Sex vanliga lödmaskfel som varje mönsterkortsdesigner bör känna till

Felaktig design av lödmask är ett vanligt problem i Tillverkning av kretskort som kan leda till dålig lödning, kortslutningar eller ökade produktionskostnader. Nedan följer en systematisk genomgång av de sex viktigaste misstagen, tillsammans med en djupgående analys av de bakomliggande orsakerna och förebyggande strategier, som är utformade för att hjälpa dig att bygga en sömlös länk från design till tillverkning.

De sex mest kritiska misstagen med lödmasker och deras bakomliggande orsaker

1. Otillräckligt avstånd mellan lödmaskerna

Det grundläggande problemet

Lödmaskens spelrum avser bredden på lödmaskens bläck som bevaras mellan intilliggande ledande egenskaper (pads, spår, vior). När avståndet är mindre än processkapaciteten (vanligtvis < 4 mils / 0,1 mm) kan det hända att bläcket inte hålls kvar helt under utvecklingen, vilket resulterar i saknade eller alltför tunna "lödmaskdammar". Under efterföljande lödning kan smält lödtenn lätt spridas genom dessa luckor, vilket orsakar lödbryggor.
Djupare insikt: Denna fråga är särskilt kritisk i samband med Interconnect med hög densitet (HDI)-kort eller BGA-paket. Konstruktörerna måste inte bara ta hänsyn till det statiska avståndet utan även till lodpastans expansionseffekt under termiska lödningscykler.
Lösning: Strikt hålla sig till "4-millimetersregeln" som en minimistandard. För komponenter som 01005 eller mindre, bekräfta tillverkarens ultimata processkapacitet. Överväg att använda SMD-pad (Solder Mask Defined) konstruktioner för att vid behov exakt kunna styra paddarnas form och avstånd.

2. Felaktig öppning av lödmask (SMO)

Det grundläggande problemet: Felaktig storlek eller form på öppningar visar sig på tre sätt: öppningar som är för små täcker delvis pads, vilket påverkar lödbarheten; öppningar som är för stora exponerar intilliggande koppar, vilket riskerar kortslutning eller korrosion; alltför komplexa former (skarpa vinklar, tunna linjer) överskrider noggrannhetsgränserna för bildbehandling (t.ex. LDI) eller screentryck, vilket orsakar mönsterförvrängning.
Djupare insikt: Öppningsdesignen måste ta hänsyn till Lödningsprocess. Till exempel kräver genomgående hål för våglödning större öppningar för att säkerställa tillräcklig hålfyllning, medan överdimensionerade öppningar för SMD-pads vid omflödeslödning kan bidra till tombstoning.
Lösning: Följ den empiriska regeln om "sträcker sig 2-4 mil per sida" bortom kopparplattan. För precisionspads ska du tillhandahålla separata Gerber-filer för lödmask för verifiering av tillverkaren. Undvik icke-standardiserade former; prioritera rundade rektanglar eller ovaler.

3. Felaktig registrering av lödmask

Det grundläggande problemet: Felaktig inriktning mellan lödmasken och det underliggande kopparskiktet orsakas vanligtvis av deformation av fotomasken, expansion eller kontraktion under PCB-laminering eller felaktig exponeringsinriktning. Mindre förskjutningar kan leda till att lödmasken täcker padkanterna, medan kraftiga förskjutningar kan leda till fullständig förskjutning.
Djupare insikt: Detta problem är nära kopplat till kretskortets Koefficient för termisk expansion (CTE) och tillverkningstoleranser. Uppriktningskontrollen är mer komplex för flerskiktskort på grund av flera lamineringscykler jämfört med dubbelsidiga kort.
Lösning: Inkorporera globala förvaltare och lager-till-lager-bindningar i konstruktionen. Kommunicera tydligt med tillverkaren om toleranskraven för uppriktning i kritiska områden (t.ex. IC-kretsar med fin pitch). Se till att designfiler för lödmasker använder samma ursprungskoordinater som kopparlagren.

4. Otillräcklig lödmaskdamm (SMD)

Det grundläggande problemet: Lödmaskdammen är den vägg av bläck som separerar intilliggande pads. Om dess bredd är otillräcklig (< 3 mils) kan den gå sönder under tillverkningen på grund av bläckflöde eller underexponering, vilket gör att den förlorar sin fysiska isoleringsfunktion.
Djupare insikt: Dammens integritet beror inte bara på bredden utan också på Bläcktyp (LPI-bläck (Liquid Photoimageable) är överlägset torr film för detta ändamål) och ytfinish (det är lättare att bilda en damm på ENIG-ytor än på HASL-ytor).
Lösning: Sträva efter en lödmaskdammbredd ≥ 4 mils där utrymmet tillåter. För ultrafina hål där detta inte är möjligt (t.ex. vissa QFN-chip), diskutera alternativa strategier med tillverkaren, t.ex. den semiadditiva processen (SAP/MSAP) eller att acceptera en "no dam"-design i kombination med extremt fina stencil- och pastatryckprocesser.

5. Konflikt med silkscreenskikt

Det grundläggande problemet: Om silkscreentexter eller grafik överlappar lödmaskens öppningar kan bläck rinna in i kuddarna under tryckningen och förorena den lödbara ytan. Dessutom kan tryckning på den ojämna lödmaskytan göra legenderna oläsliga.
Djupare insikt: Detta är inte bara en estetisk fråga utan ett potentiellt problem för montering och omarbetning. Det kan hända att tekniker inte kan identifiera komponentbeteckningar som täcks av lödmasken.
Lösning: Fastställa obligatoriska Regler för design för montering (DFA)Håll ett minsta avstånd på 0,15 mm (6 mils) mellan varje silkscreenelement och lödmaskens öppningsgränser. Utnyttja EDA-verktygets funktioner för automatisk silkscreening och gör en sista visuell granskning innan filen släpps.

6. Försummelse av design för test (DFT)

Det grundläggande problemet: Om testpunkterna (särskilt för flygande prober eller spikfixturer) saknar tillräckliga öppningar i lödmasken kan proberna komma i kontakt med lödmasken i stället för med kopparen, vilket leder till dålig kontakt, felaktiga tester eller skador på proberna.
Djupare insikt: När kretsarnas komplexitet ökar är det viktigt att säkerställa testtäckningen. Detta misstag ökar direkt testkostnader och felisolering svårighet.
Lösning: Design cirkulära lödmasköppningar med en diameter ≥ 0,5 mm för alla dedikerade testpunkter och se till att öppningen är koncentrisk med kopparfunktionen. För områden med hög densitet bör du överväga att använda dedikerade testplattor eller via tältning för teståtkomst.

Fyra strategier för att systematiskt förbättra lödmaskens tillförlitlighet

1. Integration av design och tillverkning: Inkorporering av tillverkningsbegränsningar i konstruktionsstadiet

Inled en tidig dialog med din mönsterkortstillverkare för att få deras detaljerade processpecifikationer (Process Capability Matrix) för olika linjebredd/avstånd, färgtyper (LPI, Dry Film) och ytbehandlingar (HASL, ENIG, OSP). Integrera denna specifikation i ditt bibliotek med konstruktionsbegränsningar (Design Rule Set).

2. Egenskaper hos aktivt kognitivt lödmaskbläck

Förstå grundläggande materialegenskaper: LPI-bläck (Liquid Photoimageable) erbjuder hög upplösning för fina funktioner; Lödmask torr film ger utmärkt jämnhet för stora ytor, men något lägre upplösning. Substrat med högt Tg kan kräva kompatibla bläck med högt Tg. Begär viktiga bläckparametrar från leverantörer, särskilt för högfrekventa konstruktioner: Termisk expansionskoefficient (CTE), dielektrisk konstant (Dk) och dissipationsfaktor (Df).

3. Gerber-filer: Den sista livlinan för kvalitet före tillverkning

• Ange tydligt om data för lödmaskskiktet är positiv (öppningar är ritade) eller negativ (öppningar rensas). Detta är en vanlig källa till kommunikationsfel.
• För utbrytningsflikar och V-score linjerange om lödmasken ska täcka dessa områden, eftersom detta påverkar kantisoleringen efter avskalning.
• Tillhandahålla intelligenta dataformat som IPC-356 nätlistor eller ODB ++som gör det möjligt för tillverkare att utföra automatiserade jämförelser mellan design och konstverk, vilket minskar risken för registreringsfel.

4. Särskilda överväganden för applikationsscenarier

• Högfrekventa kretsar / höghastighetskretsar: Lödmaskens Dk/Df påverkar signalintegriteten. Det händer ibland, öppning av lödmask (lödmask definierad) eller till och med fullständigt avlägsnande av lödmask över kritiska spår (t.ex. differentiella par) är nödvändigt för att exakt kontrollera impedansen.
• Högspänningskonstruktioner: Betydande ökning av borttagning av lödmask mellan ledande delar baserat på säkerhetsstandarder (t.ex. IPC-2221) för att säkerställa tillräckliga kryp- och skyddsavstånd.
• Flexibla/styva-flexibla kretsar: Lödmaskfärgens flexibilitet måste matcha substratet. Öppningar i böjningsområden kräver speciell utformning i form och storlek för att förhindra att bläcket spricker.

Slutsats

Lödmaskdesign är mycket mer än en enkel grafisk beskrivning. Det är en omfattande teknisk disciplin som integrerar elsäkerhet, lödningssäkerhet, signalintegritet, teståtkomst och miljöskydd. En utmärkt mönsterkortsdesigner bör lyfta lödmaskdesignen från passiv "regelefterlevnad" till aktiv "samarbetsoptimering". Genom ett djupt samarbete med tillverkningspartner och internalisering av processkunskap redan i designstadiet kan man systematiskt förbättra produktkvalitet, tillförlitlighet och konkurrenskraft.

TOPFAST Rekommendation: Skapa och upprätthålla en personlig eller teambaserad 《 Checklista för design av lödmask》och kontinuerligt uppdatera den med projekterfarenheter och ny processteknik. Det är den mest solida bron som förbinder exceptionell design med felfri tillverkning.