在现代电子设备精密化、小型化的发展浪潮下,印制电路板(PCB)作为电子系统的核心载体,其性能优劣直接关乎产品成败。而阻焊设计,作为 PCB 设计制造的关键一环,如同隐藏在电路之下的 “隐形守护者”—— 它不仅通过绝缘防护层隔绝外界侵蚀,保障线路电气性能稳定,还以精准的焊接区域控制提升生产良率,更凭借多样的色彩选择赋予电路板独特外观。从消费级智能终端到航天级精密仪器,阻焊设计正以看不见的力量,重塑着每一块电路板的可靠性与功能性。下面将从阻焊的用途、设计要点、制作流程、与阻焊桥制作等方面,深入剖析什么是阻焊设计。
(1)保护线路,提升电气性能:PCB 在复杂的使用环境中,容易受到湿气和各种化学品电解质的侵蚀。阻焊层就像是线路的 “防护服”,能够有效防止线路氧化腐蚀,避免因腐蚀导致的电气性能下降,确保电路稳定运行。在潮湿的工业环境或靠近海边的电子设备中,阻焊层能极大地延长 PCB 的使用寿命。
(2)防止机械损伤,保障绝缘性能:在 PCB 的生产、安装和使用过程中,难免会受到机械刮擦。阻焊层可以防止外来的机械刮伤,避免线路间因刮伤而接触短路,维持板面良好的绝缘性能,保障电子设备的安全性和可靠性。
(3)精准控制焊接区域,避免短路:在电路板焊接元器件时,精准控制焊接区域至关重要。阻焊层能够防止不该焊接的部分被焊锡相连,有效避免短路情况的发生,确保每个焊点都准确无误,提高焊接质量和生产效率。
(4)降低成本,节约资源:阻焊层可以减少非焊接区的喷锡或沉金损耗。通过精准覆盖不需要进行表面处理的区域,避免了不必要的材料浪费,降低了生产成本,提高了资源利用率。
(5)美化外观,提升产品形象:阻焊层通常会使用各种颜色的油墨,如常见的绿色、蓝色等。这些彩色油墨不仅为电路板赋予了美观的外观,还能起到标识和区分不同功能区域的作用,提升了产品的整体形象。
阻焊的设计要点
(1)线路层与阻焊层的关系:阻焊设计的核心在于理解其负片输出的特性。简单来说,阻焊层上有图案的地方实际上是不印阻焊油墨的区域,而没有图案的地方则会被油墨覆盖,线路层有图案的地方制作出来是铜面,这是信号传输的路径。而当线路层与阻焊层在同一面重合的区域,才会呈现出露铜(喷锡或沉金)效果,这些露铜区域用于焊接元器件引脚或进行其他电气连接。
(2)阻焊开窗与线路焊盘:由于生产过程中机器存在对位偏差,通常要求“阻焊开窗焊盘大于线路焊盘”(一般整体大 0.1mm 左右,即单边外扩 0.05mm)。但这也可能导致一些问题,比如阻焊开窗可能会使焊盘变形或偏大,主要体现在:当阻焊开窗底下是独立的线路焊盘时,实际焊盘形状与线路焊盘一致;若是与线路相连的线路焊盘,会出现线路焊盘加上相连的小部分线条露铜的形状;而在大铜面上的线路焊盘,实际焊盘形状则类似阻焊开窗焊盘,因为周围部分铜面露铜使焊盘看起来偏大。
所以对于对焊盘形状大小有严格要求的特殊情况,工程师需要结合生产厂家的能力设计好阻焊大小,并在下单时备注不要改动原资料阻焊大小,同时仔细检查生产稿。目前,一些厂家在多层板生产中引入高端设备,能够实现阻焊开窗与焊盘 1:1 等大,对于阻焊开窗过大的情况,会以线路焊盘为基准缩小开窗,确保两者一致。
(1)线路铜面预处理:在完成钻孔沉铜和线路制作工序后,需要对蚀刻后的线路铜面进行磨板酸洗等处理。这一步骤的目的是去除板面的氧化物及杂质,同时粗化铜面,增大铜面与阻焊油墨的结合力,为后续的阻焊油墨印刷做好准备。
(2)印刷与曝光:将阻焊油墨均匀地印刷在整个板面上,然后烘干。接着,把阻焊菲林覆盖在板面上,利用紫外线照射。在紫外线的作用下,没有被阻焊图案挡住的油墨会固化在板面上,无法清洗掉。
(3)显影清洗与后处理:经过曝光后,进行显影清洗操作。此时,阻焊图案挡住的油墨会被清洗掉,露出原来的铜面。这些露出的铜面将在后续工序中进行喷锡或沉金处理,以满足焊接和电气连接的需求。
阻焊桥的制作
在密集的 IC 焊盘设计中,为了降低焊接时锡流到相邻 IC 引脚导致短路的风险,可以设计阻焊桥,即在两个 IC 焊盘间印刷一层阻焊油墨。不同的阻焊油墨颜色和铜厚对阻焊桥的制作要求有所不同。
参考嘉立创PCB下单,对于绿、红、黄、蓝、紫色油墨,当成品铜厚为 10Z 时,A 焊盘边到边间距需达到 0.20mm(7.8mil),多层板阻焊桥要求 A 间隙大于 0.1mm;成品铜厚为 20Z 时,A 焊盘边到边间距为 0.23mm(9.0mil),多层板阻焊桥要求 A 间隙大于 0.2mm 。对于黑色及白色油墨,要求会有所差异。符合上述规范的默认做阻焊桥,小于规范的则全部做开窗处理。若原资料中除焊盘对应的阻焊开窗外还有单独条形大开窗,也按开窗处理。随着技术的发展,厂家在多层板生产中引入高端设备,工艺能力得到大幅提升,阻焊桥的制作参数也有所优化。
总结
阻焊设计贯穿于 PCB 从设计到生产的整个流程,它不仅是保障 PCB 电气性能和可靠性的关键环节,也是控制生产成本和提升产品外观质量的重要因素。无论是电子工程师、PCB 设计师还是生产制造人员,都需要深入理解阻焊设计的原理和规则,才能打造出高质量的 PCB 产品。