Kuusi yleistä juotosmaskivirhettä, jotka jokaisen PCB-suunnittelijan pitäisi tietää

Juotosmaskin suunnitteluvirheet ovat yleisiä ongelmia PCB-valmistus jotka voivat johtaa huonoon juottamiseen, oikosulkuun tai tuotantokustannusten nousuun. Alla on kuuden keskeisen virheen systemaattinen erittely sekä niiden taustalla olevien syiden ja ennaltaehkäisevien strategioiden perusteellinen analyysi, jonka tarkoituksena on auttaa sinua rakentamaan saumaton yhteys suunnittelusta valmistukseen.

Kuusi kriittistä juotosmaskivirhettä ja niiden juurisyyt

1. Riittämätön juotosmaskin välys

Ydinongelma

Juotosmaskin välys tarkoittaa vierekkäisten johtavien piirteiden (tyynyjen, jälkien, läpivientien) välillä säilyneen juotosmaskin musteen leveyttä. Kun välys on pienempi kuin prosessikapasiteetti (tyypillisesti < 4 mils / 0,1 mm), mustetta ei välttämättä säilytetä kokonaan kehityksen aikana, jolloin syntyy puuttuvia tai liian ohuita "juotosmaskipatoja". Myöhemmän juottamisen aikana sula juote voi helposti levitä näiden aukkojen läpi aiheuttaen juotossiltoja.
Syvempi oivallus: Tämä kysymys on erityisen kriittinen seuraavilla alueilla Suuren tiheyden yhteenliitäntä (HDI) -levyihin tai BGA-paketteihin. Suunnittelijoiden on otettava huomioon staattisen etäisyyden lisäksi myös juotospastan laajenemisvaikutus lämpöjuotosjaksojen aikana.
Ratkaisu: Noudata tiukasti "4 mailin sääntö" vähimmäisvaatimuksena. Jos kyseessä ovat 01005-kokoluokan tai pienemmät komponentit, varmista valmistajan lopulliset prosessivalmiudet. Harkitse käyttöä Juotosmaski määritetty (SMD) pad malleja, joiden avulla voidaan tarvittaessa säätää tarkasti tyynyn muotoa ja välejä.

2. Epätarkka juotosmaskin avaaminen (SMO)

Ydinongelma: Aukkojen väärä koko tai muoto ilmenee kolmella tavalla: liian pienet aukot peittävät osittain tyynyt, mikä vaikuttaa juotettavuuteen; liian suuret aukot paljastavat viereisen kuparin, mikä aiheuttaa oikosulku- tai korroosioriskin; liian monimutkaiset muodot (terävät kulmat, ohuet viivat) ylittävät kuvantamisen (esim. LDI) tai silkkipainatuksen tarkkuusrajat aiheuttaen kuvion vääristymistä.
Syvempi oivallus: Aukon suunnittelussa on otettava huomioon juotosprosessi. Esimerkiksi aaltojuottamisessa käytettävät läpivientireiät vaativat suurempia aukkoja riittävän reiän täyttymisen varmistamiseksi, kun taas ylimitoitetut aukot SMD-tyynyjen reflow-juottamisessa saattavat aiheuttaa kivettymistä.
Ratkaisu: Seuraa empiiristä sääntöä "2-4 mils per puoli" kuparialustan ulkopuolella. Tarkkuustyynyjen osalta on toimitettava erilliset juotosmaski Gerber-tiedostot valmistajan tarkistusta varten. Vältä epätyypillisiä muotoja; suosi pyöristettyjä suorakulmioita tai soikioita.

3. Juotosmaskin rekisteröintivirhe

Ydinongelma: Juotosmaskin ja alla olevan kuparikerroksen välinen virheellinen kohdistus johtuu tyypillisesti valomaskin muodonmuutoksesta, laajenemisesta tai supistumisesta piirilevyn laminoinnin aikana tai epätarkasta valotuksen kohdistuksesta. Pienet siirtymät voivat johtaa juotosmaskin peittymiseen tyynyn reunojen yli, kun taas vakava virheasento voi aiheuttaa täydellisen siirtymisen.
Syvempi oivallus: Tämä ongelma liittyy läheisesti piirilevyn piirilevyyn. Lämpölaajenemiskerroin (CTE) ja valmistustoleranssit. Kohdistamisen valvonta on monimutkaisempaa monikerroksisissa levyissä, koska laminointikierroksia on useita verrattuna kaksipuolisiin levyihin.
Ratkaisu: Sisällytä globaalit vakuusmaksut ja kerros kerrokselta kerrokselle suunnittelussa. Ilmoita valmistajalle selkeästi kriittisten alueiden (esim. hienojakoiset IC:t) kohdistustoleranssivaatimukset. Varmista, että juotosmaskin suunnittelutiedostoissa käytetään samoja alkuperäkoordinaatteja kuin kuparikerroksissa.

4. Riittämätön juotosmaskipato (SMD)

Ydinongelma: Juotosmaskin pato on vierekkäisten tyynyjen välinen musteseinämä. Jos sen leveys on riittämätön (< 3 mils), se voi murtua valmistuksen aikana mustevirtauksen tai alivalotuksen vuoksi, jolloin se menettää fyysisen eristystehtävänsä.
Syvempi oivallus: Padon eheys ei riipu ainoastaan leveydestä, vaan myös mustetyyppi (nestemäinen valokuvauskelpoinen (LPI) muste on kuivaa kalvoa parempi tähän tarkoitukseen) ja pintakäsittely (padon muodostaminen on helpompaa ENIG-pinnoille kuin HASL-pinnoille).
Ratkaisu: Pyri juotosmaskin padon leveyteen ≥ 4 mils, jos tila sallii. Jos tämä on mahdotonta erittäin pienillä väleillä (esim. jotkut QFN-sirut), keskustele seuraavista asioista vaihtoehtoiset strategiat valmistajan kanssa, kuten Semi-Additive Process (SAP/MSAP) tai "ei patoa" -suunnittelun hyväksyminen yhdistettynä erittäin hienoihin stensiili- ja pastapainatusprosesseihin.

5. Ristiriita silkkipainokerroksen kanssa

Ydinongelma: Jos silkkipainolegendat tai -grafiikat ovat päällekkäin juotosmaskin aukkojen kanssa, muste voi valua tyynyihin tulostuksen aikana ja saastuttaa juotettavan pinnan. Lisäksi epätasaiselle juotosmaskin pinnalle tulostaminen voi tehdä legendoista lukukelvottomia.
Syvempi oivallus: Tämä ei ole pelkästään esteettinen ongelma, vaan se voi olla ongelma, koska kokoonpano ja jälkityöt. Teknikot eivät välttämättä pysty tunnistamaan juotosmaskin peittämiä komponenttien tunnuksia.
Ratkaisu: Vahvistetaan pakolliset Design for Assembly (DFA) -säännöt: Säilytä vähintään 0,15 mm:n (6 mils) välimatka silkkipainoelementin ja juotosmaskin aukon rajojen välillä. Hyödynnä EDA-työkalun ominaisuuksia automaattista silkkipainatuksen poissulkemista varten ja suorita viimeinen visuaalinen tarkastus ennen tiedoston julkaisemista.

6. Testaussuunnittelun (DFT) laiminlyönti

Ydinongelma: Jos testipisteissä (erityisesti lentävässä koettimessa tai kynsien kiinnikkeissä) ei ole riittäviä juotospeitteen aukkoja, koettimet voivat koskettaa juotospeitettä kuparin sijasta, mikä johtaa huonoon kosketukseen, testin epäonnistumiseen tai koettimen vaurioitumiseen.
Syvempi oivallus: Kun piirien monimutkaisuus kasvaa, testien kattavuuden varmistaminen on elintärkeää. Tämä virhe lisää suoraan testauskustannukset ja vianeristämisvaikeus.
Ratkaisu: Suunnittelu pyöreät juotosmaskin aukot, joiden halkaisija on ≥ 0,5 mm. kaikkien erityisten testipisteiden osalta varmistaen, että aukko on samankeskinen kupariominaisuuden kanssa. Suuren tiheyden alueilla kannattaa harkita omat testialustat or telttailun kautta testikäyttöä varten.

Neljä strategiaa juotosmaskin luotettavuuden järjestelmälliseen parantamiseen

1. Suunnittelusta valmistukseen -integraatio: Valmistuksen rajoitusten huomioon ottaminen suunnitteluvaiheessa.

Ota yhteyttä varhaisessa vaiheessa PCB-valmistajan kanssa saadaksesi heidän yksityiskohtaiset prosessimäärittelyt (prosessikapasiteettimatriisi) eri viivanleveyksille/-väleille, mustetyypeille (LPI, Dry Film) ja pintakäsittelyille (HASL, ENIG, OSP). Integroi tämä määrittely suunnittelurajoituskirjastoosi (Design Rule Set).

2. Aktiivisen kognitiivisen juotosmaskin musteen ominaisuudet

Materiaalin perusominaisuuksien ymmärtäminen: Nestemäinen valokuvauskelpoinen (LPI) muste tarjoaa korkean resoluution hienoja piirteitä varten; Juotosmaski kuiva kalvo tarjoaa erinomaisen tasaisuuden suurille alueille, mutta hieman heikomman resoluution. Korkean Tg-pitoisuuden omaavat substraatit saattavat vaatia yhteensopivia korkean Tg-pitoisuuden omaavia musteita. Pyydä toimittajilta tärkeimmät musteiden parametrit, erityisesti korkeataajuisten mallien osalta: Lämpölaajenemiskerroin (CTE), dielektrisyysvakio (Dk) ja häviökerroin (Df)..

3. Gerber-tiedostot: Gerberit: Viimeinen laadun elinehto ennen valmistusta

• Määritä selvästi, onko juotosmaskikerroksen tiedot ovat positiivinen (aukot on piirretty) or negatiivinen (aukot tyhjennetään). Tämä on yleinen tietoliikennevirheiden lähde.
• Osoitteessa irrotettavat välilehdet ja V-pistemäärän viivat, määritä, onko juotosmaskin peitettävä nämä alueet, koska tämä vaikuttaa reunojen eristykseen irrotuksen jälkeen.
• Tarjoa älykkäitä tietomuotoja, kuten IPC-356-verkkoluettelot or ODB++, joiden avulla valmistajat voivat tehdä automaattisia suunnittelun ja vedoksen vertailuja ja vähentää näin rekisteröintivirheiden riskiä.

4. Sovellusskenaarioiden erityishuomioita

• Suurtaajuus- / suurnopeuspiirit: Juotosmaskin Dk/Df vaikuttaa signaalin eheyteen. Joskus, juotosmaskin avaaminen (Soldermask Defined) tai jopa juotosmaskin täydellinen poistaminen kriittisten johtojen (esim. differentiaaliparien) yli on tarpeen impedanssin tarkkaan hallitsemiseksi.
• Suurjännitesuunnittelut: Lisää merkittävästi juotosmaskin tyhjennys johtavien ominaisuuksien välillä turvallisuusstandardien (esim. IPC-2221) mukaisesti, jotta varmistetaan riittävät virta- ja etäisyydet.
• Joustavat / jäykät joustavat piirit: Juotosmaskin musteen joustavuuden on vastattava alustaa. Taivutusalueiden aukot vaativat erityistä muotoilua ja kokoa, jotta muste ei halkeile.

Päätelmä

Juotosmaskin suunnittelu on paljon muutakin kuin pelkkää graafista kattavuutta. Se on kokonaisvaltainen suunnitteluala, jossa yhdistyvät sähköturvallisuus, juotosluotettavuus, signaalin eheys, testausmahdollisuudet ja ympäristönsuojelu. Erinomaisen piirilevysuunnittelijan tulisi nostaa juotosmaskien suunnittelu passiivisesta "sääntöjen noudattamisesta" aktiiviseen "yhteistoiminnalliseen optimointiin". Syvällinen yhteistyö valmistuskumppaneiden kanssa ja prosessituntemuksen sisäistäminen jo suunnittelun alkuvaiheessa auttaa järjestelmällisesti parantamaan tuotteiden laatua, luotettavuutta ja kilpailukykyä.

TOPFAST-suositus: Luo ja ylläpidä henkilökohtainen tai tiimipohjainen 《Juotosmaskin suunnittelun tarkistuslista》ja päivittää sitä jatkuvasti hankekokemuksen ja kehittyvien prosessitekniikoiden perusteella. Se on vankin silta, joka yhdistää poikkeuksellisen suunnittelun ja virheettömän valmistuksen.