本文要點(diǎn)

PCB 阻焊層的基礎(chǔ)知識(shí)。

了解焊膏在 PCB 上的作用。

針對(duì)阻焊層和助焊層設(shè)置 PCB CAD 系統(tǒng)。

一塊標(biāo)準(zhǔn)的印刷電路板 (PCB) 通常需要兩種不同類(lèi)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(guò)程中，它們分別用于兩個(gè)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(xì)介紹 PCB 設(shè)計(jì)師在 PCB layout 中使用這些層時(shí)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(duì)，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(duì)合在一起，構(gòu)成一個(gè)多層電路板，之后進(jìn)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(gè)步驟來(lái)保護(hù)電路板：涂抹阻焊層。

阻焊層（或被一些制造商稱(chēng)之為阻焊劑）是一種應(yīng)用于電路板外表面的保護(hù)材料。阻焊層將覆蓋整個(gè)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(pán)和過(guò)孔。該覆蓋層將保護(hù)電路板不受金屬氧化、腐蝕、灰塵、甚至人類(lèi)接觸所污染。兩個(gè)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(guò)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(huì)硬化，使焊盤(pán)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(pán)和過(guò)孔除外。曝光會(huì)使整個(gè)電路板上的阻焊材料硬化，然后清洗掉過(guò)孔和焊盤(pán)上未曝光的材料。

樹(shù)脂是一種常用的阻焊材料，因?yàn)樗鼘?duì)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(lái)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(shí)現(xiàn)最佳固化效果。接下來(lái)，我們來(lái)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(guò)一臺(tái)機(jī)器，機(jī)器上有一道道波浪狀熔化的焊料，電路板必須通過(guò)這些波浪。波浪會(huì)穿過(guò)鉆孔，焊接通孔部件，并在表面貼裝元件的焊盤(pán)和引線之間形成一個(gè)焊點(diǎn)。

回流焊

第二種工藝稱(chēng)為回流焊，此工藝會(huì)使用到助焊層。回流焊工藝從一層焊膏開(kāi)始，焊膏附著在要焊接的表面貼裝焊盤(pán)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?zhàn)右粯泳哂姓承?。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(guò)回流焊爐時(shí)，焊膏熔化，然后為粘住的元件形成一個(gè)牢固的焊點(diǎn)。

可以通過(guò)三種主要方法在電路板上涂抹焊膏：

01

人工涂抹：對(duì)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(dòng)涂抹焊膏。不過(guò)，這個(gè)過(guò)程既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力，對(duì)于量產(chǎn)來(lái)說(shuō)并不實(shí)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(tái)噴射打印機(jī)在電路板的每個(gè)表面貼裝焊盤(pán)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(duì)于大批量生產(chǎn)的電路板，制造商會(huì)使用來(lái)自 PCB CAD 系統(tǒng)的同一助焊層數(shù)據(jù)創(chuàng)建一個(gè)鋼網(wǎng)，作為噴射打印機(jī)使用。鋼網(wǎng)通常是用激光制作而成，并且用不同的材料進(jìn)行處理，以保證焊膏涂抹的精確性，并確保鋼網(wǎng)具有較長(zhǎng)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(duì)于大批量生產(chǎn)來(lái)說(shuō)，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(hù)電路板的材料，而助焊層是用來(lái)涂抹焊膏的圖案。

接下來(lái)，我們來(lái)了解一下如何使用 PCB CAD 系統(tǒng)來(lái)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(jì)層：阻焊層和助焊層

PCB CAD 系統(tǒng)將使用不同的內(nèi)部層來(lái)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(gè)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(qǐng)注意，阻焊層圖像中包含的元素比助焊層多。這是因?yàn)樽韬笇訄D像中顯示了所有將要焊接的鉆孔、過(guò)孔和表面貼裝焊盤(pán)，而助焊層圖像只顯示了表面貼裝焊盤(pán)。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(dòng)進(jìn)行的。盡管 PCB 設(shè)計(jì)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(huì)將其設(shè)置為與 PCB footprint 中的焊盤(pán)或過(guò)孔的尺寸相同。如此一來(lái)，電路板制造和裝配車(chē)間需要負(fù)責(zé)改變這些元素的尺寸和形狀，以實(shí)現(xiàn) PCB 可制造性。

不過(guò)，如果設(shè)計(jì)師希望控制阻焊層和助焊層元素，可以編輯 PCB footprint 或通過(guò)后處理程序來(lái)運(yùn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)。現(xiàn)在，我們來(lái)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(hù)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(jì)師添加、刪除或編輯設(shè)計(jì)中使用的任何焊盤(pán)元素。同時(shí)，還可以在 Constraint Manager 中設(shè)置管理這些元素的規(guī)則。通過(guò)檢查制造和裝配規(guī)則，系統(tǒng)會(huì)顯示可制造性問(wèn)題警告，如細(xì)間距焊盤(pán)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(lái)配置設(shè)計(jì)。在上圖中，編輯器中顯示了設(shè)計(jì)各層的堆疊，包括不同的阻焊層。這些層可以通過(guò)寬度和材料信息進(jìn)行配置，以便規(guī)劃各層的堆疊，實(shí)現(xiàn)成功制造。