第13节- PCB设计:焊锡屏蔽
这是第十三讲部分在返校系列PCB设计师和那些可能想知道更多关于它。
内容
焊接掩模
焊锡掩模是PCB拼图中至关重要的一块。当看到一个裸露的印刷电路板时，你看到的主要是掩模和墨水。奇怪的是，当我们首先关注实际连接时，它们往往被放在最后。让我们从焊锡掩膜开始我们会在下一节讲到标记。有两种基本类型的焊锡掩模，液体照片成像(LPI)和干膜，其中LPI是最常见的。
干膜照片成像焊锡掩膜更像是一个贴纸或两个贴纸与焊锡掩膜结合在一起。一边被剥掉，剩下的材料在整个板掩面向下。在用紫外光固化之前，金属暴露在外的区域被遮盖起来。剥掉剩余的一面，清洁板子。这是简短的版本。液体口罩遵循类似的过程，只是没有贴纸。
它曾经是100%的绿色，但后来我们变成了蓝色，接着是一个又一个颜色。就流行程度而言，黑色是新的蓝色。它与丝网上的白色或黄色墨水形成了强烈的对比，而且看起来也很酷。你可以买一个装在小瓶子里的焊锡掩模，用刷子或笔来做润色工作。在生产过程中，它从加仑大小的罐子到大桶。
应用LPI掩模的低成本方法是将其丝印到板上。更精确、更昂贵的方法是用激光来确定特征。它本质上是一种墨水，固化到高熔点，不易燃烧。它会影响阻抗外层的痕迹，所以有很好的理由使用一种特定的和控制它的薄涂层。
图1:图片来源:Author -栈编辑器是为足迹定义掩码的地方。
焊锡屏蔽片- PCB缺陷的主要原因
焊料掩膜能很好地粘附在表面，但一小部分仍可能脱落。所谓的焊料掩膜条子是次品。设计人员需要考虑到任何两个掩膜开口之间的焊锡坝的最小宽度为100微米(4密耳)。IPC已经开发了一种测试方法，将特定粘性的胶带粘在板子上并撕下板子。然后，我们可以检查磁带看是否有任何东西脱落，导电或不导电。
从前，我是一家电信公司无线组的收货检验员。当pcb出现的时候，磁带测试是我的工作之一。我们有聚酯薄膜1:1的艺术品比较电路模式在一个光表。我们用一台机器测量手指上的黄金厚度，另一台机器测定via里铜管的平均厚度。我可以在显微镜下检查枪管是否有裂缝。
那时候我们没盖过通道口。我想大多数工厂还是希望你不要这样做。这些洞并不总是被面具完全填满。这可能会留下一个小口袋的空气，可能导致吹出时，董事会通过焊接过程。是缩小的电子设备导致了这种情况。
不管怎样，有针规来检查孔的大小，有探尺规和一大块花岗岩来评估弓和扭。我的实验室甚至有一个光学比较器，以实际尺寸的10倍显示轮廓，以测量板轮廓的细节。这是一份有趣的工作，但我在一个有毒的经理接手之前离开了。当消息公布时，我在与即将离职的经理的会议上提前两周通知了他。然后我找到了一份管理储藏室的轻松工作，一直干到我去ECAD学校。
所以,我跑题了。在所有可能的缺陷中，没有通过磁带测试的板子比其他板子多。当我设计我的脚印和滑板时，这些知识一直伴随着我。大多数其他问题都是与污染有关的外观问题，还有一些不够平整，无法通过规范。在组装和检验方面的工作为我现在所做的工作提供了很好的背景。在移动。
在回流过程中包含焊料
焊锡掩膜保护裸露的铜，同时防止焊锡扩散到其预定位置之外。镀通孔和表面安装组件两者都需要掩膜以确保适当的可焊性。通孔销可以拖焊，将板放入熔锡槽中。另一种方法是波峰焊，在固定板下面进行焊接。
最后，还有用于混合技术板的pin-in-paste。这里的想法是在引脚突出穿过板的一侧添加一个相对大的区域糊。膏钢网开口的尺寸将比焊点大得多。其想法是在该区域沉积足够的膏体，以填补针头和孔之间的空间与额外的焊锡角。
除了孔直径和销尺寸，其他因素是板的厚度和模板的厚度。膏体只添加在二次面;通孔组件一侧没有焊锡角是可以接受的。这也意味着通孔组件底部周围的区域必须清除其他组件或暴露的金属。
当SMD组件也被回流时，我们正指望一个吸干动作来吸引锡膏。虽然这个过程可能是棘手的拨号，好处是通孔和二次侧组件都是在同一时间焊接。我还见过像这样的过度粘贴小袋其中光圈是一个围绕圆形BGA衬垫的正方形。
通孔和焊锡掩模
大多数多氯联苯的通孔都用焊膜覆盖。当通孔设计为带焊锡掩膜开口时，扇出通孔必须考虑到最小的堤坝以及在焊接地面和打开的通孔上掩膜的扩展。如果没有焊坝，焊料很容易迁移到通孔中，使焊料不足的连接离开。
良好的设计实践需要短的电源和接地回路，因此通孔最好与SMD板紧密相连。当通孔是开放式金属时，你必须在这两个要求之间取得平衡。最简单的方法是在通孔的两侧盖上一层遮焊罩。
图2。在所有通孔上打开掩模会导致一些折衷的扇出，特别是在人口密集的板上。填充焊板内的通孔位置，而随机焊锡掩膜开口中的通孔保持开放状态。
虽然BGA包通常用于固定组件端，缓解焊点端，但供应商通常反对这种想法，因为很难知道在这种情况下焊点掩膜将流向哪里。他们想做的最后一件事是吃(或尝试重做)那些板后，所有的方式到焊接掩模步骤。
在模拟系统上进行启动和故障排除可能是一件非常复杂的事情。带有掩码的通道口不允许使用电路探头访问。虽然技术人员可以刮下一点焊锡掩膜进行返工，但不应该只需要测量电压或电流读数。这不是一个自动化的测试解决方案，因为通孔太小了。
图3。图片来源:作者-在BGA区域的板的底部，选择通孔打开，以访问设备上的引脚。
打开所有通孔上的遮罩使丝网印刷的安排更加麻烦。满足大多数情况的一种解决方法是在地通道上掩模，同时保持电源和信号通道露在外面。最后，如上所述，需要探测的网的特定列表被清除锡掩膜。
研究生院区域-焊锡屏蔽定义焊盘
细间距组件可能要求焊盘上有焊膜重叠。阈值是上面提到的100微米的最小宽度。以0.4 mm间距的BGA为例。它的球直径约为250微米。一个经验法则是，垫的尺寸至少可以是球的80%。唯一的办法就是用微型通径板。
没有多少晶圆厂，特别是在美国，会为微型通径签下200微米的衬垫。在海外，我会舒适地设计250微米的孔垫，50微米的面罩整体扩展。在400微米的螺距上，这使得IPC兼容的100微米留给焊锡坝。如果掩模的膨胀必须达到76微米，我可能会把捕捉垫降到224微米。这是关于丝网印刷的面具和激光定义。
将0.4 mm间距BGA的制造带到国内，我预计供应商需要320微米的通径焊板，这将成为SMD焊板的尺寸。这样就留下了一个80微米的气隙。没有选择扩大遮罩和保持100微米的最小坝。压缩掩模76微米的值，掩模定义的衬垫尺寸为244微米。这给我们留下了一个非常可接受的156微米的焊锡掩膜宽度。
你可能已经注意到，我通常不会深入研究数字。当我这样做的时候，通常是用公制，因为这是我们现在大多数部件的计量单位。即使当针距是100密耳，我可能会称它为2.54毫米。电路板设计人员应该熟练使用从埃到英寸的各种单位。避开这些数字，你就会去供应商那里寻找答案。他们都有一个技术路线图，没有两个是完全相同的。
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(1)IPC-TM-650试验方法2.4.28.1，粘附性，防焊锡(掩膜)，胶带试验方法，定义了测定在熔化金属上使用的防焊锡(掩膜)粘附性的程序。根据ASTM D3330的测试，该测试方法要求一卷压敏自粘薄膜胶带，其粘接强度至少为44 N/100 mm [40 oz-力/in]，但不超过66 N/100 mm [60 oz-力/in]。普通的透明胶带和其他胶带都符合要求。