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Lötstopplack für Leiterplatten

by Markus Deichmann, Technical Manager

In diesem Blog werde ich die verschiedenen Aspekte des Lötstopplacks (auch bekannt als Lötstoppmaske) für Leiterplatten erörtern. Insbesondere werde ich mich auf photostrukturierbaren Lötstopplack konzentrieren und seine Zusammensetzung und wichtige Funktionen ansprechen. In diesem Zusammenhang werden wir Fragestellungen erörtern, die für Einkäufer und Techniker in der Leiterplattenproduktion wichtig sind. Folgen Sie mir bitte bei dem Versuch die Komplexität des Lötstopplacks etwas zu entwirren und Ihnen einige Fachinformationen für Ihre Fertigung an die Hand zu geben.

Woraus besteht Lötstopplack?

Lötstopplack besteht aus einem Gemisch verschiedener Substanzen, welches hauptsächlich aus Harz (z.B. Epoxid, Polyurethan, Acryl), Härter sowie Füllstoffen, Farbstoffen und UV-reaktiven Substanzen besteht.

  • Harz und Härter sind für die endgültige Festigkeit des Lacks verantwortlich. 
  • Der Lackhersteller nutzt die Füllstoffe, um unter anderem die mechanische, thermische und chemische Beständigkeit zu optimieren. Farbstoffe bestimmen die Farbe des Lacks. 
  • Eine der wichtigsten Komponenten des Lötstopplacks ist der UV-Absorber. Dadurch wird sichergestellt, dass der Lack mittels UV-Belichtung und chemischer Entwicklung fotostrukturiert werden kann.
In der Leiterplattenproduktion werden verschiedene Verfahren genutzt, um Lötstopplack zu strukturieren. Die gebräuchlichste in der Serien- und Mengenproduktion ist die Verwendung von UV-Licht mit entsprechenden Filmen für die Ober- und die Unterseite der Leiterplatte, um eine Struktur auf beiden Seiten der Leiterplatte zu belichten.

Was sind die wichtigsten Funktionen des Lötstopplacks?

Lötstopplack macht seinem Namen alle Ehre. Er stoppt das Lot und verhindert so Kurzschlüsse. Zu den gängigen Designelementen, um diese Funktion des Lötstopplacks zu erreichen, gehören:

  • Stege aus Lötstopplack zwischen einzelnen Lötpads. Diese verhindern, dass die Pads durch überschüssiges Lötzinn miteinander kurzgeschlossen werden.
  • Stege aus Lötstopplack zwischen Lötpads und Durchkontaktierungen, auch für Bauteile. Diese verhindern, dass Lötzinn unkontrolliert von einer Seite der Leiterplatte zur anderen fließt. 
  • Durch selektives Belichten bestimmter Lackflächen können Lötpads in z.B. Masseflächen gebildet werden.
Pads mit Lötstopplack definiert. Im Bild rechts ist der Bereich eingerahmt.

Isolation

Der Lötstopplack auf und zwischen den Leiterbahnen isoliert die einzelnen Leiter, verhindert Kurzschlüsse und Kriechströme durch z.B. Feuchtigkeit. Die Durchschlagsfestigkeit der Lötstopplackschicht sollte nach IPC 6012 / IPC-SM-840 mindestens 500V betragen.

Korrosionsschutz

Mit Lötstopplack beschichtete Kupferoberflächen sind vor Umwelteinflüssen und Korrosion geschützt. Die Lackschicht verhindert zudem das Eindringen von Schmutz und Fremdmaterial zwischen die Leiterbahnen während der Produktion und schützt die Kupferoberflächen vor Berührung bei der Handhabung der Leiterplatte, z.B. bei Prüfungen und Reparaturen.

Farben – matt oder glänzend

Weißer Lötstopplack wird z.B. für LED-Anwendungen verwendet, um das richtige Licht zu erhalten. Die einfachste Lösung, um ein reines Weiß zu erhalten, ist die Verwendung eines weißen Lötstopplacks anstelle eines grünen. Dadurch wird sichergestellt, dass das weiße Licht der LED vom Weiß der Leiterplatte reflektiert wird und der Endanwendung den gewünschten Effekt verleiht.

Lötstopplack ist in verschiedenen Farben auf dem Markt erhältlich. Die Standardfarben sind Grün und Weiß, für z.B. LED-Anwendungen. Andere gängige Farben sind Rot, Blau und Schwarz. Bei grünem Lötstopplack kann der Kunde zwischen mattem, halbmattem oder glänzendem Lack wählen, zum Beispiel, um den Einsatz optischer Inspektionssysteme in der Produktion zu unterstützen.

Optisches Erscheinungsbild

In der Regel unterliegen die Farben von Lötstopplacken keiner Norm (z.B. RAL). Dies liegt daran, dass photostrukturierbare Lötstopplacke bedingt lichtdurchlässig sein müssen und die Dicke der Beschichtung aus physikalischen und prozessbedingten Gründen variieren kann.

Zusätzlich beeinflusst das Layout der jeweiligen Leiterplatte die Schichtdicke des Lötstopplacks. Da der Lack während und nach der Beschichtung bedingt abfließt, ist die Schichtdicke auf den Leiterbahnen tendenziell dünner als auf dem Grundmaterial, was sich auf den Farbton der Beschichtung auswirkt. All diese Einflussfaktoren können dazu führen, dass der Farbton des Lötstopplacks auf der Leiterplatte von Produktionscharge zu Produktionscharge variieren kann, was keinen Qualitätsmangel darstellt. Da der Lötstopplack eher eine technische als eine optische Funktion haben soll, müssen die mit dem Lötstopplack beschichteten Oberflächen nicht makellos sein.

So sind z.B. leichte Kratzer und Nacharbeiten am Lötstopplack eingeschränkt zulässig. Die Norm IPC-A-600 legt fest, welche optischen Kriterien für die Akzeptanz von Leiterplatten erfüllt sein müssen und welche Abweichungen zulässig sind. Zudem hat NCAB die optischen Abnahmekriterien mit den Werken verschärft und erlaubt nur eingeschränkt Reparaturen am Lötstopplack.

Markierungen – Beschriftungen

Da sich Lötstopplack leicht fotografisch strukturieren lässt, ist es gängige Praxis, notwendige Kennzeichnungen (Hersteller- und UL-Kennzeichnungen) und Beschriftungen (Teilenummern, Bezeichnungen, Datumscodes, Hinweise) in den Lötstopplack einzubauen. Des Weiteren können Positionierungsrahmen für zusätzliche Etiketten oder Lasermarkierungen einfach in den Lötstopplack implementiert werden.

Bauteilbohrungen – Durchkontaktierungen und Lötstopplack

Entsprechend der IPC-A-600 müssen alle Durchkontaktierungen die THT-Bauteile aufnehmen frei von Lötstopplack sein. Diese Anforderung gilt jedoch nicht für “Standard”-Durchkontaktierungen. Diese dürfen Rückstände von Lötstopplack aufweisen.
Nach dem derzeitigen Stand der Technik, welcher von der IPC-A-600 dargestellt wird, sind ab einem Enddurchmesser von ≤Ø0,45 mm Rückstände von Lötstopplack zu erwarten.
Ab einem Enddurchmesser von <Ø0,3 mm sind Rückstände von Lötstopplack in der Durchkontaktierung wahrscheinlich. Die Ausprägung der Rückstände kann von punktuellen Rückständen bis zum vollständigen Verschluss der Durchkontaktierung reichen.

Kantenabdeckung

NCAB fordert von seinen Produktionen, dass die Kantenabdeckung an der Leiterbahnkante mindestens 5-8 μm aufweisen soll, abhängig von der Dicke des Basiskupfers. Dies ist wichtig um die Anforderungen der IPC-SM-840, z.B. in Bezug auf die Durchschlagsfestigkeit, zu erfüllen.

Anzahl der Schichten des Lötstopplacks

Je nach Produktion, dem verwendeten Lacktyp und den verwendeten Beschichtungsverfahren kann es sein, dass die notwendige Abdeckung der Leiterbahnkante mit Lötstopplack ab einer bestimmten endgültigen Kupferdicke (50-70 μm) nicht erreicht werden kann. Der Grund dafür wurde bereits im Abschnitt “Optisches Erscheinungsbild” beschrieben. Die Fabriken kennen ihre Prozesse gut und wissen, unter welchen Bedingungen bestimmte Layoutbereiche oder die gesamte Leiterplattenoberfläche ein zweites Mal neu beschichtet werden müssen, um die Leiterbahnkanten ausreichend mit Lötstopplack abzudecken.
Man spricht dann von einer Doppelbeschichtung.

Was gibt es sonst noch über Lötstopplack zu wissen?

Der Lötstopplackprozess und seine Prozessschritte:

  • Vorreinigung und Aufrauen der Kupferoberflächen
  • Beidseitige vollflächige Beschichtung
  • Vortrocknung (vor der Exposition) bei niedrigerer Temperatur
  • Entwicklung
  • (UV-Härtung, falls erforderlich)
  • Endhärtung bei max. Temperatur
Der PCB-Herstellungsprozess: Der Lötstopplack wird auf die gesamte PCB-Oberfläche aufgetragen. Mit Hilfe von Filmen und UV-Licht übertragen wir das Leiterplattendesign auf bestimmte Bereiche des Lötstopplacks und belichten diese. Die nicht mit UV-Licht belichteten Bereiche werden während des chemischen Entwicklungsprozesses entfernt – typischerweise sind das Bereiche, mit Lötoberflächen. Bereiche auf denen der Lötstopplack verbleibt, werden vollständig ausgehärtet und bilden eine widerstandsfähige Oberfläche.

Beschichtungsverfahren

Photostrukturierbarer Lötstopplack kann mit den folgenden Methoden aufgetragen werden.

VerfahrenEuropaAsienHinweise
SprühenJaJaVerfahrensbedingt verwendet das Werk nur einen Lacktyp für den Sprühprozess (d.h. in der Regel kann der Kunde keinen Lacktyp auswählen).
VorhanggießenJaNeinWie oben.
SiebdruckNein*JaDie Fabrik kann verschiedene Lacktypen und Farben anbieten. (* Europa) Ausnahmen können ggf. für z.B. weißen Lötstopplack gemacht werden.

Belichtungsverfahren

Photostrukturierbarer Lötstopplack kann mit den folgenden Methoden belichtet werden.

VerfahrenEuropaAsienHinweise
Manuelle FilmbelichtungJaJaManuelle Materialzufuhr und Ausrichtung des Films zum Kupferbild. Selten verwendet.
Halbautomatische FilmbelichtungJaJaManuelle Materialzufuhr, aber automatische Ausrichtung des Films zum Kupferbild.
Für mittlere Stückzahlen
Vollautomatische FilmbelichtungJaJaAutomatische Materialzufuhr und Ausrichtung des Films zum Kupferbild.
Für mittlere und große Stückzahlen
Manuelle Direktbelichtung (Laser/LED)JaJaFilmlose Direktbelichtung und manuelle Materialhandhabung. Wird für HDI, feinere Strukturen, kleinere Mengen verwendet.
Vollautomatische Direktbelichtung (Laser/LED)JaJaFilmlose Direktbelichtung und automatisches Materialhandling. Wird mit HDI verwendet, feinere Strukturen, kleinere Mengen.

Noch mehr über Lötstopplacke

Nachfolgend finden Sie weitere Details mit Bezug zu den Themen im obigen Text.
Weiteregehende Informationen erhalten Sie bitte durch unsere Design Rules und natürlich in einem persönlichen Austausch mit Ihrem NCAB-Techniker.

Andere Arten von Lötstopplack

Abziehbarer Lötstopplack
Mit abziehbaren Lötstopplacken können Bereiche der Leiterplatte für einen oder mehrere Lötvorgänge abgedeckt werden, so dass diese Bereiche z.B. beim Wellenlöten nicht vom Zinn benetzt werden können. Nach Abschluss aller Lötvorgänge kann die Lackschicht manuell entfernt werden.
Abziehbarer Lötstopplack kann innerhalb bestimmter Grenzen durchkontaktierte Löcher abdecken. Wenn größere Flächen, oder größere Löcher abgedeckt werden müssen, kann die Verwendung von selbstklebender Polyimidfolie einige Vorteile bringen.
Bitte besprechen Sie die Verwendung von abziehbarem Lötstopplack oder von selbstklebender Polyimidfolie mit Ihrem NCAB-Techniker für Ihre Anwendung ab.

Flexible Lötstopplacke
Der Einsatz von flexiblen Lötstopplacken kann für bestimmte Starrflex- und Semi-Flex-Anwendungen sinnvoll sein. Flexibler Lötstopplack deckt die Kupferstrukturen sicher ab und nimmt die Bewegungen der flexiblen Schicht auf. Alternativ kann das Kupfer auf den flexiblen Schichten auch mit Polyimidfolie kaschiert werden.

Trockenfilm-Lötstoppmaske
Trockenfilm-Lötstoppmaske wird direkt auf die Kupferoberflächen laminiert und kann Fotobelichtungsprozessen unterzogen werden. Trockenfilm wird auch für Ultra-HDI- und IC-Substrate verwendet.

Material für Lötstoppmasken

Wenn Sie einen halogenfreien Lötstopplack oder eine halogenfreie Leiterplatte benötigen, teilen Sie uns dies bitte rechtzeitig mit.

Stege aus Lötstopplack

Sind die Lackstege zwischen den Pads zu schmal, können sie nicht zuverlässig hergestellt werden. Des weiteren kann es bei der Herstellung zu einem leichten Hinterschnitt am Rand der Maske kommen, welcher die Haftflächen der Lackstege zum Grundmaterial weiter reduzieren kann. Ist der Lacksteg in den Daten bereits sehr schmal ausgeführt, kann dies in Kombination mit dem zuvor genannten Hinterschnitt zu einer Ablösung von Lackstegen führen. Um diese Effekte zu vermeiden, sollten Stege aus grünem Lötstopplack auf Standardkupferdicke eine Breite von mindestens 0,1 mm haben.
Weitere Informationen finden Sie bitte in den NCAB-Designrichtlinien.

Durch Lötstopplack-definierte Pads

Wenn es notwendig ist, Lötpads in Masseflächen zu definieren, bitten wir Sie, die Auswirkungen der Wärmeleitfähigkeit von Kupferoberflächen auf Ihrem Lötprozess zu berücksichtigen. Bei Lötstopplack-definierten Pads kann es notwendig sein, die Verbindung des Pads mit dem verbleibenden Kupfer zu reduzieren, um eine Wärmeableitung zu verhindern.

Normstandards und Akzeptanzkriterien

  • Normstandards
    Die wichtigsten Normstandards für starre Leiterplatten mit Lötstopplack sind die IPC-6012 in Kombination mit der IPC-A-600. Der Normstandard für den Lötstopplack selbst ist die IPC-SM-840. So werden beispielsweise Spannungsfestigkeiten von mindestens 500V, sowie die Unterscheidung von Lötstopplacktypen in die Klassen T (Telekommunikation) und H (hohe Zuverlässigkeit) definiert. NCAB spezifiziert Klasse T und UL94 als Mindestanforderungen für Lötstopplacke. Die Klasse H entspricht der Klasse 3 nach IPC 6012.
  • Visuelle Akzeptanzkriterien für Leiterplatten
    Die visuellen Akzeptanzkriterien für den Lötstopplack auf der Leiterplatte sind in der IPC-A-600 (einem bebilderter Fehlerkatalog) definiert.

Lötstopplacke, Farben, Auswahl und Freigaben

Rote, blaue, schwarze und weiße Lötstopplacke haben in der Regel etwas andere Verarbeitungsparameter und -eigenschaften als grüne Lötstopplacke. Das liegt daran, dass unterschiedliche Farbstoffe und Füllstoffe verwendet werden und weiße und farbige Lötstopplacke weniger lichtdurchlässig sind. Dieser Umstand wirkt sich auf Belichtungszeit und Belichtungsenergie für die Photostrukturierung und damit auf die maximale Auflösung (kleinste Struktur) des entsprechenden Lötstopplacktyps aus.

Bei der Auswahl der Lötstoppmaske prüft NCAB:

  • a.) Die Qualitätsstufe des Lötstopplacks nach IPC-SM-840 (NCAB erfordert min. Klasse T)
  • b.) Das Vorhandensein der erforderlichen UL-Zulassungen (NCAB verlangt min. UL94) in den für die Produktion ausgewählten Werken.
  • c.) In Kombination mit den anderen Anforderungen an die Leiterplatte.

UL-Zulassungen sind zeit- und kostenintensiv. Deshalb verwendet keine Fabrik alle auf dem Markt erhältlichen Farben und Arten von Lötstopplacken (UL listet über 1.600 Lacktypen). Darüber hinaus verfügt kein Werk über UL-Zulassungen für jede theoretisch mögliche Kombination aus Layout, Grundmaterial und Lötstopplack. Um die Versorgung und den Fertigungsprozess abzusichern, empfiehlt NCAB seinen Kunden Farbe und Typ des Lötstopplacks im Voraus abzustimmen.

Grüner Lötstopplack in matt oder glänzend

Für Standardanwendungen macht es keinen Unterschied, ob grüner Lötstopplack spezifiziert und ob matte, halbmatte oder glänzende Oberfläche spezifiziert wird. Es gibt jedoch Anwendungsfälle, wie z. B. anschließende Schutzlackierungen, oder Anforderungen von Endkunden, bei denen die Entscheidung, ob matter oder glänzender Lötstopplack verwendet wird, einen Unterschied für die Prozesssicherheit ausmachen kann.
Wenn Sie oder Ihr Kunde z.B. Conformal Coating verwenden möchten, oder wenn Ihr Endkunde Anforderungen an das Erscheinungsbild hat, kontaktieren Sie uns bitte.

Markierungen und Kennzeichnungen – maschinenlesbare Kennzeichnungen

Schriftgröße, Schriftbreite und Zeichenabstand von Markierungen und Kennzeichnungen im Lötstopplack sollten 125 μm nicht unterschreiten.

Ist eine maschinenlesbare Markierung erforderlich, empfiehlt sich eine enge Zusammenarbeit mit NCAB zur Definition des lesbaren Inhalts, dessen Nomenklatur, notwendiger Zeichengrößen, sowie des Untergrunds und der Position.

Durchkontaktierungen und Lötstopplackreste

Lötstopplackrückstände in Durchkontaktierungen sind hauptsächlich auf 3 Faktoren zurückzuführen.

  • a.) Je kleiner die Durchmesser der Durchkontaktierungen sind, desto wahrscheinlicher ist es, dass sie wie ein Sieb funktionieren, das größere Partikel auffängt. Das heißt, je kleiner die Durchkontaktierungen, desto größer ist das Risiko von Rückständen und Durchkontaktierungen.
  • b.) 2 Faktoren sind für die Aushärtung von Lötstopplacken verantwortlich. Der größte Faktor ist die Belichtungsenergie, die auf den Lack ausgeübt wird, welche die Polymerisation auslöst und den Lötstopplack “strukturiert”. Ein weiterer Faktor ist der Einfluss von “Temperatur und Prozesszeit”. Je kleiner die Durchkontaktierung, desto größer ist das Risiko, dass der Lack während des Trocknungsprozesses vor der Belichtung beginnt zu polymerisieren, d.h. auszuhärten.
  • c.) Spülen – die Reinigung der Durchkontaktierung im Entwicklungsprozess wird bei kleinen Durchmessern immer schwieriger.
Via-EnddurchmesserKreisumfangKreisfläche
Ø0,3 mm0,942 mm0.071 mm²
Ø0.4 mm1,257 mm0.126 mm²
Ø0.5 mm1,571 mm0.196 mm²

Aus diesem Grund empfiehlt NCAB die Verwendung eines Via-Schutzes nach IPC 4761 (Typ V, VI oder VII) für Durchkontaktierungen mit einem Enddurchmesser von ≤0,45 mm für eine prozesssichere Anwendung des Lötstopplacks.

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