solder mask چیست؟ دلایل استفاده از چاپ سبز pcb
solder mask چیست و چرا رنگ سولدر یا محافظ اهمیت دارد؟ چاپ سبز یا سولدر ماسک یک لایه نازک رنگ است که معمولا بر روی محل هایی از خطوط های مسی که محل مونتاژ قطعه نیستند قرار می گیرد .حتما تاکنون برد های الکترونیکی را با رنگ سبز دیده اید. ولی با این وجود در چند سال اخیر این استاندارد در حال تغییر است و رنگ محافظ بردهای الکترونیکی از انحصار رنگ سبز خارج شده است. اما بهترین گزینه برای مصرف کنندگان و تولید کنندگان چیست؟
solder mask چیست؟
سولدر ماسک لایه محافظتی نازک از جنس پلیمر است که از اکسید شدن مسیرهای مسی چاپ شده بر روی برد الکترونیکی جلوگیری می کند. این لایه مانعی برای ایجاد اتصالات ناخواسته بین دو هادی است. علاوه بر حفاظت از اتصالات الکتریکی، بهبود کیفیت ساخت مدارات چاپی و کاهش خطر خرابی و عیب‌های عملکردی، را فراهم میکند. به همین دلیل استفاده از چاپ سبز یا solder mask در تولید PCB از اهمیت بالایی برخوردار است. با در نظر گرفتن این موارد، استفاده از سولدر ماسک در PCB، بهبود عملکرد و کیفیت ساخت مدارها را تضمین میکند و از خطراتی مانند اکسیداسیون ، اتصال کوتاه و.. جلوگیری میکند.
چاپ سبز را با نام های دیگر نیز می شناسند مانند :
- چاپ محافظ
- چاپ سولدر ماسک
- چاپ رنگی
- چاپ محافظ لحیم کاری
- و…
روش های پیاده سازی solder mask چیست؟
رنگی که روی بردهای مدار چاپی مشاهده می کنید به نام رنگ محافظ، لایه محافظ، لایه مقاوم در برابر لحیم کاری و یا سولدر ماسک شناخته می شود.
پس از اعمال رنگ محافظ بر روی PCB با فرآیندی با نام فوتولیتوگرافی باید بخش های مشخص شده ای از آن برداشته شود تا امکان اتصال قطعات و شرایط لحیم کاری فراهم شود. در پروسه تولید بردهای مدار چاپی، برای ایجاد الگو های هندسی مشخص برای هر لایه از فوتولیتوگرافی استفاده می کنند. به طور مشابه با مراحل قبل در فوتولیتوگرافی مرحله چاپ سولدر ماسک، از یک ماده شیمیایی حساس به نور به نام فوتورزیست بهره می برند. برای برداشتن بخش های مشخص از رنگ محافظ، گراف های لازم بر روی فیبر یا ویفر (Wafer) با کمک فوتورزیست، چاپ شود.
در این مرحله با استفاده از فایلی به نام گربرفایل (Gerber file) یک پلات تهیه می شود. در این پلات بخش های تیره مشخص کننده ی قسمت هایی از لایه محافظ است که برداشته خواهند شد. لایه فوتورزیست روی برد اعمال می شود و برد به همراه فوتوپلات وارد دستگاه تابش نور فرابنفش و به آن نور UV تابیده می شود. بخش های که نور UV را دریافت کرده اند سخت می شوند. در بخش بعدی برد با مواد شیمیایی شویند، شسته می شود و قسمت های از رنگ محافظ و فوتورزیست که مورد تابش UV قرار نگرفته اند، از روی PCB برداشته می شوند. به این صورت دهانه های لازم برای نصب قطعات و لحیم کاری بر روی سولدر ماسک پدید می آید.
از منظر عملکرد برد الکترونیکی، رنگ محافظ به ندرت تفاوتی ایجاد می کند. عملکرد اصلی این لایه حفاظت است که هر رنگ قادر به انجام کامل آن می باشد. اگر چه انتخاب رنگ محافظ برای بررسی و یافتن نقص در برد بسیار حیاتی است. رنگ با کنتراست بالا مانند رنگ سبز در انتخاب رنگ مناسب برای محافظ در اولویت است. چرا که بیشترین میزان وضوح دید برای یافتن مسیرها (Tracks) بر روی PCB را ارائه می دهد و این نکته در نمونه سازی و آزمایش برد مدار چاپی اهمیت زیادی دارد.
موارد مهم در انتخاب رنگ محافظ مناسب
انتخاب ها برای رنگ بردهای الکترونیکی می تواند بسیار متنوع و با اهداف مختلفی از جمله موارد زیر باشد:
- شناسایی: امکان دارد بعضی از تولیدکنندگان رنگ بردهای خود را متنوع انتخاب کنند تا بتوانند بین بردهای الکترونیکی خود تفاوت ایجاد کنند تا آسان تر شناسایی شوند. همچنین ممکن برای PCB های نمونه خود از یک رنگ خاص استفاده کنند. این تفاوت رنگی در محیط هایی که تنوع کاری بالایی دارند، می تواند هم به کنترل کیفیت بهتر محصولات و هم به نگهداری و تعمیر فنی آسان تر کمک کند.
- زیبایی شناسی: برای عموم مردم که نگاه تخصصی نسبت به بردهای الکترونیکی ندارند، رنگ محافظ تنها از لحاظ زیبایی اهمیت دارد. تفاوت رنگ PCB تنها می تواند تفاوت چشم نوازی برای مصرف کننده نهایی ایجاد کند. برخی از تولیدکنندگان محصولات الکترونیکی، از رنگ محافظ برای منحصربه فرد کردن و فروش بهتر محصولات خود بهره می برند مخصوصاً زمانی که این محصولات در محیطی استفاده شود که قابل رویت باشند.
- قابلیت انعکاس: رنگ محافظ نقش مهمی در بازتاب نور و هدایت گرما ایفا می کند. این نکته در برخی از زمینه ها مانند ساخت PCB برای لامپ LED بسیار مهم می باشد.
بهترین رنگ محافظ برای PCB پروژه شما کدام است؟ در ادامه پنج رنگ رایج در تولید بردهای مدار چاپی را بررسی خواهیم کرد و معایب و مزایا هر مورد را مشخص می کنیم.
اگر ایده ای دارید که وقت یا شرایط طراحی و اجرای آن را ندارید، ما در مرصا در خدمت شما هستیم و می توانید برای سفارش طراحی هر گونه مدار، برد الکترونیکی و PCB روی کمک ما حساب کنید. همچنین می توانید برای سفارش بر روی دکمه زیر کلیک نمایید.
مزایا و معایب انواع رنگ های چاپ محافظ (چاپ سبز)
شاید با خودتان بگویید اگر اسم این چاپ ، چاپ سبز است ، پس انواع رنگ چه معنایی دارد؟! همانطور که در بالاتر اشاره شد چاپ سبز با نام های دیگری نیز شناخته می شود ( چاپ محافظ ، چاپ سولدر و…) و دلیل اینکه این اسامی دیگر نیز شکل گرفته اند به همین خاطر است که چاپ سبز در رنگ های دیگر هم ایجاد می شود. در اصل باید به آن، چاپ سولدر یا محافظ گفت. اما دیگر چاپ سبز در بازار جا افتاده است و همه با این نام آشنا تر هستند.
۶ مورد از پرکاربرد ترین رنگ های چاپ سبز عبارتند از:
- رنگ سبز :پر مصرف ترین رنگ در این نوع چاپ ها است.
- رنگ قرمز :بعد از رنگ سبز میتوان گفت یکی دیگر از پر کاربرد ترین رنگ ها در چاپ سولدر ، رنگ قرمز است.
- رنگ آبی :رنگ آبی نیز همانند رنگ قرمز ، طرفداران زیادی دارد و زیبایی چشم نوازی نیز به PCB می دهد.
- رنگ مشکی : از رنگ مشکی نیز در تولید PCB ها استفاده میشود که اکثرا در کاربرد های خاص خودشان استفاده می شود.
- رنگ سفید: این رنگ هم ، همانند رنگ مشکی ، معمولا در PCB های خاصی کاربرد دارد.
- رنگ شفاف یا بدون رنگ : یک نوع سولدر ماسک دیگر هم وجود دارد که رنگ خاصی ندارد و فقط یک پوشش بالای PCB ایجاد میکند که کاربرد خاصی هم دارد.
رنگ سبز
در بازار کنونی، رنگ سبز رایج ترین انتخاب برای محافظ PCB می باشد. دلایل خوبی نیز برای این امر وجود دارد. سبز بیشترین کنتراست بصری را بین تمام رنگ های موجود دارد و بهترین وضوع دید را برای مسیرها، لایه ها و فضای های خالی ارائه می کند. همین مورد، رنگ سبز را برای تعمیر و نگهداری بسیار مطلوب می کند.
به دلیل محبوبیت آن، تقریباً در تمام کارخانه های تولید کننده PCB موجود و در حجم بالا قابل دسترس است. رنگ سبز به عنوان رنگ جهانی برای بردهای الکترونیکی در سراسر دنیا در نظر گرفته می شود. همچنین همین دلایل، این رنگ را به ارزان ترین رنگ موجود در بازار تبدیل کرده است. به لطف تحقیق و توسعه های زیادی که بر روی آن انجام شده، می تواند نازکترین ضخامت برای لایه محافظ را ارائه دهد و کوچکترین بخش ها را، جهت جلوگیری از Solder Bridges، پوشش دهد.
رنگ قرمز
رنگ قرمز از لحاظ بصری جلب توجه زیادی می کند و این مطلب می تواند دلیلی باشد برای انتخاب آن در طراحی سخت افزارهایی که برد الکترونیکی آن از بیرون قابل مشاهده است. با اینکه این رنگ به یکی از رنگ های جذاب و جایگزین برای رنگ سبز تبدیل شده است، باز هم نسبت به رنگ سبز که استانداردی برای PCB ها در نظر گرفته می شود، از کنتراست و میزان وضوح دید کمتری برخوردار است. تکنسین هایی که امور تعمیر و نگهداری بردهای الکترونیکی را انجام می دهند برای بررسی PCB های قرمز به ذره بین (یا لوپ) قوی تری نیاز خواهند داشت تا بتوانند نقص های این بردهای مدار چاپی را بیابند.
رنگ قرمز عموماً به علت جذابیت ظاهری مورد انتخاب قرار می گیرد تا عملکرد آن.
رنگ آبی
آبی دومین رنگ رایج به عنوان جایگزین رنگ سبز در ساخت PCB های محصولات الکترونیکی حساب می شود. ولی کنتراست کمتری نسبت به رنگ سبز، زرد و قرمز به عنوان لایه محافظ برای بردهای مدار چاپی دارد. از آن جایی که مارکاژ (Silkscreen) روی این رنگ به خوبی دیده و خوانده می شود به رنگ منتخب برای بردهای آردوینو (Arduino) تبدیل شده است. معمولاً رنگ آبی در نمونه سازی تجهیزات الکترونیکی منبع باز (Open-source) بیشتر مشاهده می شود. شاید انتخاب این رنگ برای این محصولات، به اینکه در نمونه سازی و نقشه ساخت از واژه ی “چاپ آبی (Blue Print)” استفاده می شود ارتباطی داشته باشد.
انتخاب آبی به عنوان رنگ محافظ PCB هایی که در پشت صفحه نمایش ها نصب می شود، گزینه مناسبی می باشد.
رنگ مشکی
محافظ مشکی رنگ، گران ترین گزینه برای لایه سولدر ماسک است و در مقایسه با رنگ های دیگر معمولاً به زمان بیشتری برای تولید نیاز دارد. رنگ مشکی مستعد جذب گرما است و در کاربردهای حرارت بالا، انتخابی نامطلوب خواهد بود. به علاوه این، کنتراست بسیار کمی دارد و انجام تعمیرات و سایر عملیات فنی روی آن را به شدت دشوار می کند. در کنار همه این موارد، رنگ مشکی بیشترین نرخ خطا را در طول فرآیند تولید دارد.
با توجه به همه این مسایل و نگرانی ها چرا هنوز برخی از شرکت ها مانند اپل (Apple) از رنگ مشکی به عنوان رنگ مورد علاقه خود برای PCB های محصولاتش استفاده می کند؟
با اینکه کنتراست و وضوح مسیرهای هادی روی PCB های مشکی پایین است، کنتراست بالایی با مارکاژ که معمولاً به رنگ سفید می باشد، دارد و همین علت سبب می شود مارکاژ به خوبی قابل مشاهده باشد. همچنین کمترین انعکاس نور را دارد از این رو برای کاربردهایی که نور و بازتاب آن نامطلوب است، گزینه ی ایده آلی به حساب می آید.
ممکن است جذابیت بصری رنگ مشکی برای لایه محافظ PCB، برای شرکت هایی مانند اپل، که طراحی شیک و ظریف در الویت است، مهم باشد. اما از نظر کاربردی و فنی، کار کردن با رنگ مشکی دشوار و همراه با چالش خواهد بود. حتماً قبل از سفارش PCB با رنگ محافظ مشکی تمام موارد گفته شده را به دقت مورد توجه قرار دهید تا در پروژه خود به مشکل برنخورید.
رنگ سفید
یک PCB سفید حتی کنتراست کمتری نسبت به PCB سیاه دارد که باعث می شود از لحاظ بازرسی بصری، دشوارترین باشد. همچنین خاک جمع شده در طول زمان و آلودگی روی رنگ سفید به وضوح دیده می شود. این رنگ چه کاربردی می تواند داشته باشد ؟
به طور متداول برای ساخت برد مدار چاپی لامپ های LED از محافظ سفید رنگ بهره می برند مخصوصاً زمانی که بر زیر سطوح با رنگ های روشن به کار می روند. چرا که رنگ سفید کمترین تاثیر رو بر روی نور و رنگ آن می گذارد و علاوه بر این در زمان خاموش بودن لامپ به خوبی با رنگ بدنه ترکیب می شود و از نظر ظاهر و زیبایی خللی ایجاد نمی کند. از طرفی چون رنگ سفید بیشترین انعکاس نور را در بین همه رنگ ها دارد، در هنگام روشن بودن لامپ، بیشترین شدت نور را فراهم می کند.
از لحاظ جنس و متریال همه رنگ های محافظ مشابه هم نیستند در هنگام سفارش PCB برای لامپ ال ای دی، مطمئن شوید که تولید کننده بردهای مدار چاپی شما از متریالی استفاده کند که بیشترین ضریب انعکاس را داشته باشد. این مورد به کیفیت نور خروجی محصولات شما کمک خواهد کرد.
لایه Silkscreen یا مارکاژ PCB
آخرین مطلب در بحث solder mask چیست، مارکاژ است. شما باید در انتخاب رنگ سولدر ماسک توجه داشته باشید که لایه مارکاژ بر روی این رنگ چگونه دیده خواهد شد. رنگ محافظ با رنگ ماکاژ باید کنتراست کافی داشته باشد تا خواندن موارد روی آن با دشواری همراه نباشد. بر خلاف لایه محافظ برد مدار چاپی که از جنس پلیمر است، مارکاژ با استفاده از جوهر فرموله شده روی PCB چاپ می شود.
عملکرد این لایه به طور ویژه در راستای کمک به مونتاژ بردهای الکترونیکی در نظر گرفته شده است. باید از فونت هایی که از خوانایی خوبی برخوردار می باشند، بهره برد. این مطلب برای افرادی که PCB ها رو به صورت دستی مونتاژ می کنند و کارکنانی که در بخش بازرسی و کنترل کیفیت فعالیت می نمایند، اهمیت بالایی دارد.
مانند لایه سولدر ماسک و سایر لایه های PCB، لایه مارکاژ از گربر فایل پروژه استخراج می شود.
در حالی که رنگ لایه محافظ برای هر PCB قابل سفارشی سازی است، باز هم در هنگام سفارش برد مدار چاپی، در نظر داشته باشید مهمترین نکته، کنتراست و وضوح دید کافی بر روی برد می باشد.
متداولترین رنگ برای مارکاژ، سفید است زیرا از لحاظ تجربی و بصری بهترین گزینه می باشد و کنتراست کافی را با انواع رنگ های رایج برای لایه محافظ PCB، دارد.
بررسی عملکرد و کاربرد رنگ محافظ
رنگ انتخاب شده برای لایه محافظ برد مدار چاپی در عملکرد برد الکترونیکی کمترین تاثیر را دارد. البته همانطور که در بخش های قبلی گفته شد، برای برخی از کاربردها استثنائاتی برای این قانون وجود دارد به عنوان مثال رنگ مشکی جذب حرارت بالایی دارد و برای استفاده در کاربردها و محیط های حرارت بالا مناسب نیست. با این حال باز هم به طور معمول رنگ محافظ بر عملکرد کلی برد الکترونیکی تاثیر نخواهد گذاشت.
در طراحی محصولات و تجهیزات الکترونیکی همه چیز به مدار الکترونیکی زیر آن ختم نمی شود. برای محصولاتی مانند مانیتور کامپیوتر، صفحه نمایش تلویزیون و روشنایی LED، رنگ روی PCB بسیار اهمیت دارد. کیفیت و فروش این وسایل در گرو عملکرد هر چه بهتر در بعد بصری است. برای این منظور، انتخاب رنگ محافظ مناسب برای بدست آوردن بهترین نتیجه بسیار مهم می باشد.
به علاوه رنگ PCB از لحاظ زیبایی و ظاهری می تواند در برخی از محصولات الکترونیکی نقش بسزایی بازی کند و نظر ایده خاصی را به خود جلب کنند. برای مثال می توان به کارت گرافیک، برد اصلی و کارت حافظه در کامپیوترهای مخصوص بازی اشاره کرد. انتخاب رنگی غیر از سبز و زرد برای PCB، ممکن است پروسه تعمیر و نگهداری را مشکل تر کند ولی می تواند برای مخاطبانی که خواستار خرید این محصولات هستند جذاب تر باشد.
از دید فنی، رنگ سبز بی رقیب و شکست ناپذیر است. چرا که بیشترین تحقیق و توسعه روی آن صورت گرفته، کنتراست بالایی دارد، نازکترین پوشش را می تواند فراهم کند و از لحاظ قیمتی مقرون به صرفه ترین گزینه موجود در بازار است. فقط استثنائاتی می توان قائل شد که آن هم کاملاً وابسته به هدف از محصول نهایی است.
کلام آخر
solder mask چیست؟ سولدر ماسک یا چاپ سبز نوعی پوشش است که بر روی سطح PCB شکل می گیرد و مزیت های زیادی از قبیل: محافظت در برابر خوردگی، محافظت در برابر آسیب های محیطی، محافظت از اتصال کوتاه، زیبایی و… دارد. در واقع چاپ سبز یک اصطلاح است و با نام های دیگری مثل: چاپ محافظ، چاپ سولدر ماسک، چاپ محافظ لحیم کاری و… نیز شناخته می شود. این چاپ در رنگ های مختلفی بر روی PCB ها شکل می گیرد که در اکثر موارد از رنگ سبز استفاده می شود، اما برای زیبایی هم در بعضی مواقع از رنگ های آبی و قرمز نیز استفاده می شود.
شرکت مرصا الکترونیک آماده ارائه هر گونه خدمات طراحی، چاپ و مونتاژ بردهای الکترونیکی در راستای افزایش رضایت شما بزرگواران است. برای سفارش هر نوع PCB می توانید از طریق اینترنتی اقدام به ثبت سفارش نمایید.
منبع:
https://www.pcbnet.com/blog/what-is-solder-mask-color-selecting-the-right-option-for-your-product
