Cómo elegir la máscara antisoldante adecuada para tu PCB

Al examinar una placa de circuito, especialmente en mis primeros días en la industria electrónica, me preguntaba siempre por qué la capa superior de una PCB era verde. La respuesta varía según a quién preguntes, pero hay una cosa en la que todo el mundo está de acuerdo: la máscara de soldadura facilita la inspección, ofrece protección a los conductores y previene la fatiga visual durante el montaje a mano. Los diversos tipos de máscara antisoldante para PCB difieren en la forma en la que se aplican, en su composición y, por supuesto, en el precio.

A la hora de determinar el tipo y el espesor correctos de la máscara antisoldante para una placa, es necesario tener en cuenta las capacidades del fabricante y el proceso de inspección/montaje. Estos son los cuatro tipos de máscara antisoldante para PCB:

1. Máscara de soldadura de epoxi líquido
2. Máscara de soldadura fotosensible líquida (LPSM)
3. Máscara de soldadura de film seco (DFSM)
4. Máscaras de capa superior e inferior (top y bottom)

¿Qué es la máscara de soldadura para PCB?

La máscara de soldadura se utiliza para proteger los componentes metálicos de una placa de circuito contra la oxidación y para evitar que se formen puentes conductores entre pads de soldadura. Se trata de un paso esencial en la fabricación de PCB, especialmente si se utilizan las técnicas de baño de soldadura o reflujo. Estas técnicas no ofrecen un gran control sobre dónde caen las puntas de soldadura fundidas en la placa, pero la capa de máscara proporciona un cierto nivel de control. La máscara de soldadura se conoce también como "máscara antisoldante", que, en mi opinión, define mejor el concepto, ya que solía creer que la máscara de soldadura era una capa completa de soldadura que se aplicaba a la placa.

Tipos de máscaras de soldadura para PCB

Todas las capas de máscara de soldadura consisten en una capa de polímero que se aplica sobre las pistas de metal de una placa de circuito impreso. Existen diferentes tipos de máscaras de soldadura para PCB, y la mejor opción para una placa depende del coste y de la aplicación. La opción más básica es utilizar serigrafía para imprimir un epóxico líquido sobre los conductores. Es como pintar con aerógrafo con ayuda de una plantilla o stencil. La máscara de soldadura se puede aplicar en prácticamente cualquier color.

Máscara de soldadura de epoxy líquido

La opción más básica al hablar de máscaras de soldadura es utilizar serigrafía para imprimir un epóxico líquido sobre la PCB. Esta es la opción más económica y más popular. En este proceso, se utiliza un sustrato de malla para permitir el uso de patrones de bloqueo de tinta. El líquido epoxi es un polímero termoendurecible, que se endurece durante un proceso de curado térmico. El tinte de la máscara de soldadura se mezcla con el epóxico líquido y se cura con el color deseado.

Máscara de soldadura fotosensible líquida (LPSM)

Máscaras de soldadura más sofisticadas utilizan un proceso de fotolitografía, con film seco o con máscara líquida, similar al utilizado para exposición fotorresistente en la fabricación de semiconductores. Las máscaras LPSM pueden serigrafiarse como un epoxi, o pueden rociarse sobre la superficie, que a menudo es un método de aplicación más económico. El método más avanzado (y preciso) consiste en utilizar un proceso de litografía para definir las aberturas para los pads, las vías y los orificios de montaje.

En este proceso, se crea una máscara de fotolitografía que coincide con la máscara de soldadura deseada a partir de los archivos Gerber. A continuación, la placa panelizada se limpia a fondo para garantizar que no queden partículas de polvo bajo la máscara de soldadura endurecida. Los paneles quedan completamente cubiertos por ambos lados con la LPSM líquida.

Algo que observarás con la técnica LPSM es que las partes negras de la máscara de fotolitografía definen las áreas donde quieres dejar expuestos los conductores, mientras que las áreas de la placa que quieres cubrir con la máscara de soldadura están despejadas.

_{Las máscaras antisoldantes se aplican con un epoxi o un polímero fotosensible}

Una vez cubiertas las placas con LPSM, se secan en un horno y se colocan en un revelador UV. La máscara de fotolitografía se alinea cuidadosamente sobre la placa seca y esta se ilumina con luz ultravioleta. Las áreas expuestas del material LPSM se curan con la luz ultravioleta, mientras que las áreas no expuestas se lavan con un solvente, dejando una capa dura de máscara de soldadura.

Máscara de soldadura de film seco (DFSM)

La máscara de soldadura DFSM se aplica utilizando un proceso similar al de LPSM. Ambos tipos de máscara para PCB se exponen en un proceso de tipo fotolitográfico, pero, en lugar de líquido, se aplica un film seco en láminas mediante un proceso de laminado al vacío. Este paso de laminado al vacío obliga al film de máscara de soldadura sin exponer a adherirse a la placa y elimina las burbujas del film. Tras la exposición, las áreas no expuestas de la máscara de soldadura se eliminan con un solvente, y el film restante se cura mediante un proceso térmico.

Máscaras de capa superior e inferior (top y bottom)

Si lees otras guías sobre tipos de máscaras de soldadura para PCB, verás dos tipos que a menudo se mencionan: se trata de las máscaras superior e inferior. Aquí se refieren simplemente a la colocación de la máscara de soldadura en los lados superior o inferior de la placa; no a un proceso de fabricación en particular ni a un tipo específico de material.

Los pasos finales: curado y acabado de la superficie

Para aplicar los medios descritos anteriormente, es necesario limpiar las placas para eliminar el polvo. Después, pasarán por los procesos finales de endurecimiento y curado. La máscara de soldadura de epoxi líquido se cura térmicamente, sin exposición a rayos UV. Los films LPSM y DFSM se curan por exposición a rayos UV durante el proceso de fotolitografía. Tras la exposición, estos films se curan y endurecen mediante un tratamiento térmico.

Independientemente del tipo de máscara utilizado, la máscara antisoldante  resultante dejará áreas de cobre expuestas en la placa. Estas áreas expuestas deben chaparse con un acabado de superficie para prevenir la oxidación. El acabado de superficie más común es la nivelación de soldadura por aire caliente (HASL), aunque hay otros acabados populares, como el chapado no electrolítico de níquel con baño de oro (ENIG) y el chapado no electrolítico de níquel/paladio con baño de oro (ENEPIG). Se dejan orificios adicionales en la capa de máscara para la máscara de pasta si es necesario. La máscara de pasta se utiliza para acoplar pads y otros componentes a la placa de circuito impreso, y se hace de diversas maneras, dependiendo de los diferentes procesos de fabricación.

_{Recubrimiento ENIG sobre cobre expuesto a través de una máscara antisoldante de PCB.}

¿Cuál es el espesor estándar de la máscara antisoldante?

El espesor de la máscara antisoldante depende principalmente del espesor de las pistas de cobre en la placa. El espesor de las máscaras LPSM y DPSM en áreas vacías de la placa variará generalmente según la ubicación. El espesor típico de la máscara de soldadura (perpendicular a la placa) debe ser de al menos 0,8 milipulgadas. Será más delgada cerca de los bordes de las pistas y puede llegar a alcanzar 0,3 milipulgadas o menos. En general, se recomienda alrededor de 0,5 milipulgadas sobre las pistas. La máscara de soldadura de epoxi rociada puede tener un espesor más uniforme en toda la PCB.

Además de para prevenir la corrosión en las pistas de cobre, la máscara antisoldante sirve de barrera entre pads vecinos en una placa de circuito. En el caso de los pads de componentes, esto se hace definiendo un pequeño espacio entre la máscara de soldadura y los pads expuestos, conocido alivio de la máscara antisoldante. De esta forma, se crea una barrera que impide que la soldadura fundida de un pad fluya hacia un pad cercano. Esto es especialmente importante en BGA de paso fino y otros componentes con alta densidad de pines. Este pequeño alivio alrededor del borde de un pad permite que la gota de soldadura humedezca suficientemente el pad y se mantenga en su lugar, a la vez que evita la formación de puentes durante la soldadura. En este artículo, puede encontrar más información sobre cómo usar alivios de máscara de soldadura en una placa de circuito para evitar defectos en el proceso SMT.

_{No se puede ver desde lejos, pero se coloca un pequeño alivio de máscara antisoldante para PCB alrededor de los pads del CI central}

¿De qué color debe ser la máscara de soldadura?

El color de la máscara de soldadura lo determina el tinte utilizado, y las propiedades químicas del tinte influirán en el espesor de la máscara curada. Una razón por la que se utiliza mucho la máscara de soldadura verde es que permite crear barreras de máscara de soldadura muy finas (~ 0,1 mm). El uso de tintes de diferentes colores tiende a formar barreras más gruesas. Con independencia del tinte que elijas, el espesor de la máscara antisoldante  de PCB para uso en ciertos sectores o aplicaciones se define en IPC-SM-840D.

El color de la máscara de soldadura es una pieza importante a efectos de inspección visual, ya sea automática o manual. La máscara de color negro es la que ofrece menor contraste entre la placa y las pistas, lo que puede dificultar la inspección automatizada. Hay otra razón por la que se prefieren las máscaras verdes: El color de serigrafía utilizado también influirá en el contraste visual y afectará a la fatiga visual durante la inspección manual.

_{Las pistas situadas bajo esta máscara antisoldante negra pueden ser muy difíciles de ver.}

Al igual que con cualquier otro parámetro o proceso de fabricación, hay que tener en cuenta la sensibilidad de la aplicación final y planificar el diseño en consecuencia. Siempre es importante discutir las opciones de fabricación con el fabricante. Este podría incluso sugerir mejores opciones en función de sus capacidades.

¿Qué máscara de soldadura debo usar?

La elección de la máscara de soldadura adecuada depende de factores como las dimensiones físicas de la placa, sus orificios, componentes y conductores, la estructura de la superficie y la aplicación final del producto

Para empezar, si la PCB se va a utilizar en el sector aeroespacial, de telecomunicaciones, médico u otros sectores con perfil de "alta fiabilidad", deberás comprobar los estándares correspondientes, así como la aplicación a la que se va a destinar el producto en general. Estos requisitos específicos prevalecen sobre cualquier información que puedas leer en Internet.

Para la mayoría de diseños modernos de PCB, se recomienda una máscara antisoldante fotosensible. La topografía de la superficie determinará si conviene utilizar una aplicación líquida o seca. La máscara seca establece un espesor uniforme en toda la superficie, si bien se adhiere mejor cuando la superficie de la placa es muy lisa. En superficies complejas, probablemente sea más conveniente usar una máscara líquida (LPSM), ya que se obtiene un mejor contacto con las pistas de cobre y el laminado, aunque tiene la desventaja de que el espesor no es completamente uniforme en toda la superficie.

También es posible obtener diferentes acabados para la capa de la máscara. Habla con tu fabricante acerca de los productos disponibles y cómo afectarán a la producción. Un acabado mate, por ejemplo, reduce la aparición de bolas durante un proceso de reflujo de soldadura

_{Las PCB fabricadas mediante un proceso de reflujo requieren máscaras antisoldantes. El acabado de la máscara puede afectar a la calidad del reflujo}

¿Cómo incluyo la máscara de soldadura en mi composición?

Al diseñar la placa de circuito impreso, la máscara de soldadura ocupará sus propias capas (superior e inferior), tanto en la composición como en los archivos Gerber. Esto no se define en el gestor de apilado de capas, sino que se define, por lo general, como capa adicional predeterminada en las herramientas CAD. Normalmente, necesitarás un borde de 2 milipulgadas alrededor de los componentes cuando la máscara no esté perfectamente centrada. También deberás dejar una distancia mínima entre pads, a menudo de 8 milipulgadas, para evitar que se formen puentes de soldadura.

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