста, замешал ПВА с белилами «на глазок», намазал в щели в фоторезисте, протер губкой с водой. И плату в духовку на 250 градусов на 10 минут. Но, увы, забыл плату в духовке! Очнулся, когда по всей квартире уже распространялась ужасная вонь. Вот результат.

Заметьте, шелкография выжила!

Вторая попытка

Маска из фоторезиста:

Первоначальное намазывание смесью (мажу резиновым шпателем):

Помочил водой, снова шпателем прошелся:

Чуть посушил, убрал фоторезист кипячением в растворе кальцинированной соды и в духовку. Результат:

Проблемы

1) Фоторезист не может делать линии в 0.1мм! Может у меня просто такой тупой фоторезист, может аппарат засветки кривой, но дорожки 0.1мм это тяжко, практически 50/50. Я вообще не знаю никого, кто бы делал 0.1мм дорожки на фотоспособе. А все элементы маски по умолчанию именно такие. Приходится руками делать их все 0.15мм.

2) Снять фоторезист и не повредить маску из краски практически не реально! Я пробовал снимать фоторезист по разному, но самый нежный способ для маски, как это не странно, оказался именно кипячением платы в насыщенном растворе кальцинированной соды. Все равно местами фоторезист пристает к ПВА и при снятии отрывается вместе маской.

3) Заливки, как видно, выходят хреново.

Возможные решения

Проблема 1: Или править маску до толщины линии в 0.15-0.2мм до печати или использоваться фоторезист с разрешающий способностью 0.1мм и меньше, чем тоньше – тем лучше, с хорошей засветкой (без бокового подсвета),

Проблема 2: Посушить плату минут 5 в духовке на 100 градусах или очень горячим феном для волос, тогда маска сильнее прицепится к плате. Не надо пытаться оторвать все кусочки фоторезиста от маски, пусть остается, после духовки можно откалупнуть. Он хорошо откалупывается – проверно.

Проблема 3: Никак. Не делать заливок и все. Особенно на краях.

Решения эти я не проверял – лень мне уже было.

И давно это с вами?

Извините, не удержался.

Во-первых: 75% мало, это значит из 100 дороже 25% будет сломано, и это слишком много.
Во-вторых: вы как 0.1мм определили? Потому в программе так нарисовано? Если так, то не пойжет. Сделайте скан на 3200dpi и измерьте реально. Можете удивиться.
В-третьих: Какой у вас фоторезист? Он ведь разный бывает. Есть отличный фоторезист, который мало где купишь и денег стоит нормально + нормальная
система засветки и можно получать 0.1мм практически 100% всегда.

Источник

Путь от схемы до устройства. Часть 6: паяльная маска и шелкография

Если попытаться визуально сравнить нашу плату из пятой части с любой заводской платой, то в глаза сразу бросится основное отличие: практически на всех заводских платах дорожки покрыты каким-то защитным слоем, снаружи остаются только контактные площадки. Этот слой может быть зеленым, красным, синим, а иногда даже черным или белым. Так что же это такое, и зачем оно нужно?

Это покрытие именуется паяльной маской, и призвано защитить дорожки от окислов, случайных замыканий и перегрева текстолита при монтаже элементов. В добавок к этому производить монтаж элементов на плате покрытой паяльной маской намного комфортнее: припой не растягивается по дорожкам. Если же детали запаиваются феном, то это тем более актуально. Да и выглядит плата с маской гораздо привлекательнее.

На данный момент радиолюбителю доступны три вида паяльной маски:

Однокомпонентная маска предлагаемая нашими маленькими китайскими друзьями на деле все же является ремонтной краской. Например, ей очень удобно замазать место восстановления дорожек. Нет, как маску ее тоже используют, в этом случае не нужна печь (а УФ лампы нужны в любом случае), но по прочности она все же проигрывает двухкомпонентной. Существует и настоящая однокомпонентная паяльная маска, но встречается она гораздо реже.

Пленочная маска очень похожа на фоторезист и по виду, и по принципу работы с ней. Да-да, из фоторезиста тоже можно сделать защитное покрытие, но на деле это лишь подобие, которое не обладает ни химической ни механической прочностью. Она так же довольно редко встречается, довольно дорого стоит, и главное, для полноценной работы необходим вакуумный ламинатор (для полноценного прилегания маски к поверхности платы).

Наиболее оптимальным по соотношению цена/качество является двухкомпонентная паяльная маска. Существует возможность приобрести ее на развес, что делает маску еще более доступной.

Магазины и продавцы, услугами которых я пользуюсь.

Да, нанесение паяльной маски делает процесс изготовления платы еще более трудоемким, затратным по времени и требует новых инструментов и материалов. Но ведь настоящий радиолюбитель и не должен стоять на месте, приобретение новых навыков и знаний, это всегда хорошо.

Как обычно, разделим процесс изготовления платы на этапы:

Сверление заготовки, нанесение фоторезиста, экспонирование, проявка, травление. Все эти этапы мы рассмотрели ранее. Возможно кого-то и удивит тот факт, что первым этапом идет сверление, обычно мы это делали почти в самом конце, но в данном случае отверстия сверлит станок ЧПУ, и порядок будет именно такой. О подготовке файлов для станка и изготовлении платы с его помощью мы еще поговорим, а пока воспримем это как данность.

На второй фотографии можно заметить, что рядом с шаблоном дорожек есть еще один шаблон (на самом деле он там не один). Это и есть шаблон для паяльной маски. По принципу работы с ней, маска мало чем отличается от фоторезиста. Это точно такой же светочувствительный материал, с небольшими отличиями: он состоит из двух компонентов и он жидкий.

Ситуация, когда при нанесении не хватило маски, очень удручающе действует на психику, а значит необходимо рассчитать ее количество. На деле тут все просто: на 1 квадратный дециметр платы (10*10 см) с запасом хватает 2 грамм маски. Конечно тут все зависит от консистенции и способа нанесения, я же говорю о ситуации, когда маска ни чем не разбавлена (достаточно густая), и наносится через специальную сетку при помощи ракеля. Да, совсем небольшой расход.

Нет ничего страшного в том, что композита на сотые доли грамма больше чем положено. Но если речь идет о ситуации когда чего-то больше, то очень желательно, чтобы это был именно композит а не отвердитель. Опять же, на сотые доли, не более того, пропорции нужно соблюдать. Далее очень тщательно перемешиваем маску, и оставляем на несколько минут. А пока подготовим сетку.

Нанесение паяльной маски. К нанесению маски можно предъявить два требования: слой должен быть тонким и обязательно равномерным. Можно конечно попытаться справиться и подручными средствами (тут обычно в ход идут валики для краски, шпатели для заделки швов и прочий садовый инвентарь), но все же единственно правильным способом будет являться нанесение через трафаретную сетку.

Для сетки в продаже можно найти специальные рамы, на которые эта сетка натягивается. В моем же случае это обычная профильная труба 18 мм. Клей для сетки специальный, приобретается там же где и сетка. О натяжке сетки можно почитать здесь. Стойки по углам сетки приподнимают ее над заготовкой на 3 мм.

Периметр заготовки проклеивается на сетке малярным скотчем. Подготовим сразу два окна: для маски и шелкографии. Ракельная резина тоже специальная, и приобретена там же где и сетка.

Подготовленная маска наносится равномерным слоем на одну из сторон платы. После чего одним уверенным движением протягивается вдоль заготовки ребром ракеля, расположенного под углом. Главное, не останавливаться при нанесении. Конечно здесь нужен опыт, и со временем результат будет только лучше. А для тренировки можно использовать зубную пасту, например.

Экспонирование паяльной маски. Отличается от фоторезиста лишь временем экспонирования, в остальном все точно так же. Маска негативная (как и фоторезист, полимеризуется то, что было засвечено), значит закрываем только контактные площадки. Далее экспонируем.

Проявка паяльной маски. Опять же, все как с фоторезистом. Даже раствор тот же, потому после проявки фоторезиста его не выливаем, а используем дальше. И даже после проявки маски он пригодится, им мы проявим шелкографию и отмоем сетку от маски. Хочу вот на что обратить внимание: если маска глянцевая, то при проявке этот глянец легко повредить, потому в идеале к поверхности платы вообще нельзя прикасаться. Впрочем, если все сделано правильно, то маска проявляется очень легко.

Нанесение шелкографии. В принципе, нанесение обозначений элементов на плате это не самая необходимая вещь. Если без паяльной маски в некоторых случаях совсем тоскливо, то обозначение элементов это просто удобство при сборке устройства. Так что нанесем и маркировку. Для этого используется та же самая маска, только выберем синий цвет.

У нас маркировка с обратной стороны, потому допустимо нанесение без сушки. Точно так же замешиваем синюю маску и наносим ее на обратную сторону платы.

Сушка шелкографии. В печь на 45 минут при температуре 75°С.

Экспонирование шелкографии. Нам нужно только обозначение элементов, а значит шаблон используем негативный.

Проявка шелкографии.

Окончательная сушка. Выполняется при температуре 145-155°С в течении 50-80 минут. При этой температуре маска обретает окончательную прочность.

Пока сушится плата можно отмыть сетку от маски. С этим легко справляется проявочный раствор кальцинированной соды и посудная губка.

Обрезка платы. Конечно вовсе не обязательно делать это при помощи станка, но раз уж он сверлил отверстия, то и по контуру пусть вырезает тоже он.

Лужение. Здесь так же есть одна особенность: после печи медь на контактных площадках окислена, и лудить ее не так просто. Но исправляется это очень легко, достаточно на минуту опустить плату в воду, в которую добавлена лимонная кислота. Мы же ее используем для травления, так что это не проблема. Достаточно пол чайной ложки на пол стакана воды, и медь станет чистой и блестящей.

Источник

Как делают печатные платы

JLCPCB

Ниже описан процесс изготовления двусторонних печатных плат – самых популярных среди радиолюбителей. Процесс производства печатных плат с бóльшим числом слоев отличается последовательностью и количеством этапов. Некоторые из них выполняются несколько раз, и, кроме того, в специальных прессах происходит «склеивание» дополнительных слоев меди и изолирующих прокладок.

Несмотря на высокий уровень автоматизации, производство печатных плат пока не может обходиться без людей.

1. Обзор файлов проекта

После проектирования печатной платы в нашей программе, ключевым шагом является создание файлов, обычно называемых «Gerber». Это набор форматов, описывающих наш проект в форме, понятной станкам, и значительно облегчающий работу людей, занимающихся подготовкой производства. Они позволяют также сравнить проект с установленными для него ограничениями и сразу обнаружить потенциальные проблемы. Хотя проверка в основном выполняется автоматически, чаще всего у нас есть инженер, который обратит наше внимание, когда, например, дорожки расположены слишком близко друг к другу, пояски контактных площадок слишком малы или слой шелкографии находит на контактные площадки. В случае незначительных проблем инженер может сам предложить способ их исправления, запросив одобрения заказчика. Если проблемы более серьезны, проект будет отклонен, и исправлять файлы заказчику придется самостоятельно.

Проверка печатной платы.

2. Подготовка фольгированного стеклотекстолита

Почти у каждой фабрики, изготавливающей печатные платы, есть собственный склад, на котором штабелями хранятся запасы фольгированного стеклотекстолита с различными размерами и параметрами. Например, фольгированный стеклотекстолит может различаться толщиной меди, толщиной изолятора и даже материалами, из которых сделаны его слои. Нередко листы бывают неровными и имеют зазубренные края, поэтому одним из первых шагов является их разрезание и очистка. Края шлифуются и укрепляются, после чего листы отправляются в следующую часть фабрики.

Листы фольгированного стеклотекстолита готовы к предварительной обработке.

3. Сверление

Далее заготовки поступают на специальные сверлильные станки с ЧПУ. Небольшие монтажные отверстия, отверстия для будущих стоек, а также специальные отверстия для облегчения позиционирования элементов сверлятся на более поздних этапах производства. Каждый станок имеет набор сверл различных диаметров, которые он меняет автоматически, в зависимости от требований, указанных в файлах проекта. После сверления листы очищаются от остатков материала, а медная поверхность аккуратно шлифуется, чтобы удалить заусенцы и царапины.

Сверлильный станок с ЧПУ.

Кассеты со сменными сверлами.

4. Металлизация

На этом этапе образуется тонкое медное покрытие платы, в том числе в металлизированных отверстиях. На фабрике JLCPCB это выполняется путем погружения заготовки с просверленными отверстиями в специальную химическую ванну. Благодаря металлизации отверстий можно создать переходы, соединяющие медные слои в соответствии с разработанной схемой. После извлечения листа из ванны его тщательно промывают и сушат.

Химическая ванна для предварительной металлизации отверстий.

5. Нанесение фоторезиста

На этом этапе на медные слои панели наносится специальный фоточувствительный слой. Этот слой в форме пленки наклеивается на заготовку, после чего с ней совмещаются специальные маски, представляющие собой прозрачные пластины с напечатанными дорожками нашего проекта. Созданный таким образом «сэндвич» помещается под ультрафиолетовую лампу, свет которой отверждает часть светочувствительной пленки, незащищенную маской. После этого панель тщательно очищают от неотвержденного светочувствительного слоя, а затем сушат и нагревают в печи. Упрочненный в результате этой операции слой становится механически более стойким.

Рулон со светоотверждаемой пленкой.

Ультрафиолетовая маска с рисунком дорожек.

6. Лужение

Далее панель подвергают лужению оловянным сплавом, которым покрывается незащищенная упрочненным слоем часть меди. Обычно это делается погружением заготовки в специальный ковш с расплавом SnPb. При извлечении из ковша потоки воздуха, подаваемого через специальные форсунки, сдувают избыток олова с поверхности листа. Затем пластина погружается в другую химическую ванну, предназначенную для растворения и удаления светочувствительного покрытия. Процесс повторяется несколько раз до тех пор, пока медь не будет полностью открыта.

Печатная плата на этапе металлизации вскрытых областей меди.

Печатная плата с металлизированными областями меди.

7. Удаление меди

Следующий химический процесс имеет решающее значение, поскольку он формирует дорожки и контактные площадки печатных плат. Медь, незащищенная на предыдущих этапах, удаляется с заготовки с помощью травильного средства, аналогичного B327 (персульфату натрия), которое наносится специальными насадками. После удаления меди производится удаление предыдущего оловянного покрытия – в специальной химической ванне дорожки и контактные площадки очищаются до чистой меди.

После травления на печатной плате еще остается олово.

Перемещение плат после травления.

8. Контроль качества и исправление ошибок

Листы заготовок проверяются современной системой технического зрения в присутствии сотрудника, вооруженного различными резаками и скребками. При обнаружении различий между внешним видом платы и файлом проекта сотрудник, курирующий процесс, принимает решение – является ли дефект серьезным, и плату следует забраковать (например, в случае перетравливания), или ее можно исправить вручную. Ремонт обычно производится под мощными микроскопами, поэтому результат часто бывает удовлетворительным.

Система компьютерного зрения проверяет соответствие печатной платы файлам проекта.

Мелкие ошибки исправляются вручную.

9. Паяльная маска

Нанесение паяльной маски может выполняться двумя способами. Первый похож на технологию трафаретной печати, когда на плату, защищенную специальным шаблоном (например, закрывающим контактные площадки), наносится полимерная краска. Второй способ более сложен, но более точен. Для него требуется слой паяльной маски, обладающий светоотверждаемыми свойствами. Снова используются маски на прозрачных пленках, отверждаемые УФ-лампами, и снова неотвержденная маска удаляется в химической ванне. После этого начинается процесс нагревания и охлаждения, целью которого является отверждение паяльной маски, благодаря чему она лучше защищает медь снизу и приобретает лучшую электрическую прочность.

Специальные машины переворачивают печатные платы.

Паяльные маски могут иметь разные цвета.

10. Слой шелкографии

Для этого этапа также предусмотрены два варианта. Первый рассчитан на выпуск крупных партий, когда первостепенное значение имеет скорость выполнения процесса. Специальный шаблон вырезается лазером и используется для нанесения краски примерно таким же способом, каким выполняется трафаретная печать. Если серия небольшая, и изготовление шаблона становится убыточным, выбирается второй вариант, когда специальный «принтер» напрямую печатает шелкографические надписи на заготовке платы.

Шаблон, используемый для нанесения шелкографии.

Вид печатной платы с нанесенной шелкографией.

11. Нанесение защитного покрытия

Поскольку медь очень быстро окисляется при контакте с воздухом, она защищается металлическим покрытием. В более дорогих вариантах используется техническое золото, которое имеет отличную проводимость и хорошо паяется, тогда как несколько более дешевый вариант – это обычное покрытие сплавом SnPb, с которым, скорее всего, встречался каждый из нас. Благодаря этому контактные площадки приобретают серебряный блеск.

Печатные платы, медь которых защищена от окисления.

12. Обрезка и фрезеровка

До настоящего момента все процессы выполнялись над большими панелями из фольгированного стеклотекстолита. Один такой лист может содержать множество печатных плат, и нередко из разных проектов. Такие листы обрабатываются фрезерными станками с ЧПУ, которые вырезают большие и нестандартные отверстия и разделяют листы на отдельные платы, или слегка надрезают панели, делая V-образные канавки, благодаря которым платы можно будет легко разделить позже.

Фрезерная головка станка с ЧПУ.

Групповые заготовки, разрезанные на отдельные платы.

13. Тестирование

Платы устанавливаются на специальные штативы, на которых простые роботы быстро проверяют качество электрических соединений и их соответствие проекту. В самом конце они снова поступают в отдел контроля качества, проверяются с помощью компьютерного зрения, проходят через вакуумный упаковщик и доставляются в отдел отправки.

Автоматический тестер электрических соединений.

Проверка и подсчет изготовленных печатных плат.

Стопка печатных плат, готовых к отправке.

Вы можете заказать вакуумную упаковку в термоусадочную пленку.

Процесс производства печатных плат на фабрике JLCPCB показан ниже на видео. Некоторые этапы производства являются технологическими секретами компании, но большинство основных операций представлено во всех подробностях.

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман

Источник