第13节- PCB设计:阻焊
这是第十三节课部分在返校系列PCB设计师和那些可能想知道更多关于它。
内容
焊接掩模
阻焊板是PCB拼图中至关重要的一块。当看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的连接时，它们经常被放在最后。让我们从阻焊开始我们将在下一节讲到标记。有两种基本类型的焊料掩模，液体光成像(LPI)和干膜，LPI是最常见的。
干膜照片可成像的阻焊膜更像是一个贴纸或两个贴纸与阻焊膜结合在一起。一边是剥落和剩余的材料去了整个板面具的一面向下。在用紫外光固化之前，金属要暴露在外的部分被遮盖起来。剥掉剩余的一面，清洗纸板。这是简短的版本。液体面膜遵循类似的过程，只是没有贴纸。
它曾经是100%的绿色，但后来我们变成了蓝色，一个接一个的颜色。就流行程度而言，黑色是新的蓝色。它与丝网的白色或黄色墨水形成了最高的对比，看起来也很酷。你可以买一个装在小瓶子里的焊锡罩，用刷子涂药器或笔来做补焊工作。为了生产，它被装在一加仑大小的罐子和大桶中。
应用LPI掩模的低成本方法是将其丝印到电路板上。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，不容易燃烧。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:作者- padstack编辑器是为足迹定义掩码的地方。
阻焊条- PCB缺陷的主要原因
焊锡掩膜能很好地附着在表面，但仍有一小段可能脱落。所谓的阻焊条子是不合格的。设计师需要考虑到任何两个掩模开口之间的焊坝的最小宽度为100微米(4密耳)。IPC开发了一种测试方法，将特定粘性的胶带粘在板上并从板上撕下来。然后，我们可以检查胶带，看是否有导电或不导电的东西脱落了。
从前，我是一家电信公司无线组的收货检查员。当pcb出现时，胶带测试是我的工作之一。我们有聚酯薄膜1:1的艺术品来比较光桌上的电路模式。我们有一台机器可以测量手指上的黄金厚度，另一台机器可以测量孔道中铜桶的平均厚度。我可以在显微镜下检查枪管上的裂缝。
那时候我们还没盖过过孔。我想大多数工厂还是希望你不要这么做。这些洞并不总是被面具完全填满。这可能会在焊接过程中留下一点空气，可能会导致电路板爆裂。是不断缩小的电子设备导致了这种情况。
不管怎样，有检查孔大小的销规，触角规和一大块花岗岩来评估弯曲和扭曲。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。那是一份有趣的工作，但我在一个坏经理接手之前离开了。当消息宣布时，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仓库的轻松工作，一直干到我去ECAD学校。
我跑题了。在所有可能的缺陷中，没有通过胶带测试的电路板比其他电路板多。当我设计我的脚印和滑板时，这些知识一直伴随着我。其他大多数问题都是外观问题，与污染有关，少数问题不够平坦，无法通过规范。在组装和检查方面的工作对我现在所做的工作来说是一个很好的背景。在移动。
在回流焊过程中包含焊料
焊料掩模保护裸铜，同时防止焊料扩散到其预定位置之外。镀通孔和表面贴装组件两者都需要掩膜以确保适当的可焊性。通孔销可以拖焊板是降低到熔锡浴。另一种方法是波峰焊，使焊料在固定板下凸起。
最后，混合技术板有钉入粘贴。这里的想法是在大头针突出的一侧添加一个相对较大的粘贴区域。膏体模板开口的尺寸将比焊点大得多。这个想法是在该区域沉积足够的膏体，以填补针和孔之间的空间与额外的焊锡角。
除了孔直径和销尺寸外，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。
我们指望在SMD组件回流的同时吸芯动作来吸锡膏。虽然这个过程可能很棘手，但好处是通孔和次要侧组件都是同时焊接的。我也见过这样的粘贴小袋其中孔径是围绕圆形BGA衬垫的方形。
过孔和焊锡屏蔽
大多数多氯联苯的通孔都覆盖着已焊的掩膜。当通孔设计有焊掩膜开口时，扇出通孔必须考虑到焊面和开口通孔上的最小坝和掩膜膨胀。如果没有焊坝，焊料很容易迁移到通孔中，从而导致焊料不足。
良好的设计实践需要较短的电源和接地回路，因此过孔最好与SMD衬垫紧密相连。当过孔是开放式金属时，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扇出受损，特别是在人口密集的板上。焊盘中的通孔位置被填充，而随机焊掩模开口中的通孔保持打开状态。
虽然BGA包通常用于屏蔽组件端和缓解焊料端，但供应商通常对这一想法表示不满，因为很难知道在这种情况下焊料掩膜将流向哪里。他们想做的最后一件事是吃(或试图返工)这些板后，一直到焊接屏蔽步骤。
在模拟系统上进行故障引导和故障排除可能是一件非常棘手的事情。带有掩码的通道不允许使用电路探头访问。虽然技术人员可以刮掉一点焊锡罩进行返工，但不应该只需要读取电压或电流。这不是一个自动化的测试解决方案，因为过孔太小了。
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。
打开掩膜上的所有通孔使得安排丝网更多的麻烦。一个解决方案，满足大多数情况下是掩码在地面通孔，同时保持电源和信号通孔暴露。最后，如上所述，需要探测的特定网的屏蔽焊被清除。
研究生院区域-阻焊板定义
细距组件可能需要在焊盘上有阻焊罩。阈值是上面提到的100微米的最小宽度。以0.4 mm pitch BGA为例。它的球直径约为250微米。一个经验法则是，垫的大小可以是球大小的至少80%。唯一的方法扇形BGA的球场是与微通道板。
没有多少晶圆厂，尤其是美国的晶圆厂，会为微通孔注册200微米的衬垫。在国外，我将轻松地设计250微米的孔垫和50微米的面罩整体膨胀。在400微米的间距上，IPC兼容的100微米留给焊料坝。如果掩模膨胀到76微米，我可能会将捕获垫降低到224微米。这是关于丝印口罩和激光定义。
将0.4毫米间距BGA的制造带到国内，我预计供应商需要320微米的通径板，这将成为SMD板的尺寸。这就留下了一个80微米的空气间隙。我们没有办法在扩大掩模的同时保持100微米的最小大坝。将掩模收缩到76微米，就会产生一个掩模定义的244微米的衬垫大小。这给我们留下了一个非常可接受的156微米的阻焊宽度。
你可能已经注意到，我通常不太深入研究数字。当我这样做的时候，它通常是公制的，因为这是我们大多数元件的测量单位。即使当针距为100密耳时，我可能会称其为2.54毫米。电路板设计师应该熟练使用从埃到英寸的各种单位。避免这些数字会让你去找你的供应商。他们都有一个技术路线图，没有两个是完全相同的。
相关文档
- 永久阻焊膜的鉴定和性能规范
- 模具设计指南
- 锡膏印刷的要求
- 批量焊接过程温度分析指南(波峰和回流焊)
- IPC- hdbk -840补充了IPC规范中确定的阻焊要求
(1)IPC-TM-650试验方法2.4.28.1，粘附性，阻焊剂(掩膜)，胶带试验方法，定义了用于熔化金属的阻焊剂(掩膜)的粘附性的测定程序。该测试方法要求一卷压敏自粘薄膜胶带，按照ASTM D3330测试，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]。普通的透明胶带与其他胶带一起符合要求。