Sei errori comuni nelle maschere di saldatura che ogni progettista di circuiti stampati dovrebbe conoscere

Gli errori di progettazione delle maschere di saldatura sono frequenti in Produzione di PCB che possono portare a saldature scadenti, cortocircuiti o un aumento dei costi di produzione. Di seguito viene presentata una ripartizione sistematica dei sei errori principali, insieme a un'analisi approfondita delle cause che li determinano e delle strategie di prevenzione, per aiutarvi a creare un collegamento continuo tra la progettazione e la produzione.

I sei errori critici delle maschere di saldatura e le loro cause principali

1. Spazio insufficiente per la maschera di saldatura

Il problema principale

Il gioco della maschera di saldatura si riferisce alla larghezza dell'inchiostro della maschera di saldatura conservato tra elementi conduttivi adiacenti (piazzole, tracce, vias). Quando il gioco è inferiore alla capacità del processo (in genere < 4 mils / 0,1 mm), l'inchiostro potrebbe non essere completamente trattenuto durante lo sviluppo, con il risultato di "dighe di maschera di saldatura" mancanti o eccessivamente sottili. Durante la successiva saldatura, la saldatura fusa può facilmente diffondersi attraverso questi spazi, causando un ponte di saldatura.
Approfondimento: Questo problema è particolarmente critico quando Interconnessione ad alta densità (HDI) o pacchetti BGA. I progettisti devono considerare non solo la spaziatura statica, ma anche l'effetto di espansione della pasta saldante durante i cicli di saldatura termica.
Soluzione: Rispettare rigorosamente il "Regola dei 4 millimetri" come standard minimo. Per componenti come 01005 o più piccoli, confermare le capacità di processo finali del produttore. Considerare l'utilizzo di Pad con maschera di saldatura definita (SMD) per controllare con precisione la forma e la spaziatura dei pad, quando necessario.

2. Apertura imprecisa della maschera di saldatura (SMO)

Il problema centrale: Le dimensioni o la forma errate delle aperture si manifestano in tre modi: le aperture troppo piccole coprono parzialmente le piazzole, compromettendo la saldabilità; le aperture troppo grandi espongono il rame adiacente, con il rischio di cortocircuiti o corrosione; le forme troppo complesse (angoli acuti, linee sottili) superano i limiti di precisione dell'imaging (ad esempio, LDI) o della serigrafia, causando la distorsione del modello.
Approfondimento: La progettazione dell'apertura deve considerare Processo di saldatura. Ad esempio, i fori passanti per la saldatura a onda richiedono aperture più grandi per garantire un riempimento sufficiente del foro, mentre le aperture sovradimensionate per le piazzole SMD nella saldatura a rifusione possono contribuire al tombstoning.
Soluzione: Seguire la regola empirica del "Estensione di 2-4 millimetri per lato". oltre la piazzola di rame. Per le piazzole di precisione, fornire file Gerber della maschera di saldatura separati per la verifica del produttore. Evitare forme non standard; privilegiare rettangoli o ovali arrotondati.

3. Disallineamento della registrazione della maschera di saldatura

Il problema centrale: Il disallineamento tra la maschera di saldatura e lo strato di rame sottostante è tipicamente causato dalla deformazione della fotomaschera, dall'espansione o dalla contrazione durante la laminazione del PCB o da un allineamento impreciso dell'esposizione. Piccoli spostamenti possono causare la copertura della maschera di saldatura sui bordi delle piazzole, mentre un grave disallineamento può causare uno spostamento completo.
Approfondimento: Questo problema è strettamente correlato al PCB Coefficiente di espansione termica (CTE) nonché tolleranze di produzione. Il controllo dell'allineamento è più complesso per i pannelli multistrato a causa dei molteplici cicli di laminazione rispetto ai pannelli a doppia faccia.
Soluzione: Incorporare fiduciari globali nonché fiduciali da strato a strato nel progetto. Comunicare chiaramente al produttore i requisiti di tolleranza di allineamento per le aree critiche (ad esempio, i circuiti integrati a passo fine). Assicurarsi che i file di progettazione della maschera di saldatura utilizzino le stesse coordinate di origine degli strati di rame.

4. Danno inadeguato della maschera di saldatura (SMD)

Il problema centrale: La diga della maschera di saldatura è la parete di inchiostro che separa le piazzole adiacenti. Se la sua larghezza è insufficiente (< 3 mil), può rompersi durante la produzione a causa del flusso di inchiostro o della sottoesposizione, perdendo la sua funzione di isolamento fisico.
Approfondimento: L'integrità della diga non dipende solo dalla larghezza, ma anche da tipo di inchiostro (l'inchiostro liquido fotoimmaginabile (LPI) è superiore alla pellicola asciutta per questo scopo) e finitura superficiale (la formazione di una diga è più facile sulle superfici ENIG che su quelle HASL).
Soluzione: Se lo spazio lo consente, puntare a una larghezza della diga della maschera di saldatura ≥ 4 mil. Per i passi ultrafini in cui ciò non è possibile (ad esempio, alcuni chip QFN), discutere con strategie alternative con il produttore, come il processo semi-aggiuntivo (SAP/MSAP) o l'accettazione di un design "senza diga" abbinato a processi di stampa in pasta e stencil estremamente fini.

5. Conflitto con lo strato serigrafico

Il problema centrale: Se le legende o la grafica serigrafica si sovrappongono alle aperture della maschera di saldatura, l'inchiostro può fluire nelle piazzole durante la stampa, contaminando la superficie saldabile. Inoltre, la stampa sulla superficie irregolare della maschera di saldatura può rendere illeggibili le legende.
Approfondimento: Non si tratta di un problema meramente estetico, ma di un problema potenziale per assemblaggio e rilavorazione. I tecnici potrebbero non essere in grado di identificare i designatori dei componenti coperti dalla maschera di saldatura.
Soluzione: Stabilire l'obbligatorietà Regole di progettazione per l'assemblaggio (DFA)mantenere uno spazio minimo di 0,15 mm (6 mils) tra qualsiasi elemento di serigrafia e i confini dell'apertura della maschera di saldatura. Utilizzare le funzioni dello strumento EDA per il mantenimento automatico della serigrafia ed eseguire una revisione visiva finale prima del rilascio del file.

6. Trascurare la progettazione per le prove (DFT)

Il problema centrale: Se i punti di prova (in particolare per le sonde volanti o i dispositivi a letto di chiodi) non presentano aperture adeguate per la maschera di saldatura, le sonde possono entrare in contatto con la maschera di saldatura anziché con il rame, causando un contatto insufficiente, fallimenti della prova o danni alla sonda.
Approfondimento: Con l'aumento della complessità dei circuiti, è fondamentale garantire la copertura dei test. Questo errore aumenta direttamente costi dei test nonché difficoltà di isolamento dei guasti.
Soluzione: Design aperture circolari per la maschera di saldatura con un diametro ≥ 0,5 mm per tutti i punti di prova dedicati, assicurandosi che l'apertura sia concentrica con l'elemento in rame. Per le aree ad alta densità, si consiglia di utilizzare pad di prova dedicati o via tenda per l'accesso al test.

Quattro strategie per migliorare sistematicamente l'affidabilità delle maschere di saldatura

1. Integrazione tra progettazione e produzione: Incorporare i vincoli di produzione nella fase di progettazione

Comunicare tempestivamente con il produttore di circuiti stampati per ottenere il loro consenso. specifiche di processo dettagliate (matrice delle capacità di processo) per diverse larghezze/spaziature di linea, tipi di inchiostro (LPI, Dry Film) e finiture superficiali (HASL, ENIG, OSP). Integrate queste specifiche nella vostra libreria di vincoli di progettazione (Design Rule Set).

2. Proprietà dell'inchiostro cognitivo attivo per maschere di saldatura

Comprendere le proprietà di base dei materiali: Inchiostro liquido fotoimmaginabile (LPI) offre un'alta risoluzione per le caratteristiche più fini; Maschera di saldatura a film secco fornisce un'eccellente uniformità per grandi aree, ma una risoluzione leggermente inferiore. I substrati ad alto Tg possono richiedere inchiostri ad alto Tg compatibili. Richiedere ai fornitori i parametri chiave degli inchiostri, soprattutto per i progetti ad alta frequenza: Coefficiente di espansione termica (CTE), costante dielettrica (Dk) e fattore di dissipazione (Df).

3. File Gerber: L'ultima ancora di salvezza della qualità prima della produzione

• Specificare chiaramente se i dati del livello della maschera di saldatura sono positivo (le aperture sono disegnate) o negativo (le aperture vengono cancellate). Si tratta di una fonte comune di errori di comunicazione.
• Per linguette a strappo nonché Linee di punteggio Vspecificare se la maschera di saldatura deve coprire queste aree, in quanto ciò influisce sull'isolamento dei bordi dopo la depanatura.
• Fornire formati di dati intelligenti come Elenchi di rete IPC-356 o ODB++che consentono ai produttori di effettuare confronti automatici tra progetto e grafica, riducendo i rischi di errore di registrazione.

4. Considerazioni speciali per gli scenari applicativi

• Circuiti ad alta frequenza/alta velocità: Il Dk/Df della maschera di saldatura influisce sull'integrità del segnale. A volte, apertura della maschera di saldatura (Soldermask Defined) o anche rimozione completa della maschera di saldatura su tracce critiche (ad esempio, coppie differenziali) è necessario per controllare con precisione l'impedenza.
• Progetti ad alta tensione: Aumentare significativamente la spazio per la maschera di saldatura tra gli elementi conduttivi in base agli standard di sicurezza (ad esempio, IPC-2221) per garantire distanze di dispersione e distanza adeguate.
• Circuiti flessibili/rigidi-flessibili: La flessibilità dell'inchiostro della maschera di saldatura deve corrispondere al substrato. Le aperture nelle aree di piegatura richiedono una progettazione speciale per forma e dimensioni, per evitare la rottura dell'inchiostro.

conclusioni

La progettazione delle maschere di saldatura è molto più di una semplice copertura grafica. È una disciplina ingegneristica completa che integra sicurezza elettrica, affidabilità della saldatura, integrità del segnale, accesso ai test e protezione ambientale. Un eccellente progettista di PCB dovrebbe elevare la progettazione delle maschere di saldatura da "conformità alle regole" passiva a "ottimizzazione collaborativa" attiva. Impegnandosi a fondo con i partner di produzione e interiorizzando la conoscenza dei processi nella fase iniziale della progettazione, è possibile migliorare sistematicamente la qualità, l'affidabilità e la competitività dei prodotti.

Raccomandazione TOPFAST: Creare e mantenere un programma personalizzato o di gruppo 《Lista di controllo per la progettazione della maschera di saldatura》e aggiornarlo continuamente con l'esperienza dei progetti e l'evoluzione delle tecnologie di processo. È il ponte più solido che collega un design eccezionale a una produzione impeccabile.