Отечественная сухая защитная паяльная маска для печатных плат

Вера Спирина
Лариса Сучкова
Татьяна Любимова

Использование отечественных конструкционных материалов в производстве печатных плат становится все более необходимым. И если фольгированный диэлектрик марки СОНФМ, выпускаемый ЗАО «Изолит» (Москва), сопоставим с импортным материалом FR4, то паяльной маской отечественного производства были большие проблемы.

Паяльная маска — необходимый элемент конструкции печатных плат (ПП), так как их стеклоэпок-сидная основа не обладает достаточной теплостойкостью при групповой пайке. Без паяльной маски за время пайки может произойти поверхностная деструкция материала диэлектрика под воздействием ИК-излучения при оплавлении припойной пасты. Кроме того, паяльная маска выполняет функцию защиты проводниковой части ПП от попадания влаги, а также изоляции при проведении группового монтажа. Поэтому паяльная маска должна быть термостойкой и иметь хорошую адгезию к поверхности печатной платы.

Материалы для паяльной маски выпускаются в виде жидких и пленочных композиций. Каждая из них имеет ряд своих преимуществ и недостатков. Так, жидкая паяльная маска при большой плотности рисунка печатной схемы обеспечивает надежное заполнение малых (в 100 мкм) зазоров между печатными проводниками. Ее недостатки: вероятность «оголения» острых кромок проводниковой части, многокомпонентность, небольшая жизнеспособность, токсичность летучих растворителей, необходимость применения сеткографичес-кого оборудования. Пленочные паяльные маски технологичны, процесс их формирования чище и менее токсичен. Операция нанесения выполняется на вакуумном ламинаторе; экспонирование, проявление и раздубливание проводятся на оборудовании для обработки технологических сухих пленочных фоторезистов. По этим причинам были использованы пленочные паяльные маски водно-щелочного проявления.

До 1996 года имелась отечественная органопро-являемая паяльная маска СПФ-3 (завод «Тасма», г. Казань), которая ввиду большой токсичности снята с производства и заменена маской водно-щелочного проявления СПФ-ВЩ-ПМ (ООО «Полмар и К», г. Казань), к сожалению, не обладающей высокой стабильностью и технологичностью. Паяльная маска СПФЗ-ВЩ «Истра», ТУ ОАЮ.504.045 (ФГУП НИИЭМ), предназначена для печатных плат не выше 3-го класса точности. Паяльная маска СПФЗ-ВЩ-2, ТУ ОАЮ.504.046 (ФГУП НИИЭМ), для печатных плат 4-5 классов точности не соответствовала требованиям ГОСТ 23752-79 по свойствам влагостойкости.

Положительный результат был получен при использовании защитного пленочного фоторезиста — защитной маски СПФЗ-ВЩ «Метакрилар-2», ТУ6-17.504-04, который разработан и выпускается на отечественном сырье фирмой «Дженерал Акралил» (г. Истра Московской области).

Первая партия защитного фоторезиста толщиной 80 мкм исследовалась по следующим показателям:

1. эффективное время экспонирования и способность воспроизводить линию шириной 150±15 мкм;

2. условия щелочного проявления;

3. устойчивость к кратковременному воздействию повышенной температуры (термоудар);

4. стойкость к флюсам.

Способность воспроизводить линии шириной 150±15 мкм (разрешающая способность фоторезиста) определялась с помощью специальной «миры» — фотошаблона с шириной линий и зазорами 200, 150, 100 мкм. Путем подбора времени экспонирования и режимов проявления установлена возможность получения линий и зазоров в 150 мкм. При этом эффективное время экспонирования составило 60 с.

Проверка устойчивости к кратковременному воздействию повышенной температуры (термоудар) проводилась в кремнийорганической жидкости при 260+5 °С в течение 10+1 с по ГОСТ 23752-79.

Набухания, отслоения, растрескивания покрытия отсутствовали как после термоудара, так и после проверки стойкости к флюсам марок ФКСП и ВФ-369.

Результаты исследований по технологичности показали хорошее качество. Полив светочувствительной композиции по толщине был равномерным с нормальной текучестью при ламинировании, рисунок с четкими, не размытыми краями при проявлении. Испытания проведены на трех партиях материала.

Первоначально провели испытания многослойных печатных плат (МПП), изготовленных на отечественном фольгированном стеклотекстолите марки СОНФМ с СПФЗ-ВШ «Метакрилар-2» по полной программе, соответствующей 3-й группе жесткости.

По аналогии с предыдущей паяльной маской СПФЗ-ВЩ-2 «Истра» особо важными были результаты климатических испытаний на влаго-, холодо- и теплоустойчивость, влияние пониженного давления и циклическое воздействие температур. После каждого вида испытаний проводился внешний осмотр, проверка целостности цепи и отсутствие короткого замыкания (КЗ). После климатических испытаний защитная паяльная маска СПФЗ-ВШ «Метакрилар-2» была без изменений по внешнему виду, без деформации, целостность цепей не нарушена, КЗ отсутствовали, а сопротивление изоляции при замере в камере влажности после 10 суток превышало допустимую величину на 3 порядка.

Дополнительно на тестовых образцах печатных плат были проведены испытания на влаго-устойчивость с замером сопротивления изоляции через 2 и 4 суток. Результаты замеров превышали требуемую по ГОСТ 23752-79 величину сопротивления изоляции на 2-3 порядка. Другая партия защитного фоторезиста СПФЗ-ВЩ «Метакрилар-2» испытывалась по 4-й группе жесткости на МПП при увеличенном количестве термоциклов (9), времени пребывания в камере влажности (21 сутки) и теплостойкости при 120±5 °С. Результаты были положительные с большим запасом величины сопротивления изоляции. Дополнительно проведена проверка устойчивости

защитной паяльной маски к условиям групповой пайки. На плату с защитной паяльной маской была нанесена через трафарет паяльная паста и установлены элементы. Групповая пайка проводилась в печи конвекционного оплавления припоя SM2000CXE при температуре от 190 до 260 °С в течение 45 с. Исследовалась возможность и двусторонней пайки, для этого плата дважды пропускалась через печь по тем же режимам. Состояние маски контролировалось с помощью системы визуального контроля MANTIS при 10-кратном увеличении. Изменения цвета, вздутий, отслоений и трещин не наблюдалось. Поскольку на платах часто имеется смешанный монтаж, то на печатных платах (после пропускания их через печь SM 2000) проводилась индивидуальная пайка паяльником по режиму 260±10 °С по 3 с на одну пайку. Количество паек было от 40 до 60. При 10-кратном увеличении на установке MANTIS нарушений маски не обнаружено.

По просьбе разработчиков защитная маска СПФЗ-ВЩ «Метакрилар-2» была проверена на стойкость к воздействию более жестких климатических факторов: 50 температурных циклов, увеличенному времени пребывания в камере влажности (30 суток), увеличенному временному воздействию холода (-60 °С на 10 ч) и тепла (+125 °С на 10 ч). Защитная паяльная маска была стойкой и к более жестким климатическим испытаниям — изменения внешнего вида не наблюдалось, сопротивление изоляции соответствовало требованиям ТУ6-17.504-04. Наряду с отечественной паяльной маской проведены испытания импортной маски Dynamask. Установлено, что СПФЗ-ВШ «Метакрилар-2» не уступает импортной Dynamask по всем показателям.

Следует отметить и экономическую сторону использования отечественной паяльной маски СПФЗ-ВЩ «Метакрилар-2» — она в 2,2 раза дешевле импортной Dynamask. Причем, согласно информационному письму, поставки импортной маски Dynamask прекращены с 1 мая 2005 года.

Подводя итоги работы по исследованию и испытаниям зарубежной защитной паяльной маски «Dynamask KM» и отечественной СПФЗ-ВЩ «Метакрилар-2», следует сказать, что отечественная защитная паяльная маска не уступает импортной по своим физико-техническим характеристикам. Нарекания в адрес отечественной маски могут объясняться только неправильным подбором режимов нанесения, экспонирования или проявления. Существенным является и соблюдение температурно-временных режимов термодубления. Каким бы совершенным ни был сухой пленочный фоторезист (защитная паяльная маска), правильно выбранные режимы обработки будут четко зависеть от эффективности имеющегося оборудования и грамотного контроля каждой технологической операции.

К настоящему моменту фоторезист СПФЗ-ВЩ «Метакрилар-2» ТУ 6-17.504-04 является единственной отечественной защитной паяльной маской, обеспечивающей надежную защиту печатных плат от коррозии, деструкции стеклотекстолита и возможность проведения групповой пайки электронной компонентной базы.