PCB设计需要知道的阻焊知识

MATLAB画图

我们所设计的PCB，通常由具有绝缘特性的增强材料作为电路以及电子元件的载体，使用铜箔来实现电路的互联。在pcb设计文件加工为成品之后，通常我们在PCB上看不到电路的铜箔，除了焊盘及测试点等特定区域露出铜箔之外，电路板表面其余部分总会覆盖有一层叫做”绿油“的覆盖物，其英文名称为”Solder Mask”，中文翻译为“阻焊”，电子电路行业内也会称之为防焊、绿油、绿漆等。
阻焊的定义        通过”阻焊“字面意思，我们大概可以猜得出其基本作用，就是在PCB组装时，起到防止焊接的目的。在电路板开始实现工业化制造的很长一段时间内，电路板上元器件的焊接采用的是波峰焊工艺。

c3jm0d0jlyj6404761114.jpg

图片来源：https://m.jlc.com/portal/server_guide_33324.html
通过上边的波峰焊焊接示意图，我们可以了解到，电路板进行波峰焊焊接的一侧，其整个板面都会与焊锡接触，如果没有”阻焊“这一层覆盖物的存在，那整个电路板裸露的铜箔部分都会覆盖上焊锡，由于张力的作用，这些焊锡会形成一整块的短路部分，PCB直接就报废了。
阻焊的首要任务是在焊接过程中保护电路，但随着 PCB 技术的发展，现在对阻焊涂层的要求不仅仅是作为焊接辅助材料，它还需要具备更多功能：

对所有焊接工艺，尤其是无铅焊接（焊接温度较高）具有良好的耐受性。 在基础材料、铜线路以及金属镀层上具有良好的附着力。

保护已安装的组件免受焊接过程中产生的热量影响。

实现精确的焊接定位。

作为绝缘漆使用，以改善印刷电路板的电气性能。 防止气候或化学因素的影响。

与不同的铜表面处理工艺相兼容。

具有良好的介电性能。阻焊工艺的发展        在 PCB 发展的早期阶段，电子设备的结构相对简单，对 PCB 的集成度和性能要求并不高。彼时的阻焊工艺也较为基础，主要采用丝网印刷的方式来施加阻焊层。丝网印刷工艺原理并不复杂，通过将阻焊油墨通过具有特定图案的丝网，漏印到 PCB 板上，从而形成所需的阻焊图形。
然而，随着电子产品逐渐向小型化、多功能化方向发展，丝网印刷工艺的局限性开始凸显。其印刷精度有限，难以实现精细线条和微小间距的阻焊图形制作，对于高密度互连（HDI）PCB 的制造显得力不从心。这些问题促使了阻焊工艺朝着更先进的方向发展。UV 固化单组分阻焊油墨、光固化阻焊油墨、激光直接成像（LDI）阻焊油墨、喷墨阻焊油墨等相继出现。
UV 固化单组分阻焊油墨具有固化速度快、生产效率高、无溶剂挥发等优点，适合大规模生产简单电路；光固化阻焊油墨则凭借其较高的分辨率，能满足日益精细的线路制作需求，广泛应用于高密度互连（HDI）电路板的制造。而 LDI     阻焊油墨更是突破了传统光固化工艺依赖光掩模的限制，可直接从 Gerber 数据进行成像，大大提高了生产效率和精度，减少了因掩模带来的误差。
老wu这里以嘉立创家的LDI工艺说明为例，看看采用LDI后的工艺提升对PCB  layout有何益处。
2022年08月24日，嘉立创官网发表了一篇名为《嘉立创引领高多层PCB变革！》的文章，文章中说到嘉立创将采用行业前沿的高精度设备，用最好、最稳定的工艺，将再次引领PCB高多层行业的变革 ，也将进一步改变设计工程的设计规则。让设计变得更简单，让工程师的生活更快乐！
也就是嘉立创4层以上的高多层板无论是样板还是小批量，无论是免费还是收费，均率先全部采用超高精度对位千万级别的阻焊LDI。
什么是LDILDI是一种曝光方式，即 Laser Direct Image，指激光直接成像技术，利用计算机将电路图形数据转化为激光的调制信号，通过控制激光束的扫描和强度，直接在感光材料上绘制出电路图案。可以实现非常高的精度，通常能够达到几微米甚至更高的分辨率，适用于制作精细线路和高密度互连的 PCB。
采用LDI后对PCB Layout设计带来的好处老wu这里引用嘉立创给出的案例对比分析
通用CCD曝光机对位，单边焊盘开窗必须为2-3mil（防对偏及菲林涨缩绿油上焊盘）。2-3mil的焊盘开窗严重影响了阻焊桥的大小，导致阻焊桥生产不可控，出现掉桥、挂桥等情况，从而影响smt焊接。
举例讲解：原设计是这样，焊盘阻焊开窗单边焊盘大于3mil，导致阻焊桥只有2.66mil，就很容易出现掉桥、挂桥情况。如图：

mgimr3414036404761214.jpg

容易出现掉焊（阻焊桥出现直接脱落），影响高多层板的焊接。如图：

4ndju2ae4sl6404761314.jpg

挂桥（阻焊桥挂在焊盘上）影响高多层板的焊接。实际做出来的情况如下：

ccxkwt0rhqz6404761414.jpg

嘉立创高多层板采用高精度LDI生产，将彻底改变这一问题。同样的焊盘间隙，焊盘开窗单边只要1mil 时，焊盘桥则可以变成6.66mil。从设计上彻底解决了阻焊桥掉桥的问题：

g4hkjoyeg5a6404761514.jpg

嘉立创现在生产的阻焊桥效果如下图，焊盘之间满满的阻焊桥，有利于SMT的焊接。

f0ah1vnmbjg6404761614.jpg

嘉立创超高精LDI对位技术，让设计来得更为简单。对于焊盘中间走线：高精准的对位，焊盘开窗基本上等同于焊盘的大小，让你的走线在焊盘中穿插更加高效、简单。不用担心开窗层上走线，从而影响产品性能。如图：

ph5hwvigqyu6404761714.jpg

采用 LDI 技术对 PCB Layout 设计带来的好处：

放宽开窗设计限制：传统工艺单边开窗需大于焊盘 2 - 3mil，嘉立创采用 LDI 技术后，单边开窗可等于焊盘大小，在 IC 间隙较密的情况下也能做出稳定可靠的阻焊桥。

增大阻焊桥尺寸：相同焊盘间隙下，使用 LDI 技术单边开窗 1mil 时，焊盘桥可从 2.66mil 提升到 6.66mil ，有效解决阻焊桥掉桥、挂桥问题，提高焊接稳定性。

便于焊盘中走线：高精准对位使焊盘开窗基本等同于焊盘大小，工程师可更高效、简单地在gan焊盘中穿插走线，且无需担心开窗层上走线影响产品性能。与阻焊相关的概念        关于“绿油”的澄清，其实阻焊不只是绿色这一种老wu文章开头有说到，“阻焊”在电子电路行业内也会称之为绿油，那是不是意味着阻焊油墨只有绿色这一种颜色呢？当然不是的，比如在嘉立创上下单时，就有好几种颜色的阻焊油墨可供选择：

ytakyzsrem06404761814.png

之所以行业内默认将“阻焊”称为绿油，是因为PCB开始工业化生产时使用的是含卤素较高的酞菁绿颜料，其在PCB的制造中曾长期占据主导地位而被广泛使用，这种使用习惯得到了延续和巩固，成为了行业内的一种默认选择。由于“绿油”经过长期发展，“绿油”的生产工艺成熟，供应链完善，大规模生产时成本相对较低，而且绿色对眼睛友好，能降低PCB产线上质检人员的视觉疲劳。所以，除非在PCB制造下单时有特别指定其他颜色，否则PCB板厂将默认采用绿色的阻焊油墨进行生产。
对于非绿色的阻焊油墨，板厂称之为“杂色”，老wu印象中在2019年之前，对于“杂色”油墨的PCB打样，板厂是要收取一定的杂色费，收取杂色费板厂也有自己的理由的，比如杂色油墨可能采购成本相对于绿油来说会高一些，由于绿油是默认的制造油墨，如果要生产杂色的阻焊，对于采用丝网印刷工艺的产线，还要增加更换网板的工作量。对于黑色油墨来说，由于其对光的紫外波段的吸收更强，而光固化油墨主要靠的就是紫外光，这使得紫外光难以穿透黑色油墨的底层，会造成黑色油墨表层可能已固化而底层未完成固化，从而增加油墨脱落的风险，所以黑色油墨对阻焊桥的最小宽度要求更为严格，产线上要加强管控。
不过在2019年，嘉立创开始对“杂色”阻焊油墨免费了，实现了阻焊颜色自由，不过我们在设计时也需要考虑到“杂色”阻焊的阻焊桥最小间距要求。

0hu1vt1yscd6404761914.jpg

PS：阻焊桥工艺参数说明引用自嘉立创官网：https://www.jlc.com/portal/server_guide_34402.html，后续随着工艺的进一步提升，阻焊桥的工艺参数也会随之调整，后续以嘉立创官方的更新为准。
阻焊层在PCB设计软件里的定义阻焊层属于 PCB 的非布线层，采用负片输出逻辑：

有阻焊层图形的位置：表示绿油开窗（不涂覆绿油），露出铜皮以便焊接。

无阻焊层图形的位置：默认覆盖绿油，起绝缘和保护作用。
采用负片输出的逻辑，可以理解为在阻焊层里有图形的部分实际上是没有阻焊油墨的部分，也就是所谓的 “阻焊开窗”区域，没有阻焊油墨覆盖也就是意味着铜箔裸露出来，在裸露的铜箔区域依然是要进行防氧化保护处理的，也就是在阻焊工艺完成后续再采用"喷锡"、“沉金”等表面处理工艺在铜箔表面再覆盖上一层薄的不易氧化的金属，方便后续的元器件焊接或者测试连接等操作。阻焊桥PCB 中的阻焊桥，又称绿油桥,是指焊盘之间的阻焊油墨。其作用是在焊接过程中，能阻止焊料流动，防止相邻焊盘间的焊锡连接在一起，避免焊盘因间距过小而出现短路现象，确保焊接质量和电路的正常功能
阻焊桥相关的工艺要点

与油墨颜色和铜厚的关系

油墨颜色：绿油的阻焊桥相对杂色油墨更好管控，能保留到更小的宽度。例如黑色油墨对紫外光吸收强，其阻焊桥通常需要做到 4mil 甚至更宽，而绿色油墨常规可做到 3mil。

铜厚：铜厚越厚，阻焊桥需要越大。如基铜≤1oz 时，阻焊桥≥4mil（绿色和绿色哑光）；基铜 2-4oz 时，阻焊桥≥6mil（光亮黑、哑色黑、白色）。

  与生产工艺的关系：不同的生产工艺对阻焊桥的精度影响不同。传统的 CCD 曝光机阻焊对位存在一定公差，阻焊开窗通常要比焊盘单边大 0.05mm 左右。而 LDl（激光直接成像）阻焊曝光机减少了因菲林光绘和对位的偏差，阻焊精度更高。
阻焊覆盖在嘉立创下单时，有个阻焊覆盖的选项可供选择：

ladagfjfyoc6404762014.jpg

这里的过孔盖油、过孔开窗、过孔塞油和过孔塞树脂+过孔电镀盖帽该如何选择呢？嘉立创做了个很好的总结：

45ea3pssk4w6404762114.jpg

写在最后        通过以上文章，我们知道在 PCB 制造中，阻焊层是保障电路可靠性的关键环节。其设计与工艺质量直接影响焊接良率、绝缘性能和产品寿命。选择一家靠谱的 PCB 工厂，对阻焊层的设计实现和制造质量起着决定性作用，嘉立创目前针对高多层板，全面使用了LDI曝光技术，阻焊开窗区域定位更为精准，有效避免了阻焊桥脱落的困扰，对于采用细引脚间距的IC来说非常友好。同时提供了针对过孔进行阻焊保护的多种可灵活选择的方案，而且工艺还在不断提升中，好评

hxl255wji5fExpression_80@2x4762214.png

参考来源https://www.jlc.com/portal/q7i37866.html https://www.jlc.com/portal/server_guide_15544.html https://www.jlc.com/portal/server_guide_34402.htm↑↑↑ 点击领取6层板打样券 ↑↑↑