技術(shù)資訊 I PCB 阻焊層與助焊層的區(qū)別

本文要點

PCB 阻焊層的基礎(chǔ)知識。

了解焊膏在 PCB 上的作用。

針對阻焊層和助焊層設(shè)置 PCB CAD 系統(tǒng)。

一塊標準的印刷電路板 (PCB) 通常需要兩種不同類型的層，即“罩層 (mask)”。盡管阻焊層 (solder mask) 和助焊層 (paste mask) 都是“罩層”，但在 PCB 制造過程中，它們分別用于兩個完全不同的部分。本文將探討助焊層與助焊層之間的區(qū)別，并詳細介紹 PCB 設(shè)計師在 PCB layout 中使用這些層時需要了解的內(nèi)容。

阻焊層和電路板制造

為了制造雙面電路板，電介質(zhì)核心材料被夾在兩層由器件焊墊、區(qū)域填充物和連接走線組成的銅連接之間。這種基本結(jié)構(gòu)也用于多層電路板的層對，只是銅和電介質(zhì)材料更薄，且不包括內(nèi)層的焊墊。最終，所有這些層對合在一起，構(gòu)成一個多層電路板，之后進行鉆孔，然后成品電路板就可以交給組裝人員安裝電子器件了。然而，在將電路板送到組裝人員那里之前，必須完成另一個步驟來保護電路板：涂抹阻焊層。

阻焊層（或被一些制造商稱之為阻焊劑）是一種應(yīng)用于電路板外表面的保護材料。阻焊層將覆蓋整個電路板的表面，包括金屬和電介質(zhì)材料，除了將被焊接的焊盤和過孔。該覆蓋層將保護電路板不受金屬氧化、腐蝕、灰塵、甚至人類接觸所污染。兩個暴露的金屬區(qū)域之間的阻焊層也將有助于防止焊料在裸露區(qū)域之間出現(xiàn)橋接，并在金屬表面堆積。

激光切割的不銹鋼焊膏鋼網(wǎng)

阻焊材料可以通過兩種不同的工藝涂到電路板上：

01

液體：使用絲網(wǎng)印刷工藝，可將阻焊材料直接涂在電路板上，然后材料會硬化，使焊盤和鉆孔暴露在外。

02

感光材料：感光阻焊材料可以作為液體涂抹，也可以作為一片干膜鋪在電路板上。然后將電路板暴露在紫外光下，要焊接的焊盤和過孔除外。曝光會使整個電路板上的阻焊材料硬化，然后清洗掉過孔和焊盤上未曝光的材料。

樹脂是一種常用的阻焊材料，因為它對高溫、潮濕和焊料有耐受性。阻焊層通常是綠色的，但如果 OEM 希望用不同顏色的電路板來區(qū)分不同的生產(chǎn)步驟，也可以采用其他顏色。例如，原型電路板可能是紅色的，而綠色則表示常規(guī)生產(chǎn)的電路板。同樣重要的是，阻焊材料涂抹的厚度要合適，以確保均勻涂抹，實現(xiàn)最佳固化效果。接下來，我們來了解一下助焊層以及它在 PCB 組裝中的作用，并看看它與阻焊層有什么不同。

PCB CAD 系統(tǒng)中的阻焊層圖像

助焊層和電路板組裝

波峰焊

將器件焊接到制造的電路板上有兩種主要方法，第一種是波峰焊。這種工藝要求將通孔元件插入鉆孔中，并將表面貼裝部件粘貼在電路板的焊墊上。然后，電路板在傳送帶上穿過一臺機器，機器上有一道道波浪狀熔化的焊料，電路板必須通過這些波浪。波浪會穿過鉆孔，焊接通孔部件，并在表面貼裝元件的焊盤和引線之間形成一個焊點。

回流焊

第二種工藝稱為回流焊，此工藝會使用到助焊層。回流焊工藝從一層焊膏開始，焊膏附著在要焊接的表面貼裝焊盤上。焊膏是一種由金屬焊料顆粒和粘性焊劑組成的材料，像膩子一樣具有粘性。焊劑不僅能清潔電路板和待焊部件的焊接表面，而且還能作為粘合劑將元件固定在原位，直至焊接完成。在通過回流焊爐時，焊膏熔化，然后為粘住的元件形成一個牢固的焊點。

可以通過三種主要方法在電路板上涂抹焊膏：

01

人工涂抹：對于 PCB 返工或產(chǎn)量有限的情況，如原型電路板，可以使用注射器手動涂抹焊膏。不過，這個過程既費時又費力，對于量產(chǎn)來說并不實用。

02

噴射打?。?/strong>利用 PCB CAD 系統(tǒng)的助焊層數(shù)據(jù)，可以使用一臺噴射打印機在電路板的每個表面貼裝焊盤上涂抹錫膏。這種操作方法非常精確，但速度不一定最快。

03

鋼網(wǎng)：對于大批量生產(chǎn)的電路板，制造商會使用來自 PCB CAD 系統(tǒng)的同一助焊層數(shù)據(jù)創(chuàng)建一個鋼網(wǎng)，作為噴射打印機使用。鋼網(wǎng)通常是用激光制作而成，并且用不同的材料進行處理，以保證焊膏涂抹的精確性，并確保鋼網(wǎng)具有較長的使用壽命。使用刮刀可以在一分鐘內(nèi)將焊膏涂在電路板上，對于大批量生產(chǎn)來說，這是最快的涂抹方法。

阻焊層和助焊層之間的主要區(qū)別是，阻焊層是涂在電路板上用于保護電路板的材料，而助焊層是用來涂抹焊膏的圖案。

接下來，我們來了解一下如何使用 PCB CAD 系統(tǒng)來創(chuàng)建阻焊層和助焊層。

與上圖相同的視圖，只顯示焊膏

PCB 設(shè)計層：阻焊層和助焊層

PCB CAD 系統(tǒng)將使用不同的內(nèi)部層來表示頂部和底部的阻焊層以及頂部和底部的助焊層。CAD 系統(tǒng)中的每個層都可以顯示相應(yīng)的數(shù)據(jù)，用于制作阻焊層和助焊層、模板或用于在電路板上涂抹阻焊層和焊膏的圖案。

在上面的兩張圖片中，我們可以看到 PCB CAD 系統(tǒng)中綠色的阻焊層和紅色的助焊層。請注意，阻焊層圖像中包含的元素比助焊層多。這是因為阻焊層圖像中顯示了所有將要焊接的鉆孔、過孔和表面貼裝焊盤，而助焊層圖像只顯示了表面貼裝焊盤。阻焊層元素定義了不涂抹阻焊劑的位置，而助焊層元素定義了涂抹錫膏的位置。

在大多數(shù)情況下，在 PCB CAD 系統(tǒng)中，阻焊層和助焊層的創(chuàng)建都是自動進行的。盡管 PCB 設(shè)計師可以控制阻焊層和助焊層元素的尺寸和形狀，但大多數(shù)人會將其設(shè)置為與 PCB footprint 中的焊盤或過孔的尺寸相同。如此一來，電路板制造和裝配車間需要負責改變這些元素的尺寸和形狀，以實現(xiàn) PCB 可制造性。

不過，如果設(shè)計師希望控制阻焊層和助焊層元素，可以編輯 PCB footprint 或通過后處理程序來運行相應(yīng)的數(shù)據(jù)。現(xiàn)在，我們來了解一下如何在 Cadence Allegro PCB Editor 中創(chuàng)建阻焊層和助焊層。

Allegro PCB Editor 中的 Cross Section Editor 顯示了阻焊層和助焊層

使用 PCB CAD 層

在 Cadence Allegro PCB Editor 中，用戶可以使用 Padstack Editor 全面控制阻焊層和助焊層的形狀和尺寸。這允許設(shè)計師添加、刪除或編輯設(shè)計中使用的任何焊盤元素。同時，還可以在 Constraint Manager 中設(shè)置管理這些元素的規(guī)則。通過檢查制造和裝配規(guī)則，系統(tǒng)會顯示可制造性問題警告，如細間距焊盤之間的阻焊層不足，以防止焊料橋接。

在 Cross Section Editor 中，可以用合適的阻焊層和助焊層來配置設(shè)計。在上圖中，編輯器中顯示了設(shè)計各層的堆疊，包括不同的阻焊層。這些層可以通過寬度和材料信息進行配置，以便規(guī)劃各層的堆疊，實現(xiàn)成功制造。