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发表于 2018-9-17 10:34:51
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在电路板的文章及讨论中经常听到【Solder Mask，S/M】这个名词，到底【Solder Mask】 是什么？在电路板中又是担任了什么角色？也有人称之为【Solder resist】。
何谓「Solder Mask」？
【Solder Mask】的正确中文名称应该叫做「阻焊」或「防焊」，因为99%以上的电路板都才用绿色的阻焊层，所以一般俗称其为「绿漆」或「绿油（大陆用语）」，其他还有红漆、黑漆、蓝漆…等为了迎合不同场合的颜色外观，比如说在NPI阶段有些RD会特异选用「红漆」来与量产板做区隔，某些会外露的板子选择用黑色来与机壳颜色做配合。随着时代的演进与雷射条码的导入，为了可以用光学扫描判读电路板上的雷射条码，一般不建议使用绿色以外的防焊。其实【Solder Mask】还有个比较传神的英文名称叫做【Solder Resist】，但用的人似乎比较少。
「Solder Mask」的目的与作用
【Solder Mask】位于电路板的最上层(Top layer)与最底层(Bottom layer)铜箔线路之上，用来保护铜箔免于被氧化与不小心被焊锡沾到而影响电路板的功能，所以【Solder Mask】一般都以树脂当主要材料，使用印刷技术将【Solder Mask】覆盖于电路板上、下表面不需要焊接的位置上，以起到防潮、绝缘、防焊、耐高温及美观的需求。少部份可能使用喷墨印刷。
「Solder Mask」中的「Mask」其实代表着「光罩」的含意
一般PCB板厂在制作【Solder Mask】时都是先将整片PCB板子全部印刷上防焊漆，接着放进烘烤做预烘烤作业，然后使用底片(Film)做接触式曝光，将底片上的影像转移到防焊漆的表面，其实就跟影印机的原理差不多。
请注意：底片上的影像为「负片」，也就是底片上有黑影的部份是不想被保留下来的，而透明的地方绿漆则会被保留下来，它就是个「光罩」的作用，所以英文里才会使用mask(遮罩)这个名词。
接着用UV(紫外)光将没有被光罩遮住的防焊漆烘干，这时候防焊漆才真正固化并绝对附着于电路板上，也才说前面的烘干只「预烘干」 ，最后再进入化学槽，将有光罩的区域清洗掉，一般防焊漆清洗后露出来的都是可以焊接的铜面。
请注意：印刷防焊漆制程后所显现的只是铜面，在电路板的后续制程中还得再做表面处理(Finished)，如化金、化银、化锡等，以防止铜面在焊锡前就氧化了。
「Solder Mask」印刷会影响SMT焊锡品质？
防焊漆制程虽然看似简单，而且对于电路板的最大作用也只是起到绝缘、防焊的功能，但防焊漆如果作业不良也可能造成严重的品质问题，除了板厂本身防焊漆印刷可能出现的清洁不良、孔洞、漏印、露铜、印刷不均匀、塞孔不良等缺失外，有时候防焊漆的印刷偏移量与厚度也是左右SMT焊锡的品质因素之一，尤其是零件及焊点越来越小的手机板，工作熊之前就曾经有过文章介绍。
电路板的防焊层印刷偏移会造成BGA短路吗？
原来PCB的绿漆及丝印层厚度会影响锡膏量造成BGA短路？
因为【Solder Mask】使用底片转印来决定保留与不保留防焊漆的地方，所以【Solder Mask】防焊层与PCB之间的对位就变得非常重要，因为一旦对位偏移太多，防焊漆(油墨)就可能覆盖并影响原本应该要暴露出来的铜箔焊垫大小。
至于防焊漆印刷的高度则会影响到锡膏量，因为防焊漆越厚，其与焊垫的高度差就越大，钢板印刷出来的锡膏量就会越多，大焊垫没有问题，但是小焊垫的锡膏量如果太多就很容易发生焊锡短路的问题。
「Solder Mask」印刷的制程能力
因为大多数的板厂都使用刮刀及网版将防焊绿漆印刷于电路板上，但如果你仔细看电路板，会发现电路板的表面可不是你想像的那么平整，电路板的表面会有铜箔线路(trace)，也会有大面积的铜面，这些浮出电路板表面的铜箔实际上或多或少会影响绿漆印刷的厚度，而且因为刮刀的影响，在线路转角（ Trace corner, B）的位置有时候会特别薄。
一般来说PCB板厂会针对上图四个位置的防焊绿漆厚度(soldermask thickness)做一些简单的尺寸与公差管控，但这个公差范围其实每间PCB板厂的内规都不太一样，好像也没有工业标准。PCB板厂一般不会将防焊绿漆印得太薄，怕露铜，也怕导通孔填不满，而且网版厚度、刮刀种类与压力、刮刀次数（一般都是来回各一次）…等条件都会影响其厚度。
下面是工作熊调查几家板厂后大致的公差范围，请注意这个尺寸范围仅供参考，而且各家板厂尺寸也都不同：
A：Line corner（线路转角）：0.2~0.8mil
B：Line area（线路区域）：0.4~0.8mil
C：Copper surface area（铜面上防焊厚度）：0.6~1.4mil
D：Base material area（基材上防焊厚度）：0.8~1.8mil
另外，防焊绿漆印刷除了厚度需要注意之外，其实其印刷位置的精准度更重要，限于现今的科技，一般PCB板厂对于防焊绿漆的印刷只使用低成本的影像复印技术，所以其对位老实说并不精准，这对一些有高精密度需求的系统业者来说造成了一些小麻烦，但是一分钱一分货，以目前的价格取向，能力就是这样，除非加价使用更高端的影像技术。
下面列出大部分PCB板厂对于防焊绿漆印刷偏移的能力与防焊绿漆最小可以印刷的宽度：
E：Minimum soldermask dam/bridge（防焊绿漆最小下墨区）： 4 mil（有些厂商可以做到3mil）。防锡霸（Solder dam）为防焊绿漆印刷于两个相邻焊垫之间，最主要目的在防止焊锡短路，之所以称为【坝(dam)】并不是防焊绿漆的高度足以隔绝焊锡溢流产生短路，而是防焊绿漆相对于熔融锡膏的表面张力比较小，既使锡膏原本的印刷会印在绿漆，但是焊锡的内聚力较大，锡膏熔融后一般不是距离很远的焊锡都会自己缩回焊垫内，就像水总是往下流，熔融的锡膏则会往可以吃锡的地方流动。所以在相邻焊垫间印刷防焊绿漆可以起到防止焊锡短路的问题。
F：The tolerance of soldermask exposure registration（防焊绿漆印刷精准度）：+/-2mil（部份厂商宣称可以做到+/-1mil）。
如果是「 Non-Solder Mask Defined」布线，这个尺寸经精度关系到防焊开窗与焊垫之间的单边距离。
G：这个尺寸应该与E相同。
后记：本文中的所有内容均是个人意见及见解如有不倒之处欢迎交流讨论
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