PCB阻焊層：如何選擇合適的厚度與類型？

博客作者：Zachariah Peterson

在研究電路板時(shí)，特別是作為電子行業(yè)的初學(xué)者，我總會(huì)好奇為什么 PCB 的頂層是綠色的。答案各有不同，但每個(gè)人都同意一件事：阻焊層有助于檢查，為導(dǎo)體提供保護(hù)，并防止手工裝配過程中的視覺疲勞。各種 PCB 阻焊層類型在應(yīng)用方式、成分以及價(jià)格方面各不相同。

在確定電路板所需阻焊層的正確類型和厚度時(shí)，您需要考慮制造商的能力和檢查/裝配過程。以下是四種常見的 PCB 阻焊層類型：

1. 液體環(huán)氧阻焊層

2. 液體光成像阻焊層（LPSM）

3. 干膜阻焊層（DFSM）

4. 頂層和底層膜片

什么是 PCB 阻焊層？

阻焊層是一種 PCB 工藝，用于保護(hù)電路板上的金屬元件免受氧化，并防止焊盤之間形成導(dǎo)電橋。這是 PCB 制造中的關(guān)鍵步驟，尤其是在使用回流或焊槽的情況下。這些技術(shù)并不能很好地控制熔融焊料位落在電路板上的位置，但阻焊層可以讓您進(jìn)行一定程度的控制。阻焊層有時(shí)被稱為“阻焊劑”，我認(rèn)為這更恰當(dāng)，因?yàn)槲以?jīng)認(rèn)為阻焊層是應(yīng)用于電路板的整層焊料。

PCB 阻焊層類型

所有阻焊層均由聚合物層組成，該聚合物層涂在印刷電路板上的金屬導(dǎo)線上。PCB 阻焊層類型有很多，電路板的最佳選擇取決于成本和您的應(yīng)用。最基本的阻焊層選項(xiàng)是使用絲網(wǎng)印刷，在導(dǎo)體上印刷液態(tài)環(huán)氧樹脂，就像通過模板噴繪油漆一樣。阻焊層幾乎可以應(yīng)用任何顏色。

液體環(huán)氧阻焊層

最基本的阻焊層選項(xiàng)是使用絲網(wǎng)印刷，在 PCB 上印刷液態(tài)環(huán)氧樹脂。這是成本最低且最受歡迎的阻焊層選項(xiàng)。在此過程中，使用編織網(wǎng)來支撐油墨阻擋圖案。液態(tài)環(huán)氧樹脂是一種熱固性聚合物，在熱固化過程中會(huì)變硬。阻焊層染料會(huì)混合到液態(tài)環(huán)氧樹脂中并固化成所需的顏色。

液體光成像阻焊層（LPSM）

更高級(jí)的阻焊層使用干式膜或液體阻焊劑的光刻過程，類似于半導(dǎo)體制造中用于光刻膠曝光的過程。LPSM可以像環(huán)氧樹脂一樣進(jìn)行絲網(wǎng)印刷，也可以噴涂在表面上，這通常是一種更便宜的應(yīng)用方法。更先進(jìn)（和準(zhǔn)確）的方法是使用光刻過程來定義焊盤、過孔和安裝孔的阻焊層開口。

在此過程中，根據(jù)您的Gerber 文件制作與您所需阻焊層相匹配的光刻膜片。然后，徹底清理面板化電路板，以確保在硬化的阻焊劑下沒有灰塵顆粒。面板的兩側(cè)完全被液體 LPSM 覆蓋。

使用 LPSM 時(shí)，您會(huì)注意到光刻膜片的黑色部分定義了您希望導(dǎo)體暴露的區(qū)域，而您希望覆蓋組焊層的電路板區(qū)域會(huì)很清晰。

用 LPSM 覆蓋電路板后，電路板在烤爐中烘干并放入紫外線顯影劑中。在干燥的電路板上小心地對(duì)齊光刻膜片，然后用紫外線照射電路板。LPSM 材料的暴露區(qū)域通過紫外線固化，而未暴露區(qū)域則用溶劑洗掉，留下一層堅(jiān)硬的阻焊層。

干膜阻焊層（DFSM）

DFSM 阻焊層使用與 LPSM 類似的過程。這兩種 PCB 阻焊層類型都是在光刻型過程中暴露的。干式膜不是液態(tài)涂層，而是使用真空層壓過程，以阻焊膜片的形式應(yīng)用涂層。此真空層壓步驟迫使未暴露的阻焊膜粘附到電路板上并去除膜中的氣泡。暴露后，用溶劑去除阻焊層的未暴露區(qū)域，讓剩余的薄膜在熱過程中固化。

頂層和底層膜片

如果您查看有關(guān) PCB 阻焊層類型的其他指南，經(jīng)常提到的兩種阻焊層是頂層和底層。這些只是指放置在電路板頂部或底部的特定阻焊層；它們不涉及特定的制造過程或特定類型的阻焊材料。

最終步驟：固化和表面處理

應(yīng)用上面所示的介質(zhì)，需要清理電路板以清除所有灰塵。之后，它們也將經(jīng)歷最后的硬化和固化過程。由于沒有紫外線照射，液態(tài)環(huán)氧樹脂阻焊層會(huì)熱固化。LPSM 和 DFSM 薄膜會(huì)在光刻過程中通過紫外線照射固化。暴露后，這些薄膜將通過熱處理固化和硬化。

無論您使用哪種類型的 PCB 阻焊劑，生成的阻焊層都會(huì)在電路板上留下暴露的銅區(qū)域。這些暴露區(qū)域必須使用表面處理鍍層以防止氧化。最常見的表面處理是熱風(fēng)焊接平整（HASL），盡管其他流行的表面處理是化學(xué)鍍鎳浸金（ENIG）和化學(xué)鍍鎳化學(xué)鈀浸金（ENEPIG）。如果適用，膜片層上會(huì)留出額外的孔，用于助焊層。助焊層用于將焊盤或其他元件連接到印刷電路板上，并且根據(jù)不同的制造過程進(jìn)行不同的處理。

標(biāo)準(zhǔn)阻焊層厚度是多少？

阻焊層的厚度主要取決于電路板上銅跡線的厚度。在電路板空白區(qū)域的 LPSM 和 DPSM 阻焊層厚度一般會(huì)隨著位置的變化而變化。典型的阻焊層厚度（垂直于電路板）至少為0.8密耳。在導(dǎo)線邊緣附近，阻焊層會(huì)變薄，厚度可達(dá)0.3密耳或更低。一般來說，您需要在跡線上覆蓋大約0.5密耳的阻焊層。噴涂的環(huán)氧樹脂阻焊層可以使整個(gè) PCB 的厚度更均勻。

除了防止銅跡線腐蝕外，阻焊層還用于在電路板上的相鄰焊盤之間放置一個(gè)屏障。對(duì)于元件焊盤，這是通過在阻焊層和暴露焊盤之間定義一個(gè)小間隙來完成的，稱為阻焊層浮雕。這會(huì)形成一道屏障，防止一個(gè)焊盤上的熔融焊料流向相鄰的焊盤。這對(duì)于細(xì)間距 BGA 和其他具有高引腳密度的元件來說尤為重要。焊盤邊緣周圍的這種小浮雕允許焊料滴充分潤濕焊盤并將其自身固定到位，從而防止焊接過程中形成橋接。

阻焊層應(yīng)該是什么顏色？

阻焊層的顏色由阻焊層材料中使用的染料決定，染料的化學(xué)性質(zhì)會(huì)影響固化后的阻焊層厚度。綠色阻焊層被廣泛使用，其中一個(gè)原因是它可以用來創(chuàng)建薄的阻焊屏障（~0.1毫米）。其他顏色的阻焊層所用的染料往往會(huì)形成較厚的阻焊屏障。無論您選擇使用哪種染料，IPC-SM-840D中都定義了用于特定行業(yè)或應(yīng)用的 PCB 上的阻焊劑厚度。

阻焊層顏色是自動(dòng)或手動(dòng)目視檢查的重要組成部分。黑色阻焊層在電路板和跡線之間提供最低的對(duì)比度，這會(huì)給自動(dòng)檢測帶來困難。這是首選綠色膜片的另一個(gè)原因。您使用的絲印顏色也會(huì)影響視覺對(duì)比度，并會(huì)影響人工檢查時(shí)的視覺疲勞。

與任何其他制造參數(shù)或過程一樣，您應(yīng)該考慮最終應(yīng)用的敏感度，并相應(yīng)地規(guī)劃您的設(shè)計(jì)。與您的制造商討論制造選項(xiàng)始終很重要。他們甚至可以根據(jù)自己的能力建議更好的選擇。

我應(yīng)該使用什么阻焊層？

要決定合適的阻焊層，這取決于電路板、孔、元件和導(dǎo)體的物理尺寸、表面布局以及產(chǎn)品的最終應(yīng)用。

首先，如果您的 PCB 阻焊劑將用于航空航天、電信、醫(yī)療或其他“高可靠性”行業(yè)，請(qǐng)檢查有關(guān)阻焊層的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)以及您的一般預(yù)期應(yīng)用。有些特定的要求可以取代您在互聯(lián)網(wǎng)上學(xué)到的任何其他要求。

對(duì)于大多數(shù)現(xiàn)代印刷電路板設(shè)計(jì)，您將需要一種光刻阻焊劑。表面圖形將決定是否使用液體或干式應(yīng)用。干式應(yīng)用會(huì)在整個(gè)表面形成均勻的阻焊層厚度。但是，如果您的電路板表面非常平坦，則干式膜片的附著力最佳。如果表面特征復(fù)雜，您最好選擇液體（LPSM）選項(xiàng)，以更好地接觸跡線的銅和層壓板。液體應(yīng)用的缺點(diǎn)是整個(gè)板上的厚度并不完全均勻。

您還可以在膜片層上獲得不同的處理結(jié)果。與您的制造商討論他們有哪些可用產(chǎn)品以及這將如何影響生產(chǎn)。例如，如果您使用焊層回流過程，則啞光處理可減少焊球。

如何在我的PCB布局中包含阻焊層？

設(shè)計(jì)印刷電路板時(shí)，阻焊層在您的 PCB 布局和 Gerber 文件中應(yīng)該是其自己的層（頂層和底層）。這不會(huì)在您的層堆疊管理器中定義。相反，它通常在您的 CAD 工具中默認(rèn)定義為附加層。如果阻焊層沒有完全居中，您通常需要在元素周圍留出2密耳的邊框。焊盤之間的最小距離通常為8密耳，以確保膜片可以防止形成焊橋。

審核編輯：黃飛

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