Шесть распространенных ошибок при нанесении паяльной маски, которые должен знать каждый разработчик печатных плат

Ошибки при проектировании паяльной маски - частая проблема в Производство печатных плат которые могут привести к некачественной пайке, коротким замыканиям или увеличению производственных затрат. Ниже приводится систематическое описание шести основных ошибок, а также углубленный анализ их основных причин и стратегий предотвращения, которые помогут вам создать бесперебойную связь между проектированием и производством.

Шесть критических ошибок при изготовлении паяльных масок и их основные причины

1. Недостаточный зазор в паяльной маске

Основная проблема

Под зазором паяльной маски понимается ширина чернил паяльной маски, сохраняемая между соседними проводящими элементами (площадками, дорожками, виалами). Если зазор меньше технологической возможности (обычно < 4 мил / 0,1 мм), краска может быть не полностью сохранена во время разработки, что приводит к отсутствию или чрезмерно тонким "плотинам паяльной маски". При последующей пайке расплавленный припой может легко проникать через эти зазоры, вызывая наплывы припоя.
Более глубокое понимание: Этот вопрос особенно важен для Интерконнект высокой плотности (HDI) плат или корпусов BGA. Проектировщики должны учитывать не только статические расстояния, но и эффект расширения паяльной пасты во время термических циклов пайки.
Решение проблемы: Строго придерживайтесь "Правило 4-х миль" в качестве минимального стандарта. Для компонентов типа 01005 и меньше уточните конечные технологические возможности производителя. Рассмотрите возможность использования Площадка под паяльную маску (SMD) Конструкции позволяют точно контролировать форму накладок и расстояние между ними, когда это необходимо.

2. Неточное открытие паяльной маски (SMO)

Основная проблема: Неправильный размер или форма отверстий проявляются тремя способами: слишком маленькие отверстия частично закрывают площадки, что влияет на паяемость; слишком большие отверстия обнажают прилегающую медь, что чревато короткими замыканиями или коррозией; слишком сложные формы (острые углы, тонкие линии) превышают пределы точности визуализации (например, LDI) или трафаретной печати, вызывая искажение рисунка.
Более глубокое понимание: При проектировании открытия необходимо учитывать Процесс пайки. Например, сквозные отверстия для пайки волной требуют больших отверстий, чтобы обеспечить достаточное заполнение отверстия, в то время как чрезмерно большие отверстия для SMD-платформ при пайке оплавлением могут способствовать образованию гробниц.
Решение проблемы: Следуйте эмпирическому правилу "расширение 2-4 мил на сторону" за пределы медной площадки. Для прецизионных площадок предоставьте отдельные файлы Gerber с паяльной маской для проверки производителем. Избегайте нестандартных форм; отдавайте предпочтение округлым прямоугольникам или овалам.

3. Несоответствие регистрации паяльной маски

Основная проблема: Несоответствие между паяльной маской и нижележащим медным слоем обычно вызвано деформацией фотомаски, расширением или сжатием при ламинировании печатной платы или неточным выравниванием экспозиции. Незначительные смещения могут привести к перекрытию паяльной маской краев площадок, в то время как сильное смещение может привести к полному смещению.
Более глубокое понимание: Эта проблема тесно связана с тем, что печатная плата Коэффициент теплового расширения (CTE) и производственные допуски. Контроль выравнивания более сложен для многослойных плат из-за нескольких циклов ламинирования по сравнению с двухсторонними платами.
Решение проблемы: Включите глобальные фидуциарные документы и межслойные фидуциалы при проектировании. Четко сообщите производителю требования к допуску на выравнивание для критических областей (например, для ИС с мелким шагом). Убедитесь, что в файлах дизайна паяльной маски используются те же координаты начала координат, что и в медных слоях.

4. Недостаточная плотность паяльной маски (SMD)

Основная проблема: Плотина паяльной маски - это стенка из чернил, разделяющая соседние площадки. Если ее ширина недостаточна (< 3 мил), она может сломаться в процессе производства из-за растекания чернил или недостаточной экспозиции, потеряв свою функцию физической изоляции.
Более глубокое понимание: Целостность плотины зависит не только от ширины, но и от тип чернил (Жидкие фотоизображаемые чернила (LPI) для этой цели лучше сухой пленки) и обработка поверхности (Формирование плотины легче на поверхностях ENIG, чем на HASL).
Решение проблемы: Стремитесь к тому, чтобы ширина плотины паяльной маски была ≥ 4 мил, если позволяет пространство. Для сверхтонких шагов, где это невозможно (например, некоторые микросхемы QFN), обсудите альтернативные стратегии с производителем, например, полуаддитивный процесс (SAP/MSAP) или принятие дизайна "без плотины" в сочетании с очень тонкими трафаретными и пастовыми процессами печати.

5. Конфликт со слоем шелкографии

Основная проблема: Если нанесенные шелкографией надписи или графика перекрывают отверстия в паяльной маске, чернила во время печати могут затекать на площадки, загрязняя паяемую поверхность. Кроме того, печать на неровной поверхности паяльной маски может сделать легенды нечитаемыми.
Более глубокое понимание: Это не просто эстетическая проблема, а потенциальная проблема для сборка и доработка. Техники могут быть не в состоянии определить обозначения компонентов, закрытых паяльной маской.
Решение проблемы: Установить обязательные Правила проектирования для сборки (DFA): соблюдайте минимальный зазор 0,15 мм (6 мил) между любым элементом шелкографии и границами отверстий паяльной маски. Используйте функции инструмента EDA для автоматического предотвращения шелкографии и выполняйте окончательный визуальный осмотр перед выпуском файла.

6. Пренебрежение испытательным дизайном (DFT)

Основная проблема: Если в контрольных точках (особенно в приспособлениях типа "летающий щуп" или "гвоздь") нет достаточных отверстий для паяльной маски, щупы могут соприкасаться с паяльной маской, а не с медью, что приводит к плохому контакту, сбоям в испытаниях или повреждению щупов.
Более глубокое понимание: По мере увеличения сложности схемы обеспечение тестового покрытия становится жизненно важным. Эта ошибка напрямую увеличивает затраты на тестирование и сложность изоляции неисправностей.
Решение проблемы: Дизайн круглые отверстия в паяльной маске диаметром ≥ 0,5 мм для всех выделенных контрольных точек, обеспечивая концентричность отверстия с медным элементом. В местах с высокой плотностью населения следует использовать специальные тестовые площадки или через палатку для тестового доступа.

Четыре стратегии для систематического повышения надежности паяльной маски

1. Интеграция проектирования и производства: Учет производственных ограничений на этапе проектирования

Заранее свяжитесь с производителем печатных плат, чтобы получить от него подробные спецификации процесса (матрица возможностей процесса) для различной ширины/расстояния между линиями, типов чернил (LPI, Dry Film) и отделки поверхности (HASL, ENIG, OSP). Включите эту спецификацию в библиотеку ограничений (Design Rule Set).

2. Свойства активных когнитивных чернил для паяльной маски

Понять основные свойства материалов: Жидкие фотоизображаемые чернила (LPI) обеспечивает высокое разрешение при съемке мелких деталей; Сухая пленка паяльной маски обеспечивает отличную однородность на больших площадях, но несколько меньшее разрешение. Для подложек с высоким ТГ могут потребоваться совместимые чернила с высоким ТГ. Запросите у поставщиков ключевые параметры чернил, особенно для высокочастотных конструкций: Коэффициент теплового расширения (CTE), диэлектрическая проницаемость (Dk) и коэффициент диэлектрических потерь (Df).

3. Файлы Gerber: Последний спасательный круг качества перед производством

• Четко укажите, являются ли данные слоя паяльной маски положительный (проемы нарисованы) или отрицательный (отверстия очищаются). Это распространенный источник ошибок связи.
• Для отрывные вкладки и V-образные линииУточните, должна ли паяльная маска покрывать эти области, поскольку это влияет на изоляцию кромок после депанелизации.
• Предоставьте интеллектуальные форматы данных, такие как Нетлисты IPC-356 или ODB++которые позволяют производителям проводить автоматическое сравнение дизайна с рисунком, снижая риски ошибок при регистрации.

4. Особые соображения по сценариям применения

• Высокочастотные / высокоскоростные цепи: Dk/Df паяльной маски влияет на целостность сигнала. Иногда, Открытие паяльной маски (определение паяльной маски) или даже полное удаление паяльной маски на критических трассах (например, дифференциальных парах) необходимо для точного контроля импеданса.
• Высоковольтные конструкции: Значительно увеличить очистка паяльной маски между токопроводящими элементами в соответствии со стандартами безопасности (например, IPC-2221) для обеспечения достаточного расстояния между ними и зазорами.
• Гибкие / жесткогибкие цепи: Гибкость краски для паяльной маски должна соответствовать подложке. Отверстия в местах изгибов требуют специальной формы и размера для предотвращения растрескивания краски.

Iii. Выводы и рекомендации

Дизайн паяльной маски - это нечто большее, чем простое графическое изображение. Это комплексная инженерная дисциплина, включающая в себя электробезопасность, надежность пайки, целостность сигналов, доступ к тестированию и защиту окружающей среды. Отличный проектировщик печатных плат должен перевести проектирование паяльной маски из разряда пассивного "соблюдения правил" в разряд активной "совместной оптимизации". Глубокое взаимодействие с партнерами-производителями и внедрение знаний о технологическом процессе на этапе создания проекта позволяет систематически повышать качество, надежность и конкурентоспособность продукции.

Рекомендация TOPFAST: Создавайте и поддерживайте индивидуальный или командный 《 Контрольный список для разработки паяльных масок》и постоянно обновлять его с учетом опыта реализации проектов и развивающихся технологий. Это самый надежный мост, соединяющий исключительный дизайн с безупречным производством.