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Solder Mask(S/M)是什么?对PCB有什么用处?只有绿色吗?

time : 2019-08-27 09:17       作者:凡亿pcb

Solder Mask(S/M)是什么?对PCB有什么用处?只有绿色吗?
在电路板的文章及讨论中经常听到【Solder Mask,S/M】这个名词,到底【Solder Mask】 是什么?在电路板中又是担任了什么角色?
何谓「Solder Mask」?
【Solder Mask】的正确中文名称应该叫做「阻焊」或「防焊」,因为99%以上的电路板都才用绿色的阻焊层,所以一般俗称其为「绿漆」或「绿油(大陆用语)」,其他还有红漆、黑漆、蓝漆…等为了迎合不同场合的颜色外观,比如说在NPI阶段有些RD会特异选用「红漆」来与量产板做区隔,某些会外露的板子选择用黑色来与机壳颜色做配合。随着时代的演进与雷射条码的导入,为了可以用光学扫描判读电路板上的雷射条码,一般不建议使用绿色以外的防焊。其实【Solder Mask】还有个比较传神的英文名称叫做【Solder Resist】,但用的人比较少。
 
「Solder Mask」的目的与作用
【Solder Mask】位于电路板的最上层(Top layer)与最底层(Bottom layer)铜箔线路之上,用来保护铜箔免于被氧化与不小心被焊锡沾到而影响电路板的功能,所以【Solder Mask】一般都以树脂当主要材料,使用印刷技术将【Solder Mask】覆盖于电路板上、下表面不需要焊接的位置上,以起到防潮、绝缘、防焊、耐高温及美观的需求。少部份可能使用喷墨印刷。
 
「Solder Mask」中的「Mask」其实代表着「光罩」的含意
一般PCB板厂在制作【Solder Mask】时都是先将整片PCB板子全部印刷上防焊漆,接着放进烘烤做预烘烤作业,然后使用底片(Film)做接触式曝光,将底片上的影像转移到防焊漆的表面,其实就跟影印机的原理差不多。
请注意:底片上的影像为「负片」,也就是底片上有黑影的部份是不想被保留下来的,而透明的地方绿漆则会被保留下来,它就是个「光罩」的作用,所以英文里才会使用mask(遮罩)这个名词。
接着用UV(紫外)光将没有被光罩遮住的防焊漆烘干,这时候防焊漆才真正固化并绝对附着于电路板上,也才说前面的烘干只「预烘干」,最后再进入化学槽,将有光罩的区域清洗掉,一般防焊漆清洗后露出来的都是可以焊接的铜面。
请注意:印刷防焊漆制程后所显现的只是铜面,在电路板的后续制程中还得再做表面处理(Finished),如化金、化银、化锡等,以防止铜面在焊锡前就氧化了。
 
「Solder Mask」印刷会影响SMT焊锡品质
防焊漆制程虽然看似简单,而且对于电路板的最大作用也只是起到绝缘、防焊的功能,但防焊漆如果作业不良也可能造成严重的品质问题,除了PCB板厂本身防焊漆印刷可能出现的清洁不良、孔洞、漏印、露铜、印刷不均匀、塞孔不良等缺失外,有时候防焊漆的印刷偏移量与厚度也是左右SMT焊锡的品质因素之一,尤其是零件及焊点越来越小的手机板,深圳宏力捷之前就曾经有过文章介绍。
  ? 电路板的防焊层印刷偏移会造成BGA短路吗?
  ? 原来PCB的绿漆及丝印层厚度会影响锡膏量造成BGA短路?
因为【Solder Mask】使用底片转印来决定保留与不保留防焊漆的地方,所以【Solder Mask】防焊层与PCB之间的对位就变得非常重要,因为一旦对位偏移太多,防焊漆(油墨)就可能覆盖并影响原本应该要暴露出来的铜箔焊垫大小。
至于防焊漆印刷的高度则会影响到锡膏量,因为防焊漆越厚,其与焊垫的高度差就越大,钢板印刷出来的锡膏量就会越多,大焊垫没有问题,但是小焊垫的锡膏量如果太多就很容易发生焊锡短路的问题。
 
「Solder Mask」印刷的制程能力
因为大多数的PCB板厂都使用刮刀及网版将防焊绿漆印刷于电路板上,但如果你仔细看电路板,会发现电路板的表面可不是你想像的那么平整,电路板的表面会有铜箔线路(trace),也会有大面积的铜面,这些浮出电路板表面的铜箔实际上或多或少会影响绿漆印刷的厚度,而且因为刮刀的影响,在线路转角(Trace corner, B)的位置有时候会特别薄。
PCB_Soldermask_thickness 因为大多数的PCB板厂都使用刮刀及网版将防焊绿漆印刷于电路板上,但如果你仔细看电路板,会发现电路板的表面可不是你想像的那么平整,电路板的表面会有铜箔线路(trace),也会有大面积的铜面,这些浮出电路板表面的铜箔实际上或多或少会影响绿漆印刷的厚度,而且因为刮刀的影响,在线路转角(Trace corner, B)的位置有时候会特别薄。
一般来说PCB板厂会针对上图四个位置的防焊绿漆厚度(soldermask thickness)做一些简单的尺寸与公差管控,但这个公差范围其实每间PCB板厂的内规都不太一样,好像也没有工业标淮。PCB板厂一般不会将防焊绿漆印得太薄,怕露铜,也怕导通孔填不满,而且网版厚度、刮刀种类与压力、刮刀次数(一般都是来回各一次)…等条件都会影响其厚度。
下面是深圳宏力捷调查几家PCB板厂后大致的公差范围,请注意这个尺寸范围仅供参考,而且各家PCB板厂尺寸也都不同:
  ? A:Line corner(线路转角):0.2~0.8mil
  ? B:Line area(线路区域):0.4~0.8mil
  ? C:Copper surface area(铜面上防焊厚度):0.6~1.4mil
  ? D:Base material area(基材上防焊厚度):0.8~1.8mil
另外,防焊绿漆印刷除了厚度需要注意之外,其实其印刷位置的精淮度更重要,限于现今的科技,一般PCB板厂对于防焊绿漆的印刷只使用低成本的影像复印技术,所以其对位老实说并不精淮,这对一些有高精密度需求的系统业者来说造成了一些小麻烦,但是一分钱一分货,以目前的价格取向,能力就是这样,除非加价使用更高端的影像技术。
 
下面列出大部分PCB板厂对于防焊绿漆印刷偏移的能力与防焊绿漆最小可以印刷的宽度:
列出大部分PCB板厂对于防焊绿漆印刷偏移的能力与防焊绿漆最小可以印刷的宽度
  ? E:Minimum soldermask dam/bridge(防焊绿漆最小下墨区): 4 mil(有些厂商可以做到3mil)。防锡霸(Solder dam)为防焊绿漆印刷于两个相邻焊垫之间,最主要目的在防止焊锡短路,之所以称为【坝(dam)】并不是防焊绿漆的高度足以隔绝焊锡溢流产生短路,而是防焊绿漆相对于熔融锡膏的表面张力比较小,既使锡膏原本的印刷会印在绿漆,但是焊锡的内聚力较大,锡膏熔融后一般不是距离很远的焊锡都会自己缩回焊垫内,就像水总是往下流,熔融的锡膏则会往可以吃锡的地方流动。所以在相邻焊垫间印刷防焊绿漆可以起到防止焊锡短路的问题。
  ? F:The tolerance of soldermask exposure registration(防焊绿漆印刷精淮度):+/-2mil(部份厂商宣称可以做到+/-1mil)。 
如果是「Non-Solder Mask Defined」布线,这个尺寸经精度关系到防焊开窗与焊垫之间的单边距离。
  ? G:这个尺寸应该与E相同。
后记: 
深圳宏力捷并不是PCB板厂的相关人员,纯粹是因为产品设计生产时经常与PCB板厂打交道,常常磨着PCB板厂问东问西,顺便把这些资讯整理一下给自己日后参考用。如果你有任何PCB的制程问题,建议还是请教专家,会比深圳宏力捷厉害喔!而且深圳宏力捷也不敢说以上的信息全部正确,还是哪句话,服用前请三思!
 
延伸阅读: 
快速移除PCB防焊(绿漆)的方法-雷射