Маска, шелкография, финишные покрытия

После травления меди плата ещё не готова. Голая медь быстро окисляется и плохо паяется, а припой норовит растечься по всем дорожкам сразу. Три верхних слоя — маска, покрытие и шелкография — превращают «медный рисунок» в плату, которую можно собрать.

Паяльная маска

Паяльная маска (solder mask, solder resist) — тонкий слой (обычно 10–30 мкм) фоточувствительного полимерного лака. Его наносят на всю плату, засвечивают через шаблон и смывают там, где должны быть окна под пайку. Классический цвет — зелёный: на нём лучше всего видно рисунок при визуальном контроле. Чёрный, белый и красный тоже бывают, но на тёмной маске хуже видны дефекты, а у некоторых производителей для цветных масок хуже и минимальная перемычка (у JLCPCB 0,2 мм для зелёной и 0,254 мм для остальных цветов).

Что делает маска:

• защищает медь от окисления и случайных замыканий;
• ограничивает растекание припоя: припой не смачивает маску и остаётся на площадке;
• немного улучшает изоляцию между близкими проводниками.

Рис. 4.6. Окно в маске делают чуть больше площадки (расширение, expansion), чтобы маска не наползла на медь при неточном совмещении. Между соседними окнами остаётся полоска маски — перемычка (dam): она не даёт припою перетечь между выводами. Если площадки стоят слишком тесно, перемычка получается тоньше минимума производителя, и окна объединяют одним общим.

Два понятия, которые понадобятся в Altium:

• Расширение маски (solder mask expansion) — насколько окно больше площадки с каждой стороны. Совмещение маски с медью неточное, и без запаса маска может наползти на площадку. Типичные значения — от нуля до нескольких сотых миллиметра. Нормы смотри у производителя: некоторые сами подгоняют окна под свою технологию.
• Перемычка маски (solder mask dam, web) — полоска маски между соседними окнами. Если она тоньше минимума производителя, её просто не будет, и выводы с мелким шагом легко закоротить припоем. У корпусов с очень мелким шагом окна иногда сознательно объединяют.

Шелкография

Шелкография (silkscreen, legend, overlay) — краска поверх маски. Производители наносят её трафаретом или, чаще, струйной печатью. Минимальная толщина линии и высота текста ограничены: например, у JLCPCB линия от 0,15 мм, текст от 1 мм.

Что должно быть на шелкографии:

• позиционные обозначения (R1, C2, U1) — рядом с компонентом и так, чтобы читались после монтажа;
• ключи и полярность: первый вывод микросхем, «+» электролитов, катод диодов и светодиодов;
• назначение разъёмов и контрольных точек: GND, +5V, TX, RX;
• название платы, ревизия, дата — пригодится, когда версий станет несколько.

Правило: шелкография не должна лежать на площадках. Производитель всё равно её оттуда срежет, но надпись станет нечитаемой, а краска на площадке испортит пайку.

Финишные покрытия

Открытую медь площадок защищают финишным покрытием (surface finish): оно сохраняет площадку паяемой до момента сборки.

Покрытие	Что это	Плюсы	Минусы
HASL	плату окунают в расплавленный оловянно-свинцовый припой и сдувают излишки горячим воздухом	дёшево, отлично паяется, долго хранится	неровная поверхность: плохо для мелкого шага и BGA; содержит свинец
LF-HASL	то же с бессвинцовым припоем	соответствует RoHS, дёшево	та же неровность, выше температура обработки
ENIG	химический никель (≈ 3–6 мкм) + тонкий слой иммерсионного золота (≈ 0,04–0,10 мкм)	идеально плоско, долго хранится, годится для BGA и мелкого шага, для контактных площадок	дороже; при нарушении техпроцесса возможен дефект «чёрная площадка» (black pad)
OSP	тонкая органическая плёнка на меди	дёшево, плоско, без металлов	короткий срок хранения, плёнку повреждают многократные нагревы и отпечатки пальцев
Иммерсионное олово (ImSn)	тонкий слой олова	плоско, хорошо паяется	ограниченное число циклов пайки, риск роста оловянных «усов» (whiskers)
Иммерсионное серебро (ImAg)	тонкий слой серебра	плоско, хорошо для высоких частот	темнеет от серы в воздухе, требует аккуратного хранения

Что выбрать для курса:

• мультивибратор и плата питания (выводные и крупные SMD-компоненты) — LF-HASL: дёшево и надёжно;
• плата с микроконтроллером в TQFP и USB-разъёмом — ENIG: плоские площадки облегчают пайку мелкого шага, позолоченные площадки не окисляются, пока ждут сборки.

Цена у большинства производителей: HASL ≈ LF-HASL < OSP < ENIG. Точные цифры смотри в калькуляторе заказа.

⚠️Внимание

HASL со свинцом и бессвинцовая сборка смешиваются плохо, а для изделий, которые продаются в ЕС, свинец запрещён директивой RoHS. Если не уверен — бери LF-HASL или ENIG.

🛠Особенность Altium

В Altium окна маски рисуются на слоях Top Solder и Bottom Solder «в негативе»: всё, что нарисовано на этих слоях, — это окна, а не сама маска. Для площадок окна генерируются автоматически по правилу Solder Mask Expansion (категория Mask). В этом же правиле есть опция Tented для тентирования переходных отверстий. Отверстия трафарета для пасты лежат на слоях Top Paste / Bottom Paste и задаются правилом Paste Mask Expansion. Шелкография — слои Top Overlay / Bottom Overlay.

Практика

1. Площадка 1,5×0,6 мм, расширение маски 0,05 мм. Каков размер окна? (1,6×0,7 мм.)
2. Шаг выводов микросхемы 0,5 мм, ширина площадки 0,3 мм, расширение 0,05 мм. Какая получится перемычка маски? Хватит ли её, если минимум у производителя 0,1 мм? (Окно 0,4 мм → перемычка 0,5 − 0,4 = 0,1 мм — ровно на пределе, лучше уменьшить расширение или объединить окна.)
3. Выбери покрытие для платы, которую закажешь сейчас, а соберёшь через год. (ENIG; OSP за год, скорее всего, потеряет паяемость.)

🧯 Типичные ошибки

Между выводами микросхемы при пайке образуются перемычки припоя

Почему Перемычка маски между окнами тоньше минимума производителя и не получилась.

Как исправить Проверь шаг выводов, ширину площадок и расширение маски. Уменьши расширение или сделай общее окно и паяй аккуратнее.

Надписи на шелкографии обрезаны или нечитаемы

Почему Текст лежал на площадках или был мельче минимума производителя.

Как исправить Держи текст не мельче 1 мм (или по нормам производителя) и вне площадок. В Altium есть правило проверки зазора шелкографии до площадок.

Плата долго лежала, и площадки перестали нормально паяться

Почему Покрытие OSP или иммерсионное серебро деградировало при хранении.

Как исправить Для долгого хранения выбирай ENIG или HASL. Платы храни в вакуумной упаковке, не трогай площадки пальцами.

Проверь себя

1. 1. Что задаёт расширение маски (solder mask expansion)?

   Толщину маскиНасколько окно в маске больше площадкиНасколько площадка больше отверстия
2. 2. Какое покрытие лучше подходит для BGA и мелкого шага?

   HASLLF-HASLENIG
3. 3. Что из этого обязательно должно быть на шелкографии?

   Логотип производителяПозиционные обозначения и метки полярности или первого выводаЗначения всех номиналов
4. 4. Как в Altium рисуются слои Top Solder и Bottom Solder?

   Нарисованное — это сама маскаНарисованное — это окна в маскеЭто слои меди

🎯Практическое задание~20 мин

Выбери три любые платы с сайта открытых проектов (например, плату Arduino, Raspberry Pi Pico или любую плату с GitHub, где есть фотографии) и определи по фото покрытие площадок (серебристое и бугристое — HASL, ровное золотистое — ENIG, медное розоватое — OSP). Объясни, почему, на твой взгляд, разработчик выбрал именно его. Добавь в свою шпаргалку из урока 4.4 минимальные размеры перемычки маски, линии и текста шелкографии у своего производителя.