技术资讯 I PCB 阻焊层与助焊层的区别

电子说 2022-07-17 17:25

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本文要点

 

PCB 阻焊层的基础知识。

了解焊膏在 PCB 上的作用。

针对阻焊层和助焊层设置 PCB CAD 系统。

 

一块标准的印刷电路板 (PCB) 通常需要两种不同类型的层,即“罩层 (mask)”。尽管阻焊层 (solder mask) 和助焊层 (paste mask) 都是“罩层”,但在 PCB 制造过程中,它们分别用于两个完全不同的部分。本文将探讨助焊层与助焊层之间的区别,并详细介绍 PCB 设计师在 PCB layout 中使用这些层时需要了解的内容。

 

阻焊层和电路板制造

 

为了制造双面电路板,电介质核心材料被夹在两层由器件焊垫、区域填充物和连接走线组成的铜连接之间。这种基本结构也用于多层电路板的层对,只是铜和电介质材料更薄,且不包括内层的焊垫。最终,所有这些层对合在一起,构成一个多层电路板,之后进行钻孔,然后成品电路板就可以交给组装人员安装电子器件了。然而,在将电路板送到组装人员那里之前,必须完成另一个步骤来保护电路板:涂抹阻焊层。

 

阻焊层(或被一些制造商称之为阻焊剂)是一种应用于电路板外表面的保护材料。阻焊层将覆盖整个电路板的表面,包括金属和电介质材料,除了将被焊接的焊盘和过孔。该覆盖层将保护电路板不受金属氧化、腐蚀、灰尘、甚至人类接触所污染。两个暴露的金属区域之间的阻焊层也将有助于防止焊料在裸露区域之间出现桥接,并在金属表面堆积。

 

激光切割的不锈钢焊膏钢网

 

阻焊材料可以通过两种不同的工艺涂到电路板上:

 

01

液体:使用丝网印刷工艺,可将阻焊材料直接涂在电路板上,然后材料会硬化,使焊盘和钻孔暴露在外。

02

感光材料:感光阻焊材料可以作为液体涂抹,也可以作为一片干膜铺在电路板上。然后将电路板暴露在紫外光下,要焊接的焊盘和过孔除外。曝光会使整个电路板上的阻焊材料硬化,然后清洗掉过孔和焊盘上未曝光的材料。

 

树脂是一种常用的阻焊材料,因为它对高温、潮湿和焊料有耐受性。阻焊层通常是绿色的,但如果 OEM 希望用不同颜色的电路板来区分不同的生产步骤,也可以采用其他颜色。例如,原型电路板可能是红色的,而绿色则表示常规生产的电路板。同样重要的是,阻焊材料涂抹的厚度要合适,以确保均匀涂抹,实现最佳固化效果。接下来,我们来了解一下助焊层以及它在 PCB 组装中的作用,并看看它与阻焊层有什么不同。

 

PCB CAD 系统中的阻焊层图像

 

助焊层和电路板组装

 

波峰焊

将器件焊接到制造的电路板上有两种主要方法,第一种是波峰焊。这种工艺要求将通孔元件插入钻孔中,并将表面贴装部件粘贴在电路板的焊垫上。然后,电路板在传送带上穿过一台机器,机器上有一道道波浪状熔化的焊料,电路板必须通过这些波浪。波浪会穿过钻孔,焊接通孔部件,并在表面贴装元件的焊盘和引线之间形成一个焊点。

 

回流焊

第二种工艺称为回流焊,此工艺会使用到助焊层。回流焊工艺从一层焊膏开始,焊膏附着在要焊接的表面贴装焊盘上。焊膏是一种由金属焊料颗粒和粘性焊剂组成的材料,像腻子一样具有粘性。焊剂不仅能清洁电路板和待焊部件的焊接表面,而且还能作为粘合剂将元件固定在原位,直至焊接完成。在通过回流焊炉时,焊膏熔化,然后为粘住的元件形成一个牢固的焊点。

 

可以通过三种主要方法在电路板上涂抹焊膏:

 

01

人工涂抹:对于 PCB 返工或产量有限的情况,如原型电路板,可以使用注射器手动涂抹焊膏。不过,这个过程既费时又费力,对于量产来说并不实用。

02

喷射打印:利用 PCB CAD 系统的助焊层数据,可以使用一台喷射打印机在电路板的每个表面贴装焊盘上涂抹锡膏。这种操作方法非常精确,但速度不一定最快。

03

钢网:对于大批量生产的电路板,制造商会使用来自 PCB CAD 系统的同一助焊层数据创建一个钢网,作为喷射打印机使用。钢网通常是用激光制作而成,并且用不同的材料进行处理,以保证焊膏涂抹的精确性,并确保钢网具有较长的使用寿命。使用刮刀可以在一分钟内将焊膏涂在电路板上,对于大批量生产来说,这是最快的涂抹方法。

 

 

阻焊层和助焊层之间的主要区别是,阻焊层是涂在电路板上用于保护电路板的材料,而助焊层是用来涂抹焊膏的图案。

 

 

接下来,我们来了解一下如何使用 PCB CAD 系统来创建阻焊层和助焊层。
 

 

与上图相同的视图,只显示焊膏

 

PCB 设计层:阻焊层和助焊层

 

PCB CAD 系统将使用不同的内部层来表示顶部和底部的阻焊层以及顶部和底部的助焊层。CAD 系统中的每个层都可以显示相应的数据,用于制作阻焊层和助焊层、模板或用于在电路板上涂抹阻焊层和焊膏的图案。

 

在上面的两张图片中,我们可以看到 PCB CAD 系统中绿色的阻焊层和红色的助焊层。请注意,阻焊层图像中包含的元素比助焊层多。这是因为阻焊层图像中显示了所有将要焊接的钻孔、过孔和表面贴装焊盘,而助焊层图像只显示了表面贴装焊盘。阻焊层元素定义了不涂抹阻焊剂的位置,而助焊层元素定义了涂抹锡膏的位置。

 

在大多数情况下,在 PCB CAD 系统中,阻焊层和助焊层的创建都是自动进行的。尽管 PCB 设计师可以控制阻焊层和助焊层元素的尺寸和形状,但大多数人会将其设置为与 PCB footprint 中的焊盘或过孔的尺寸相同。如此一来,电路板制造和装配车间需要负责改变这些元素的尺寸和形状,以实现 PCB 可制造性。

 

不过,如果设计师希望控制阻焊层和助焊层元素,可以编辑 PCB footprint 或通过后处理程序来运行相应的数据。现在,我们来了解一下如何在 Cadence Allegro PCB Editor 中创建阻焊层和助焊层。

 

Allegro PCB Editor 中的 Cross Section Editor 显示了阻焊层和助焊层

 

使用 PCB CAD 层

 

在 Cadence Allegro PCB Editor 中,用户可以使用 Padstack Editor 全面控制阻焊层和助焊层的形状和尺寸。这允许设计师添加、删除或编辑设计中使用的任何焊盘元素。同时,还可以在 Constraint Manager 中设置管理这些元素的规则。通过检查制造和装配规则,系统会显示可制造性问题警告,如细间距焊盘之间的阻焊层不足,以防止焊料桥接。

 

 

在 Cross Section Editor 中,可以用合适的阻焊层和助焊层来配置设计。在上图中,编辑器中显示了设计各层的堆叠,包括不同的阻焊层。这些层可以通过宽度和材料信息进行配置,以便规划各层的堆叠,实现成功制造。

 

 

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