By Cadence
本文要點
 |
PCB 阻焊層的(de)基礎知識 |
|---|---|
|
瞭解焊膏在 PCB 上的(de)作用(yòng) |
|
針對阻焊層和(hé)助焊層設置 PCB CAD 系統 |
一塊標準的(de)印刷電路闆 (PCB) 通(tōng)常需要兩種不同類型的(de)層，即「罩層 (mask)」。儘管阻焊層 (solder mask) 和(hé)助焊層 (paste mask) 都是「罩層」，但在 PCB 製造過程中，它們分(fēn)別用(yòng)於兩個完全不同的(de)部分(fēn)。本文將探討助焊層與助焊層之間的(de)區別，並詳細介紹 PCB 設計師在 PCB layout 中使用(yòng)這些層時需要瞭解的(de)內容。
阻焊層和(hé)電路闆製造
為了(le)製造雙面電路闆，電介質核心材料被夾在兩層由器件焊墊 (solder pads)、區域填滿物(wù)和(hé)連接走線組成的(de)銅連接之間。這種基本結構也(yě)用(yòng)於多(duō)層電路闆的(de)層對，隻是銅和(hé)電介質材料更薄，且不包括內層的(de)焊墊。最終，所有這些層對合在一起，構成一個多(duō)層電路闆，之後進行鑽孔，然後成品電路闆就可(kě)以交給組裝人(rén)員安裝電子器件了(le)。然而，在將電路闆送到組裝人(rén)員那裡之前，必須完成另一個步驟來保護電路闆：塗抹阻焊層。
阻焊層 (或被一些製造商稱之為阻焊劑) 是一種應用(yòng)於電路闆外表面的(de)保護材料。阻焊層將覆蓋整個電路闆的(de)表面，包括金屬和(hé)電介質材料，除了(le)將被焊接的(de)焊盤和(hé)過孔。該覆蓋層將保護電路闆不受金屬氧化(huà)、腐蝕、灰塵、甚至人(rén)類接觸所污染。兩個暴露的(de)金屬區域之間的(de)阻焊層也(yě)將有助於防止焊料在裸露區域之間出現橋接，並在金屬表面堆積。
雷射切割的(de)不銹鋼焊膏鋼網
阻焊材料可(kě)以透過兩種不同的(de)工藝塗到電路闆上。
|
液體： |
|---|---|
使用(yòng)絲網印刷工藝，可(kě)將阻焊材料直接塗在電路闆上，然後材料會硬化(huà)，使焊盤和(hé)鑽孔暴露在外。 |
|
|
感光(guāng)材料： |
感光(guāng)阻焊材料可(kě)以作為液體塗抹，也(yě)可(kě)以作為一片幹膜鋪在電路闆上。然後將電路闆暴露在紫外光(guāng)下(xià)，要焊接的(de)焊盤和(hé)過孔除外。曝光(guāng)會使整個電路闆上的(de)阻焊材料硬化(huà)，然後清洗掉過孔和(hé)焊盤上未曝光(guāng)的(de)材料。 |
樹脂是一種常用(yòng)的(de)阻焊材料，因為它對高(gāo)溫、潮濕和(hé)焊料有耐受性。阻焊層通(tōng)常是綠色的(de)，但如果 OEM 希望用(yòng)不同顏色的(de)電路闆來區分(fēn)不同的(de)生產步驟，也(yě)可(kě)以採用(yòng)其他(tā)顏色。例如，原型電路闆可(kě)能是紅色的(de)，而綠色則表示常規生產的(de)電路闆。同樣重要的(de)是，阻焊材料塗抹的(de)厚度要合適，以確保均勻塗抹，實現最佳固化(huà)效果。接下(xià)來，我們來瞭解一下(xià)助焊層以及它在 PCB 組裝中的(de)作用(yòng)，並看看它與阻焊層有什(shén)麼不同。
PCB CAD 系統中的(de)阻焊層圖像
助焊層和(hé)電路闆組裝
波峰焊 (Wave Soldering)
將器件焊接到製造的(de)電路闆上有兩種主要方法，第一種是波峰焊。這種工藝要求將通(tōng)孔元件插入鑽孔中，並將表面黏著元件粘貼在電路闆的(de)焊墊上。然後，電路闆在傳送帶上穿過一台機器，機器上有一道道波浪狀熔化(huà)的(de)焊料，電路闆必須透過這些波浪。波浪會穿過鑽孔，焊接通(tōng)孔部件，並在表面黏著元件的(de)焊盤和(hé)引線之間形成一個焊點。
回流焊 (Solder Reflow)
第二種工藝稱為回流焊，此工藝會使用(yòng)到助焊層。回流焊工藝從一層焊膏開始，焊膏附著在要焊接的(de)表面黏著焊盤上。焊膏是一種由金屬焊料顆粒和(hé)粘性焊劑組成的(de)材料，像補土一樣具有粘性。焊劑不僅能清潔電路闆和(hé)待焊元件的(de)焊接表面，而且還能作為粘合劑將元件固定在原位，直至焊接完成。在通(tōng)過回流焊爐時，焊膏熔化(huà)，然後為粘住的(de)元件形成一個牢固的(de)焊點。
可(kě)透過三種主要方法在電路闆上塗抹焊膏：
|
人(rén)工塗抹： |
|---|---|
對於 PCB 返工或產量有限的(de)情況，如原型電路闆，可(kě)以使用(yòng)注射器手動塗抹焊膏。不過，這個過程既費時又費力，對於量產來說並不實用(yòng)。 |
|
|
噴射列印： |
利用(yòng) PCB CAD 系統的(de)助焊層資料，可(kě)以使用(yòng)一台噴射印表機在電路闆的(de)每個表面黏著焊盤上塗抹錫膏。這種操作方法非常精確，但速度不一定最快(kuài)。 |
|
|
鋼網： |
對於大(dà)批量生產的(de)電路闆，製造商會使用(yòng)來自 PCB CAD 系統的(de)同一助焊層資料創建一個鋼網，作為噴墨印表機使用(yòng)。鋼網通(tōng)常是用(yòng)雷射製作而成，並且用(yòng)不同的(de)材料進行處理(lǐ)，以保證焊膏塗抹的(de)精確性，並確保鋼網具有較長的(de)使用(yòng)壽命。使用(yòng)刮刀(dāo)可(kě)以在一分(fēn)鐘內將焊膏塗在電路闆上，對於大(dà)批量生產來說，這是最快(kuài)的(de)塗抹方法。 |
阻焊層和(hé)助焊層之間的(de)主要區別是，阻焊層是塗在電路闆上用(yòng)於保護電路闆的(de)材料，而助焊層是用(yòng)來塗抹焊膏的(de)圖案。接下(xià)來，我們來瞭解一下(xià)如何使用(yòng) PCB CAD 系統來創建阻焊層和(hé)助焊層。
與上圖相同的(de)視圖，隻顯示焊膏
PCB 設計層：阻焊層和(hé)助焊層
PCB CAD 系統將使用(yòng)不同的(de)內部層來表示頂部和(hé)底部的(de)阻焊層以及頂部和(hé)底部的(de)助焊層。CAD 系統中的(de)每個層都可(kě)以顯示相應的(de)資料，用(yòng)於製作阻焊層和(hé)助焊層、範本或用(yòng)於在電路闆上塗抹阻焊層和(hé)焊膏的(de)圖案。
在上面的(de)兩張圖片中，我們可(kě)以看到 PCB CAD 系統中綠色的(de)阻焊層和(hé)紅色的(de)助焊層。請注意，阻焊層圖像中包含的(de)元素比助焊層多(duō)。這是因為阻焊層圖像中顯示了(le)所有將要焊接的(de)鑽孔、過孔和(hé)表面黏著焊盤，而助焊層圖像隻顯示了(le)表面黏著焊盤。阻焊層元素定義了(le)不塗抹阻焊劑的(de)位置，而助焊層元素定義了(le)塗抹錫膏的(de)位置。
在大(dà)多(duō)數情況下(xià)，在 PCB CAD 系統中，阻焊層和(hé)助焊層的(de)創建都是自動進行的(de)。儘管 PCB 設計師可(kě)以控制阻焊層和(hé)助焊層元素的(de)尺寸和(hé)形狀，但大(dà)多(duō)數人(rén)會將其設置為與 PCB footprint 中的(de)焊盤或過孔的(de)尺寸相同。如此一來，電路闆製造和(hé)裝配車間需要負責改變這些元素的(de)尺寸和(hé)形狀，以實現 PCB 可(kě)製造性。不過，如果設計師希望控制阻焊層和(hé)助焊層元素，可(kě)以編輯 PCB footprint 或透過後處理(lǐ)常式來運行相應的(de)資料。現在，我們來瞭解一下(xià)如何在 Cadence® Allegro® PCB Editor 中創建阻焊層和(hé)助焊層。
Allegro PCB Editor 中的(de) Cross Section Editor 顯示了(le)阻焊層和(hé)助焊層
使用(yòng) PCB CAD 層
在 Cadence Allegro PCB Editor 中，用(yòng)戶可(kě)以使用(yòng) Padstack Editor 全面控制阻焊層和(hé)助焊層的(de)形狀和(hé)尺寸。這允許設計師添加、刪除或編輯設計中使用(yòng)的(de)任何焊盤元素。同時，還可(kě)以在 Constraint Manager 中設置管理(lǐ)這些元素的(de)規則。透過檢查製造和(hé)裝配規則，系統會顯示可(kě)製造性問題警告，如細間距焊盤之間的(de)阻焊層不足，以防止焊料橋接。
在 Cross Section Editor 中，可(kě)以用(yòng)合適的(de)阻焊層和(hé)助焊層來配置設計。在上圖中，編輯器中顯示了(le)設計各層的(de)堆疊，包括不同的(de)阻焊層。這些層可(kě)以透過寬度和(hé)材料資訊進行配置，以便規劃各層的(de)堆疊，實現成功製造。
如果想進一步瞭解 Allegro PCB 中的(de)各項 DFx 檢查功能，快(kuài)速找出製造、組裝、測試上的(de)問題，歡迎點擊下(xià)方圖片下(xià)載「Allegro Constraint DFx 檢查技巧」影(yǐng)片，一手嘗鮮最新 SPB 17.4 版本中的(de) DFx 新功能！
譯文授權轉載出處 (映陽科技協同校閱)
長按識別 QRcode，關注「Cadence 楷登 PCB 及封裝資源中心」
歡迎關注 Graser 社群，即時掌握最新技術應用(yòng)資訊
