Los errores de diseño de las máscaras de soldadura son frecuentes en Fabricación de PCB que pueden provocar soldaduras deficientes, cortocircuitos o un aumento de los costes de producción. A continuación encontrará un desglose sistemático de los seis errores principales, junto con un análisis en profundidad de sus causas subyacentes y estrategias preventivas, diseñado para ayudarle a construir un vínculo perfecto desde el diseño hasta la fabricación.
Los seis errores críticos de la máscara de soldadura y sus causas fundamentales
1. Insuficiente espacio libre de la máscara de soldadura
El problema central
La holgura de la máscara de soldadura se refiere a la anchura de la tinta de la máscara de soldadura conservada entre las características conductoras adyacentes (almohadillas, trazas, vías). Cuando la separación es menor que la capacidad del proceso (normalmente < 4 mils / 0,1 mm), puede que la tinta no se retenga completamente durante el desarrollo, dando lugar a "diques de máscara de soldadura" ausentes o excesivamente finos. Durante la soldadura posterior, la soldadura fundida puede extenderse fácilmente a través de estos huecos, provocando puentes de soldadura.
Una visión más profunda: Esta cuestión es especialmente crítica en torno a Interconexión de alta densidad (HDI) o paquetes BGA. Los diseñadores deben tener en cuenta no solo el espaciado estático, sino también el efecto de expansión de la pasta de soldadura durante los ciclos de soldadura térmica.
Solución: Cumplir estrictamente la "Regla de los 4 milímetros" como norma mínima. Para componentes como 01005 o más pequeños, confirme las capacidades de proceso finales del fabricante. Considere la posibilidad de utilizar Almohadilla con máscara de soldadura definida (SMD) diseños para controlar con precisión la forma y el espaciado de las almohadillas cuando sea necesario.
2. Apertura imprecisa de la máscara de soldadura (SMO)
El problema central: El tamaño o la forma incorrectos de las aberturas se manifiestan de tres maneras: las aberturas demasiado pequeñas cubren parcialmente los pads, lo que afecta a la soldabilidad; las aberturas demasiado grandes exponen el cobre adyacente, con el riesgo de cortocircuitos o corrosión; las formas demasiado complejas (ángulos agudos, líneas finas) superan los límites de precisión de la captura de imágenes (por ejemplo, LDI) o la serigrafía, provocando la distorsión del patrón.
Una visión más profunda: El diseño de la apertura debe tener en cuenta Proceso de soldadura. Por ejemplo, los orificios pasantes para la soldadura por ola requieren aberturas más grandes para garantizar un llenado suficiente del orificio, mientras que las aberturas sobredimensionadas para los pads SMD en la soldadura por reflujo podrían contribuir al tombstoning.
Solución: Siga la regla empírica de "extendiendo 2-4 mils por lado" más allá de la almohadilla de cobre. En el caso de los pads de precisión, proporcione archivos Gerber de máscara de soldadura independientes para su verificación por parte del fabricante. Evite las formas no estándar; dé prioridad a los rectángulos u óvalos redondeados.
3. Desalineación del registro de la máscara de soldadura
El problema central: La desalineación entre la máscara de soldadura y la capa de cobre subyacente suele deberse a la deformación de la fotomáscara, a la expansión o contracción durante el laminado de la PCB o a una alineación imprecisa de la exposición. Los pequeños desplazamientos pueden provocar que la máscara de soldadura cubra los bordes de los pads, mientras que una desalineación grave puede causar un desplazamiento completo.
Una visión más profunda: Este problema está estrechamente relacionado con la Coeficiente de expansión térmica (CTE) y tolerancias de fabricación. El control de la alineación es más complejo en las placas multicapa debido a los múltiples ciclos de laminación en comparación con las placas de doble cara.
Solución: Incorpore fiduciarios globales y fiduciales capa a capa en el diseño. Comunique claramente al fabricante los requisitos de tolerancia de alineación para las zonas críticas (por ejemplo, CI de paso fino). Asegúrese de que los archivos de diseño de la máscara de soldadura utilizan las mismas coordenadas de origen que las capas de cobre.
4. Presa de máscara de soldadura (SMD) inadecuada
El problema central: El dique de la máscara de soldadura es la pared de tinta que separa los pads adyacentes. Si su anchura es insuficiente (< 3 mils), puede romperse durante la fabricación debido al flujo de tinta o a la subexposición, perdiendo su función de aislamiento físico.
Una visión más profunda: La integridad de la presa no sólo depende de la anchura, sino también de tipo de tinta (la tinta fotográfica líquida (LPI) es superior a la película seca para este fin) y acabado superficial (la formación de una presa es más fácil en superficies ENIG que en HASL).
Solución: Procure que el ancho de la presa de la máscara de soldadura sea ≥ 4 mils siempre que el espacio lo permita. Para pasos ultrafinos en los que esto es imposible (por ejemplo, algunos chips QFN), consulte a estrategias alternativas con el fabricante, como el proceso semi-aditivo (SAP/MSAP) o la aceptación de un diseño "sin dique" combinado con procesos de impresión por estarcido y en pasta extremadamente finos.
5. Conflicto con la capa de serigrafía
El problema central: Si las leyendas o gráficos serigrafiados se superponen a las aberturas de la máscara de soldadura, la tinta puede fluir hacia los pads durante la impresión, contaminando la superficie soldable. Además, la impresión en la superficie irregular de la máscara de soldadura puede hacer que las leyendas sean ilegibles.
Una visión más profunda: No se trata de una mera cuestión estética, sino de un problema potencial para montaje y reelaboración. Es posible que los técnicos no puedan identificar los designadores de componentes cubiertos por la máscara de soldadura.
Solución: Establecer la obligatoriedad Normas de diseño para el montaje (DFA)Mantenga una distancia mínima de 0,15 mm (6 mils) entre cualquier elemento de serigrafía y los límites de la abertura de la máscara de soldadura. Utilice las funciones de la herramienta EDA para el mantenimiento automático de la serigrafía y realice una revisión visual final antes de liberar el archivo.
6. Descuidar el diseño para pruebas (DFT)
El problema central: Si las puntas de prueba (especialmente en el caso de las sondas volantes o las fijaciones de cama de clavos) carecen de aberturas adecuadas para la máscara de soldadura, las sondas pueden entrar en contacto con la máscara de soldadura en lugar de con el cobre, lo que provoca un contacto deficiente, fallos en las pruebas o daños en las sondas.
Una visión más profunda: A medida que aumenta la complejidad de los circuitos, es vital garantizar la cobertura de las pruebas. Este error aumenta directamente costes de las pruebas y dificultad de aislamiento de fallos.
Solución: Diseño aberturas circulares de máscara de soldadura con un diámetro ≥ 0,5 mm para todos los puntos de prueba dedicados, asegurándose de que la abertura es concéntrica con la característica de cobre. Para zonas de alta densidad, considere el uso de almohadillas de prueba específicas o a través de la tienda para acceder a la prueba.
Cuatro estrategias para mejorar sistemáticamente la fiabilidad de la máscara de soldadura
1. Integración del diseño en la fabricación: Incorporación de las limitaciones de fabricación en la fase de diseño
Comuníquese desde el principio con el fabricante de placas de circuito impreso para conocer su opinión. especificaciones detalladas del proceso (matriz de capacidad del proceso) para diferentes anchos/espacios de línea, tipos de tinta (LPI, película seca) y acabados superficiales (HASL, ENIG, OSP). Integre esta especificación en su biblioteca de restricciones de diseño (conjunto de reglas de diseño).
2. Propiedades de la tinta de máscara de soldadura cognitiva activa
Comprender las propiedades básicas de los materiales: Tinta líquida fotoimprimible (LPI) ofrece una alta resolución para los rasgos finos; Máscara de soldadura Película seca proporciona una excelente uniformidad para grandes áreas, pero una resolución ligeramente inferior. Los sustratos de alta Tg pueden requerir tintas compatibles de alta Tg. Solicite los parámetros clave de la tinta a los proveedores, especialmente para diseños de alta frecuencia: Coeficiente de expansión térmica (CTE), constante dieléctrica (Dk) y factor de disipación (Df).
3. Archivos Gerber: La última línea de vida de la calidad antes de la fabricación
- Especifique claramente si los datos de la capa de máscara de soldadura son positivo (se dibujan aberturas) o negativo (las aperturas se despejan). Esta es una fuente común de errores de comunicación.
- Para lengüetas de separación y Líneas de puntuación V, especifique si la máscara de soldadura debe cubrir estas zonas, ya que esto afecta al aislamiento de los bordes después de la depanelación.
- Proporcionar formatos de datos inteligentes como Listas de redes IPC-356 o ODB++que permiten a los fabricantes realizar comparaciones automatizadas entre el diseño y el material gráfico, reduciendo así el riesgo de errores de registro.
4. Consideraciones especiales para escenarios de aplicación
- Circuitos de alta frecuencia / alta velocidad: El Dk/Df de la máscara de soldadura afecta a la integridad de la señal. A veces, Apertura de la máscara de soldadura (Soldermask Defined) o incluso eliminación completa de la máscara de soldadura sobre trazas críticas (por ejemplo, pares diferenciales) es necesario para controlar con precisión la impedancia.
- Diseños de alta tensión: Aumentar significativamente la limpieza de la máscara de soldadura entre los elementos conductores según las normas de seguridad (por ejemplo, IPC-2221) para garantizar las distancias de fuga y separación adecuadas.
- Circuitos flexibles / rígido-flexibles: La flexibilidad de la tinta de la máscara de soldadura debe coincidir con la del sustrato. Las aberturas en zonas de curvatura requieren un diseño especial en forma y tamaño para evitar que la tinta se agriete.
Conclusión
El diseño de máscaras de soldadura es mucho más que una simple cobertura gráfica. Es una disciplina de ingeniería global que integra seguridad eléctrica, fiabilidad de la soldadura, integridad de la señal, acceso a pruebas y protección medioambiental. Un excelente diseñador de PCB debe elevar el diseño de máscaras de soldadura del "cumplimiento de normas" pasivo a la "optimización colaborativa" activa. Colaborando estrechamente con los socios fabricantes e interiorizando el conocimiento del proceso en la fase inicial del diseño, se puede mejorar sistemáticamente la calidad, fiabilidad y competitividad del producto.
Recomendación TOPFAST: Crear y mantener un sistema personalizado o de equipo 《Lista de comprobación del diseño de la máscara de soldadura》y actualizarla continuamente con la experiencia de los proyectos y la evolución de las tecnologías de proceso. Es el puente más sólido que une un diseño excepcional con una fabricación impecable.