Seis erros comuns de máscaras de solda que todos os projectistas de PCB devem conhecer

Os erros de conceção de máscaras de soldadura são problemas frequentes em Fabrico de PCB que podem levar a uma soldadura deficiente, curto-circuitos ou aumento dos custos de produção. Segue-se uma análise sistemática dos seis principais erros, juntamente com uma análise aprofundada das suas causas subjacentes e estratégias preventivas, concebidas para o ajudar a construir uma ligação perfeita desde a conceção até ao fabrico.

Os seis erros críticos em máscaras de solda e suas causas principais

1. Folga insuficiente da máscara de solda

O problema central

A folga da máscara de solda refere-se à largura da tinta da máscara de solda preservada entre as caraterísticas condutoras adjacentes (almofadas, traços, vias). Quando a folga é menor do que a capacidade do processo (normalmente < 4 mils / 0,1 mm), a tinta pode não ser totalmente retida durante o desenvolvimento, resultando em "barragens de máscara de solda" ausentes ou excessivamente finas. Durante a soldadura subsequente, a solda derretida pode facilmente espalhar-se através destas lacunas, causando a formação de pontes de solda.
Uma visão mais profunda: Esta questão é particularmente crítica em torno de Interconexão de alta densidade (HDI) ou pacotes BGA. Os projectistas devem considerar não só o espaçamento estático, mas também o efeito de expansão da pasta de solda durante os ciclos de soldadura térmica.
Solução: Respeitar rigorosamente o "Regra dos 4 milímetros" como norma mínima. Para componentes do tipo 01005 ou mais pequenos, confirmar as capacidades finais de processamento do fabricante. Considere a utilização de Almofada com máscara de solda definida (SMD) para controlar com precisão a forma e o espaçamento das almofadas, quando necessário.

2. Abertura imprecisa da máscara de solda (SMO)

O problema central: A dimensão ou forma incorrecta das aberturas manifesta-se de três formas: aberturas demasiado pequenas cobrem parcialmente as almofadas, afectando a soldabilidade; aberturas demasiado grandes expõem o cobre adjacente, correndo o risco de curto-circuitos ou corrosão; formas demasiado complexas (ângulos agudos, linhas finas) excedem os limites de precisão da imagiologia (por exemplo, LDI) ou da impressão serigráfica, causando distorção do padrão.
Uma visão mais profunda: O projeto de abertura deve ter em conta processo de soldadura. Por exemplo, os orifícios de passagem para a soldadura por onda requerem aberturas maiores para garantir um enchimento suficiente do orifício, enquanto as aberturas sobredimensionadas para as almofadas SMD na soldadura por refluxo podem contribuir para o encravamento.
Solução: Seguir a regra empírica de "estendendo 2-4 mils por lado" para além da almofada de cobre. Para almofadas de precisão, forneça ficheiros Gerber de máscaras de soldadura separados para verificação pelo fabricante. Evitar formas não normalizadas; dar prioridade a rectângulos arredondados ou ovais.

3. Desalinhamento do registo da máscara de solda

O problema central: O desalinhamento entre a máscara de solda e a camada de cobre subjacente é normalmente causado pela deformação da fotomáscara, pela expansão ou contração durante a laminação da placa de circuito impresso ou pelo alinhamento incorreto da exposição. Pequenos desvios podem resultar na cobertura da máscara de solda sobre as bordas da almofada, enquanto o desalinhamento grave pode causar o deslocamento completo.
Uma visão mais profunda: Este problema está intimamente relacionado com o facto de a placa de circuito impresso Coeficiente de Expansão Térmica (CTE) e tolerâncias de fabrico. O controlo do alinhamento é mais complexo para as placas multicamadas devido aos múltiplos ciclos de laminação em comparação com as placas de dupla face.
Solução: Incorporar fiduciários globais e fiduciais camada a camada no projeto. Comunicar claramente ao fabricante os requisitos de tolerância de alinhamento para áreas críticas (por exemplo, CIs de passo fino). Assegurar que os ficheiros de desenho da máscara de soldadura utilizam as mesmas coordenadas de origem que as camadas de cobre.

4. Barragem de máscara de solda (SMD) inadequada

O problema central: A barreira da máscara de solda é a parede de tinta que separa as almofadas adjacentes. Se a sua largura for insuficiente (< 3 mils), pode partir-se durante o fabrico devido ao fluxo de tinta ou à subexposição, perdendo a sua função de isolamento físico.
Uma visão mais profunda: A integridade da barragem depende não só da largura, mas também de tipo de tinta (a tinta líquida fotoimageável (LPI) é superior à película seca para este efeito) e acabamento da superfície (a formação de uma barragem é mais fácil em superfícies ENIG do que em HASL).
Solução: Procure obter uma largura de barragem da máscara de solda ≥ 4 mils sempre que o espaço o permitir. Para passos ultrafinos onde isso é impossível (por exemplo, alguns chips QFN), discuta estratégias alternativas com o fabricante, tais como o processo semi-aditivo (SAP/MSAP) ou a aceitação de um design "sem barragem" em conjunto com processos de impressão de estêncil e pasta extremamente finos.

5. Conflito com a camada de serigrafia

O problema central: Se as legendas ou gráficos serigrafados se sobrepuserem às aberturas da máscara de soldadura, a tinta pode fluir para as almofadas durante a impressão, contaminando a superfície soldável. Além disso, a impressão na superfície irregular da máscara de soldadura pode tornar as legendas ilegíveis.
Uma visão mais profunda: Não se trata apenas de uma questão estética, mas de um problema potencial para montagem e retrabalho. Os técnicos podem não conseguir identificar os designadores dos componentes cobertos pela máscara de soldadura.
Solução: Estabelecer um carácter obrigatório Regras de conceção para montagem (DFA)Manter uma distância mínima de 0,15 mm (6 mils) entre qualquer elemento de serigrafia e os limites da abertura da máscara de soldadura. Utilizar as funcionalidades da ferramenta EDA para manter automaticamente a serigrafia e efetuar uma revisão visual final antes da libertação do ficheiro.

6. Negligenciar a conceção para ensaio (DFT)

O problema central: Se os pontos de teste (especialmente para sondas voadoras ou fixações de cama de pregos) não tiverem aberturas adequadas para a máscara de solda, as sondas podem entrar em contacto com a máscara de solda em vez do cobre, levando a um mau contacto, falhas no teste ou danos na sonda.
Uma visão mais profunda: À medida que a complexidade dos circuitos aumenta, é vital garantir a cobertura dos testes. Este erro aumenta diretamente custos dos ensaios e dificuldade de isolamento de falhas.
Solução: Conceção aberturas circulares da máscara de soldadura com um diâmetro ≥ 0,5 mm para todos os pontos de teste dedicados, assegurando que a abertura é concêntrica com o elemento de cobre. Para áreas de alta densidade, considere a utilização de almofadas de teste dedicadas ou via tenda para acesso de teste.

Quatro estratégias para melhorar sistematicamente a fiabilidade das máscaras de soldadura

1. Integração da conceção ao fabrico: Incorporação das restrições de fabrico na fase de conceção

Estabelecer uma comunicação atempada com o fabricante de placas de circuitos impressos para obter os seus especificações pormenorizadas do processo (matriz de capacidades do processo) para diferentes larguras/espaçamentos de linha, tipos de tinta (LPI, Dry Film) e acabamentos de superfície (HASL, ENIG, OSP). Integre esta especificação na sua biblioteca de restrições de design (Conjunto de Regras de Design).

2. Propriedades da tinta de máscara de solda cognitiva ativa

Compreender as propriedades básicas dos materiais: Tinta líquida fotoimageável (LPI) oferece uma resolução elevada para as caraterísticas mais finas; Máscara de solda película seca proporciona uma excelente uniformidade para grandes áreas, mas uma resolução ligeiramente inferior. Os substratos de alta Tg podem exigir tintas de alta Tg compatíveis. Solicite os principais parâmetros de tinta aos fornecedores, especialmente para desenhos de alta frequência: Coeficiente de Expansão Térmica (CTE), Constante Dieléctrica (Dk) e Fator de Dissipação (Df).

3. Ficheiros Gerber: A última linha de vida da qualidade antes do fabrico

• Especificar claramente se os dados da camada de máscara de solda são positivo (as aberturas são desenhadas) ou negativo (as aberturas são anuladas). Esta é uma fonte comum de erros de comunicação.
• Para separadores de separação e Linhas de pontuação VEspecificar se a máscara de solda deve cobrir estas áreas, uma vez que tal afecta o isolamento dos bordos após a remoção do revestimento.
• Fornecer formatos de dados inteligentes como Listas de rede IPC-356 ou ODB++que permitem aos fabricantes efetuar comparações automatizadas entre o desenho e a arte-final, reduzindo os riscos de erro de registo.

4. Considerações especiais sobre os cenários de aplicação

• Circuitos de alta frequência / alta velocidade: O Dk/Df da máscara de solda afecta a integridade do sinal. Por vezes, abertura da máscara de solda (Soldermask Defined) ou mesmo remoção completa da máscara de solda sobre traços críticos (por exemplo, pares diferenciais) é necessário para controlar com precisão a impedância.
• Projectos de alta tensão: Aumentar significativamente o eliminação da máscara de solda entre as caraterísticas condutoras com base em normas de segurança (por exemplo, IPC-2221) para garantir distâncias de fuga e de espaço adequadas.
• Circuitos Flexíveis / Rigid-Flex: A flexibilidade da tinta da máscara de soldadura deve corresponder ao substrato. As aberturas em áreas de dobragem requerem uma conceção especial em termos de forma e tamanho para evitar a fissuração da tinta.

Conclusão

A conceção de máscaras de soldadura é muito mais do que uma simples cobertura gráfica. É uma disciplina de engenharia abrangente que integra segurança eléctrica, fiabilidade da soldadura, integridade do sinal, acesso a testes e proteção ambiental. Um excelente designer de PCB deve elevar a conceção de máscaras de soldadura de "conformidade com as regras" passiva para uma "otimização colaborativa" ativa. Ao envolver-se profundamente com os parceiros de fabrico e ao internalizar o conhecimento do processo na fase inicial do projeto, é possível melhorar sistematicamente a qualidade, a fiabilidade e a competitividade do produto.

Recomendação TOPFAST: Criar e manter um sistema personalizado ou de equipa 《Lista de verificação do design da máscara de solda》e actualizá-lo continuamente com a experiência do projeto e a evolução das tecnologias de processo. É a ponte mais sólida que liga uma conceção excecional a um fabrico sem falhas.