Definire regole precise per la distanza della maschera di saldatura e le regole di diga è il modo più efficace per prevenire difetti di assemblaggio come ponti di saldatura e scolpiture nei progetti ad alta densità. Per i team di procurement e gli ingegneri, la decisione implica bilanciare la necessità di passi stretti dei componenti con le limitazioni fisiche del processo di fabbricazione del PCB. Questo playbook fornisce le specifiche tecniche, le valutazioni dei rischi e i protocolli di convalida necessari per garantire che il layout della scheda si traduca in un ciclo di produzione ad alto rendimento.

Punti chiave

• Regola di distanza standard: Mantenere una distanza minima della maschera di saldatura di 2 mil (50 µm) per lato (aumento del diametro totale di 4 mil) attorno ai cuscinetti di rame per tenere conto delle tolleranze di registrazione.
• Larghezza minima della diga: La diga della maschera di saldatura (il ponte della maschera tra i cuscinetti) deve in genere essere almeno 4 mil (100 µm) per la maschera verde e 5 mil (125 µm) per gli altri colori per aderire correttamente al laminato.
• Impatto del colore: La maschera di saldatura verde offre la massima risoluzione e capacità di diga più piccole; le maschere bianche o nere spesso richiedono spazi maggiori a causa delle diverse proprietà di polimerizzazione.
• NSMD rispetto a SMD: i pad Non-Solder Mask Defined (NSMD) sono generalmente preferiti per l'affidabilità BGA, mentre i pad Solder Mask Defined (SMD) vengono utilizzati quando la dimensione del pad è critica o il passo è estremamente fine.
• Prevenzione delle scaglie: Evitare scaglie di maschera più strette di 3 mil (75 µm); questi pezzi galleggianti possono sfaldarsi durante l'assemblaggio e contaminare la pasta saldante.
• Suggerimento per la convalida: Richiedi sempre un "controllo della maschera di saldatura" nel tuo rapporto DFM per identificare le aree in cui la fab house potrebbe eseguire interventi di soccorso collettivo (rimuovere dighe) a causa di limitazioni del processo.
• Tolleranza di registrazione: La tolleranza di produzione standard per l'allineamento della maschera è da ±2 a ±3 mil; i progetti devono adattarsi a questo cambiamento senza esporre il rame adiacente.

Ambito, contesto decisionale e criteri di successo

Quando si acquistano PCB, in particolare quelli con componenti a passo fine come BGA, QFN o componenti passivi 0201, la strategia della maschera di saldatura determina la resa dell'assemblaggio. La portata di questa decisione va oltre la semplice estetica; definisce la barriera fisica che impedisce alla saldatura di fluire dove non dovrebbe.

Il contesto decisionale di solito nasce durante la transizione dal prototipo alla produzione di massa. Un negozio di prototipi potrebbe utilizzare il Laser Direct Imaging (LDI) per mantenere tolleranze strette, ma un fornitore di grandi quantità che utilizza il tradizionale imaging fotografico potrebbe richiedere regole più flessibili. Allineare tempestivamente queste aspettative impedisce modifiche tecniche (EQ) "a sorpresa" che ritardano la fabbricazione.

Criteri di successo:

1. Ponti a saldatura zero: la diga della maschera di saldatura isola efficacemente i pad adiacenti durante il processo di rifusione.
2. Esposizione del pad al 100%: Nessuna maschera di saldatura invade la superficie saldabile del pad (a meno che non sia progettata come SMD).
3. Integrità di adesione: i dighe della maschera di saldatura non si staccano né si sfaldano durante i cicli termici o lo stress meccanico.
4. Precisione di registrazione: la maschera è allineata entro ±2 mil dello strato di rame, garantendo anelli anulari uniformi attorno ai cuscinetti.
5. Gestione dei casi di confine: Gestire con successo le aree di "rimozione delle bande" in cui il passo è troppo fine per una diga, senza causare ponti.

Specifiche da definire in anticipo (prima dell'impegno)

Per garantire che il produttore del tuo PCB possa costruire la tua scheda senza continue domande tecniche, devi definire parametri specifici della maschera di saldatura nelle note di fabbricazione o nel disegno principale. Richieste vaghe come "maschera standard" spesso portano il produttore ad applicare le proprie impostazioni predefinite, che potrebbero non adattarsi alla densità di assemblaggio.

Elenco di controllo delle specifiche principali:

• Tipo di maschera: Liquid Photoimageable (LPI) è lo standard del settore. Specificare IPC-SM-840 Classe T (telecomunicazioni/alta affidabilità) o Classe H (prestazioni elevate).
• Metodo di autorizzazione: Dichiarare esplicitamente se i pad sono Non-Solder Mask Defined (NSMD) o Solder Mask Defined (SMD).
  • Regola: Per NSMD, gioco = Diametro pastiglia + 0,1 mm (4 mil).
• Larghezza minima della diga:
  • LPI verde: 4 mil (0,1 mm) minimo.
  • Nero/Blu/Rosso/Bianco: 5 mil (0,125 mm) minimo.
  • Perché: i pigmenti influiscono sulla penetrazione della luce UV durante la polimerizzazione; i colori più scuri polimerizzano più lentamente e mantengono meno dettagli.
• Spessore maschera:
  • Sui conduttori: 0,5 mil (12,7 µm) minimo.
  • Su laminato (tra conduttori): 25,4 µm (1,0 mil) tipico.
• Tenda di via: Specifica se i via devono essere tendati, tappati o aperti.
  • Limite: Il Tenting è generalmente affidabile solo per via < 12 mil (0,3 mm) di diametro.
• Tolleranza di registrazione: Definisce il disallineamento consentito.
  • Standard: ±3 mil.
  • Avanzato (LDI): Da ±1 a ±2 mil.
• Rimozione delle schegge: Chiedere al fab di rimuovere eventuali schegge di maschera < 3 mil per evitare che si sfaldino.
• Soglia di scarico delle bande: definisce il passo al di sotto del quale le dighe devono essere completamente rimosse.
  • Tipico: Se lo spazio tra gli assorbenti è < 4 mil, allevia la banda (apri un singolo blocco di maschera attorno a un gruppo di assorbenti).
• Tramite collegamento: Se si utilizza Via-in-Pad, specificare IPC-4761 Tipo VII (riempito e tappato).
• Interazione con la finitura: Assicurarsi che la maschera sia compatibile con la finitura superficiale (ad esempio ENIG, HASL).
  • Nota: HASL richiede distanze maggiori rispetto a ENIG per evitare ponti di saldatura sul bordo della maschera.
• Risoluzione: Specificare se è necessario il Laser Direct Imaging (LDI) per i dettagli fini.
• Indurimento: Requisiti di cottura post-indurimento se è previsto l'assemblaggio ad alta temperatura.

Tabella dei parametri chiave:

Parametro	Specifiche standard (verde)	Specifiche avanzate (Verde/LDI)	Colori non verdi
Larghezza minima della diga	4 mil (100 µm)	3 mil (75 µm)	5 mil (125 µm)
Spazio (per lato)	2-3 mil (50-75 µm)	1,5-2 mil (38-50 µm)	3 mil (75 µm)
Tolleranza di registrazione	±3 milioni	±1,5 milioni	±3 milioni
Larghezza minima del nastro	4 milioni	3 milioni	5 milioni
Tramite Tenda Max Dia	12 milioni	10 milioni	12 milioni
Piazzola di soccorso per le bande	< 0,5mm	< 0,4mm	<0,65mm
Spessore maschera	> 0,8 milioni	> 0,5 milioni	> 1,0 milioni
Risoluzione	Film fotografico	LDI	Film fotografico

Rischi principali (cause profonde, diagnosi precoce, prevenzione)

La mancata osservanza delle norme sulla distanza della maschera di saldatura e sulla diga crea rischi significativi a valle nell'assemblaggio. Comprendere questi rischi consente di progettare misure preventive.

1. Ponti di saldatura (cortocircuiti)

• Causa principale: La diga della maschera di saldatura tra i cuscinetti è troppo stretta (< 4 mil) o mancante (rilievo della banda) senza un'adeguata modifica dello stencil. La pasta saldante scorre tra i pad durante il riflusso.
• Rilevazione precoce: Linee guida DFM controlla la segnalazione di "larghezza della diga insufficiente".
• Prevenzione: Assicurarsi che la larghezza della diga sia ≥ 4 mil. Se il passo è troppo fine, utilizzare un rilievo di gruppo sul PCB ma ridurre il volume dell'apertura dello stencil per evitare un eccesso di pasta.

2. Intrusione nella maschera (problemi di saldabilità)

• Causa principale: La distanza della maschera è troppo stretta (< 2 mil) combinata con la normale registrazione errata della produzione. La maschera si sovrappone al cuscinetto di rame, impedendo la bagnatura della saldatura.
• Rilevazione precoce: Ispezione visiva dei file Gerber; cercare aperture della maschera identiche alle dimensioni dei cuscinetti (1:1) senza espansione.
• Prevenzione: Autorizzazione alla progettazione come Pad + 4 mil. Utilizza LDI per una registrazione più rigorosa se lo spazio è limitato.

3. Schegge di maschera per saldatura

• Causa principale: Sottili strisce di maschera (schegge) vengono lasciate tra cuscinetti o tracce. Questi non aderiscono bene e possono staccarsi, contaminando il gruppo o bloccando le aperture dello stencil.
• Rilevazione precoce: Analisi software CAM per caratteristiche della maschera < 3 mil.
• Prevenzione: Implementa una regola per rimuovere qualsiasi caratteristica della maschera < 3-4 mil. È meglio avere un'apertura leggermente più grande di una scheggia fluttuante.

4. Lapide

• Causa principale: Lo spazio irregolare della maschera di saldatura o l'errata registrazione causano forze irregolari durante la rifusione. Se la maschera copre parte di un assorbente ma non l'altro, il componente si alza.
• Rilevazione precoce: Revisione del design PCB Stencil e dei dati di registrazione della maschera.
• Prevenzione: utilizzare LDI ad alta precisione per 0402 e componenti più piccoli. Garantire l'espansione simmetrica della maschera.

5. Via guasto del tenting

• Causa principale: Tentativo di riparare vie di grandi dimensioni (> 12 mil) con maschera liquida. La maschera si piega o si rompe, intrappolando sostanze chimiche o consentendo l'assorbimento della saldatura.
• Rilevazione precoce: Analisi della sezione trasversale che mostra tende rotte.
• Prevenzione: Collegare i vias (Tipo VI o VII) se devono essere coperti o mantenerli più piccoli di 12 mil per il tenting.

6. Delaminazione

• Causa principale: Polimerizzazione non corretta o superficie di rame sporca prima dell'applicazione della maschera. Causato anche da dighe troppo strette perché il materiale possa aderire.
• Rilevazione precoce: Test su nastro (IPC-TM-650 2.4.28).
• Prevenzione: Attenersi alle regole sulla larghezza minima della diga in base al colore. Verificare la preparazione della superficie (ad esempio, pulizia con pomice o pulizia chimica).

7. Tracce esposte (Shiner)

• Causa principale: Lo spazio libero della maschera attorno a un pad espone una traccia adiacente che corre troppo vicino.
• Rilevazione precoce: DRC (Design Rule Check) per l'eliminazione della maschera dal tracciamento.
• Prevenzione: Mantenere una distanza tra la maschera e il conduttore di almeno 2-3 mil. Instradare le tracce lontano dai perimetri del pad.

8. Rifiuto cosmetico

• Causa principale: Utilizzo di finiture opache o colori non verdi senza regolare i parametri del processo, con conseguenti graffi o texture irregolare.
• Rilevazione precoce: Standard di ispezione visiva.
• Prevenzione: Definire i criteri di accettazione per le imperfezioni estetiche (IPC-A-600 Classe 2 vs 3).

Convalida e accettazione (test e criteri di superamento)

Prima di accettare una spedizione di PCB, è necessaria la convalida per garantire che la maschera di saldatura soddisfi le regole specificate. Ciò impedisce alle schede difettose di entrare nella costosa fase di assemblaggio.

Tabella dei criteri di accettazione:

Test/Ispezione	Metodo	Criteri di accettazione	Campionamento
Registrazione visiva	Ingrandimento 10x	Disallineamento < 2 mil (o come specificato). Nessuna invasione sui pad.	100% o AQL 0,65
Test di adesione	IPC-TM-650 2.4.28 (Test del nastro)	Nessuna rimozione della maschera sul nastro. Voto 5B.	2 pannelli per lotto
Resistenza ai solventi	IPC-TM-650 2.3.42	Nessun rammollimento, formazione di vesciche o appiccicosità dopo l'esposizione al solvente.	1 pannello per lotto
Durezza	IPC-TM-650 2.4.27.2 (Matita)	Durezza minima 6H (tipicamente).	Periodico
Verifica della larghezza della diga	Misurazione ottica	Larghezza della diga ≥ 4 mil (o specifica). Nessuna diga mancante a meno che la banda non venga sollevata.	5 posizioni per pannello
Controllo del nastro	Visivo/AOI	Nessuna scheggia scrostata o materiale sfuso.	100%

Passaggi di convalida:

1. Recensione Gerber: Prima della fabbricazione, sovrapporre lo strato della maschera di saldatura sullo strato di rame. Verificare che l'espansione sia 1:1 + tolleranza (solitamente 4 mil totali).
2. Ispezione del primo articolo (FAI): Misurare le larghezze effettive della diga sul primo pannello prodotto. Se il progetto richiedeva 4 mil ma il produttore lo ha inciso fino a 3 mil per correggere la registrazione, verificare che l'adesione sia ancora buona.
3. Sezione trasversale: per schede critiche ad alta tensione o alta affidabilità, la sezione trasversale verifica lo spessore della maschera sopra il "ginocchio" delle piste in rame, garantendo un isolamento adeguato.
4. Test di saldabilità: Assicurarsi che sui cuscinetti non rimangano residui invisibili della maschera (schiuma) che potrebbero bloccare la saldatura.

Lista di controllo per la qualificazione dei fornitori (RFQ, audit, tracciabilità)

Quando selezioni un produttore di PCB, utilizza questa lista di controllo per verificare la sua capacità di gestire le regole di diga e di distanza della maschera di saldatura.* Capacità dell'attrezzatura: * [ ] Il fornitore utilizza il Laser Direct Imaging (LDI)? (Essenziale per dighe < 3 mil e registrazione rigorosa). * [ ] Qual è la capacità minima di larghezza della diga per la maschera verde rispetto a quella nera?

• Controllo del processo:
  • Eseguono l'ispezione ottica automatizzata (AOI) sullo strato della maschera di saldatura?
  • Esiste una procedura documentata per il "soccorso alle bande" (quando e come vengono rimosse le dighe)?
• Gestione dei dati:
  • Eseguono un controllo DFM specifico per i frammenti di maschera e li segnalano?
  • Possono accettare dati ODB++ o IPC-2581 (riduce gli errori di traduzione rispetto a Gerber)?
• Opzioni materiali:
  • Sono disponibili inchiostri per maschere ad alte prestazioni (ad esempio, Taiyo PSR-4000) adatti per i progetti PCB HDI?
  • Possono fornire opzioni di finitura opaca o lucida e spiegare l'impatto DFM di ciascuna?
• Garanzia di qualità:
  • Vengono eseguiti regolarmente test di adesione del nastro su ogni lotto?
  • Esiste una tracciabilità che collega il numero di lotto della maschera al lotto del PCB?
• Certificazioni:
  • Sono certificati IPC-6012 Classe 2 o 3?
  • Soddisfano i valori di infiammabilità UL 94V-0 per il materiale della maschera?
• Capacità:
  • Riusciranno a mantenere queste tolleranze strette nella produzione di massa, non solo nelle quantità di prototipi?
• Comunicazione:
  • Forniscono un elenco dettagliato di EQ (Engineering Query) se le regole della maschera violano le loro capacità?

Come scegliere (compromessi e regole decisionali)

Fare le scelte giuste per le regole della maschera di saldatura implica scendere a compromessi su densità, costi e affidabilità. Utilizza queste regole decisionali per guidare la tua configurazione.

1. Se il passo è ≥ 0,5 mm: Scegliere i cuscinetti NSMD con una diga da 4 mil. Questa è l'opzione standard e più robusta per l'affidabilità BGA.
2. Se il passo è < 0,4 mm: potresti essere costretto a utilizzare Gang Relief (nessuna diga). Assicurati che il design dello stencil riduca le dimensioni dell'apertura per evitare ponti.
3. Se si utilizza la maschera in bianco/nero: Aumentare la larghezza minima della diga a 5-6 mil. Se la densità non lo consente, passa al verde o paga un sovrapprezzo per LDI e inchiostri specializzati.
4. Se il componente è un BGA a passo fine: dare priorità a NSMD per ridurre lo stress sul giunto di saldatura, ma assicurarsi che il fab possa mantenere la registrazione per evitare di esporre tracce.
5. Se il componente è un passivo 0201 o inferiore: Considerare i cuscinetti SMD (Solder Mask Defined) se il sollevamento del cuscinetto è un problema, ma tenere presente che ciò riduce l'effettiva area saldabile.
6. Se è presente alta tensione: Aumentare al massimo lo spazio libero e le barriere per evitare la formazione di archi. Non eseguire lo scarico collettivo in aree ad alta tensione.
7. Se si utilizza la finitura HASL: Aumentare la distanza della maschera a 3 mil per lato, se possibile. Il processo HASL è più complicato e la maschera può intrappolare le sfere di saldatura se lo spazio è stretto.
8. Se si utilizza la finitura ENIG: è possibile mantenere spazi più stretti (2 mil per lato) perché la superficie è piana e il processo è chimico, non meccanico.
9. Se è richiesto il via-in-pad: è necessario collegare e tappare il via (IPC-4761 Tipo VII). La tenda non è sufficiente per via-in-pad.
10. Se il costo è il fattore principale: Attenersi al Green LPI standard, 4 milioni di dighe e 3 milioni di autorizzazione. Il rafforzamento di queste regole costringe la fabbrica a utilizzare apparecchiature LDI più lente e costose.

Domande frequenti (costi, tempi di consegna, file DFM, materiali, test)

1. Posso specificare una distanza zero (apertura della maschera 1:1) per risparmiare spazio? In generale no. La maggior parte dei Fab espanderà automaticamente l'apertura della maschera di 2-4 mil per tenere conto della tolleranza di registrazione. Se richiedi un rapporto 1:1, rischi che la maschera invada il pad (fallimento della saldabilità) a meno che non paghi per LDI ad alta precisione e accetti rendimenti inferiori.

2. Qual è la differenza tra NSMD e SMD? NSMD (Non-Solder Mask Defined) ha un'apertura della maschera più grande del pad in rame, lasciando uno spazio di laminato nudo. SMD (Solder Mask Defined) ha un'apertura della maschera più piccola del pad in rame, quindi la maschera copre il bordo del pad. NSMD è preferibile per Assemblea BGA poiché fornisce un ancoraggio migliore per il giunto di saldatura.3. Perché il Fab continua a rimuovere le dighe della mia maschera di saldatura? Se il tuo progetto viola la larghezza minima della diga (ad esempio, hai progettato una diga da 2 mil ma il fab ne richiede 4 mil), l'ingegnere CAM la rimuoverà per evitare di stampare un "frammento" che potrebbe sfaldarsi. Questo si chiama sollievo dalle bande. Per evitare ciò, controlla le Funzionalità del tuo fornitore prima di progettare.

4. In che modo il colore della maschera di saldatura influisce sulle regole della diga? La maschera verde è ottimizzata per le prestazioni e può contenere le dighe più piccole (3-4 mil). I pigmenti neri, bianchi e blu assorbono o riflettono la luce UV in modo diverso, rendendo più difficile la polimerizzazione del fondo di una diga spessa e stretta. Pertanto, i colori non verdi solitamente richiedono dighe più larghe (5-6 mil).

5. Qual è la regola dell'"anello anulare" per la maschera di saldatura? Questo si riferisce all'anello di gioco attorno a una pastiglia. Se la tolleranza della punta è ±3 mil e la registrazione della maschera è ±3 mil, è necessario uno spazio sufficiente per garantire che la maschera non copra il foro o il cuscinetto. In genere, un anello anulare di gioco di 2 mil (aumento del diametro di 4 mil) è il minimo sicuro.

6. Posso tendare i via con la maschera di saldatura per proteggerli? Sì, ma solo per via di piccole dimensioni (tipicamente < 12 mil o 0,3 mm). Vie più grandi possono causare il cedimento e la rottura della maschera liquida, lasciando un foro che intrappola le sostanze chimiche. Per una protezione affidabile su vie più grandi, utilizzare il tappo o il riempimento.

7. Lo spessore della maschera di saldatura è importante? Sì. Se la maschera è troppo spessa (> 1,5 mil), può interferire con la stampa dello stencil per componenti a passo fine, impedendo allo stencil di aderire al tampone. Se troppo sottile (< 0,5 mil), potrebbe non fornire un isolamento elettrico adeguato (rigidità dielettrica).

8. Come posso evitare che si creino ponti di saldatura derivanti dal design dello stencil se non sono presenti dighe? Se è necessario alleggerire in gruppo (rimuovere le dighe) a causa del passo fine, è necessario ridurre l'apertura dello stampino. Una regola comune è quella di ridurre l'area di apertura del 10-20% o utilizzare un design a finestra per limitare il volume della pasta saldante, impedendole di colmare lo spazio dove prima si trovava la diga.

Richiedi un preventivo/revisione DFM per la distanza della maschera di saldatura e le regole della diga (cosa inviare)

Glossario (termini chiave)

Termine	Definizione
Maschera per saldatura	Un rivestimento protettivo applicato al PCB per isolare le tracce di rame e prevenire ponti di saldatura.
Diga (Web)	La striscia di materiale della maschera di saldatura che rimane tra due cuscinetti di rame adiacenti.
Liquidazione	La distanza tra il bordo del pad di rame e il bordo dell'apertura della maschera di saldatura.
NSMD	Maschera non saldante definita. L'apertura della maschera è più grande del cuscinetto in rame.
SMD	Maschera di saldatura definita. L'apertura della maschera è più piccola del cuscinetto in rame e copre i bordi del cuscinetto.
LDI	Imaging diretto tramite laser. Un metodo ad alta precisione per esporre la maschera di saldatura utilizzando un laser, che consente tolleranze più strette rispetto alla pellicola fotografica.
Sollievo dalle bande	La pratica di rimuovere le dighe della maschera di saldatura tra un gruppo di cuscinetti a passo fine, creando un'unica grande apertura.
Nastro	Un pezzo molto stretto di maschera di saldatura o rame. Le scaglie di maschera < 3 mil sono soggette a sfaldamento e sfaldamento.
Registrazione	La precisione di allineamento dello strato della maschera di saldatura rispetto allo strato di rame.
Tenda	Coprire un foro passante con una maschera di saldatura (senza riempirlo) per isolarlo.
Invasione	Quando la maschera di saldatura registrata erroneamente si sovrappone a un pad di rame destinato a essere saldato.
LPI	Fotoimmagine liquida. Il tipo standard di inchiostro per maschera di saldatura utilizzato nel moderno

Conclusione

solder mask clearance and dam rules è più facile da ottenere quando si definiscono in anticipo le specifiche e il piano di verifica, quindi li si conferma tramite DFM e si testa la copertura. Utilizza le regole, i checkpoint e i modelli di risoluzione dei problemi riportati sopra per ridurre i cicli di iterazione e proteggere il rendimento con l'aumento dei volumi. Se non sei sicuro di un vincolo, convalidalo con una piccola build pilota prima di bloccare la versione di produzione.

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