如何選擇合適的 PCB 防焊層材料，打造可靠的電路板

PCB 防焊層 材料是一層已固化的聚合物薄膜，厚度通常為 10 至 30 µm（0.4 至 1.2 mil）。回流焊時，它是相鄰焊盤之間阻隔熔融焊錫的唯一屏障。多數設計者只在下單表單上選擇防焊層顏色，但其化學組成遠比顏色重要。防焊層實際上是在同一層中結合兩種化學固化機制。第一種會對紫外線產生反應，讓工廠透過曝光將焊盤開窗圖形轉印至薄膜；第二種則必須在烘箱中加熱才能硬化，使薄膜能承受焊接高溫、電鍍藥液及濕氣。

圖 1：細間距封裝周圍的綠色 LPI 防焊層

每種防焊材料都必須兼顧這兩項功能，因此能精確形成最細防焊橋的油墨，未必具有最強的耐久性。本指南將介紹防焊材料的組成、LPI 與乾膜及覆蓋膜的差異，並說明各項材料特性在實際使用中的表現，協助您依應用需求選擇合適的防焊層。

什麼是 PCB 防焊層？

防焊層是成品電路板上保留的永久性塗層，不同於蝕刻完成後會被剝除的暫時性抗蝕層。它在焊接時發揮最重要的作用，同時也會在電路板整個使用壽命期間保護銅箔。

防焊層在 PCB 上的作用

防焊層又稱阻焊層（Solder Resist），是覆蓋在外層銅箔上的一層薄聚合物材料。除了預定焊接的焊盤外，其餘區域都會受到覆蓋。熔融焊錫會潤濕裸露銅面，卻不會潤濕已固化的聚合物，因此防焊層能將每個焊點限制在各自的焊盤上。

圖 2：防焊層、焊盤開窗與防焊橋的截面示意圖

對細間距元件而言，這種隔離效果取決於焊盤之間狹窄的防焊材料，稱為防焊橋。每個開窗在焊盤四周通常各外擴約 0.05 mm（2 mil），使底片圖形即使略有對位偏差，也不會遮住焊盤。開窗過大則會使防焊橋消失，這就是為什麼 防焊層外擴規則 在細間距設計中特別重要。

防焊層如何提升 PCB 防護能力與可靠性

裸露銅箔會在空氣中氧化；如果電路板處於潮濕環境，並殘留助焊劑，走線之間可能形成導電路徑。施加偏壓後，這些路徑可能逐漸長成金屬絲狀結構，使兩個網路短路，這種失效稱為電化學遷移。防焊層能隔絕銅箔與濕氣及污染物，因此只有外露焊盤需要進行表面處理。

維修返工時若工具不慎滑動，防焊層也能先承受刮擦，保護下方走線維持原有寬度。焊錫橋接與走線損壞減少，便能降低返工板數；每一次返工其實都會增加不必要的熱循環。

了解防焊層材料的組成

防焊層不是單一聚合物，而是經過配方調製的油墨。每項成分都提供薄膜原本缺少的特性，因此了解配方有助於理解防焊層的表現。

防焊層材料的主要成分

大多數液態防焊材料以雙組分形式供應，包括樹脂基料與硬化劑，因為兩者一旦混合便會開始反應。它們合計包含五類成分：

圖 3：依成分類別劃分的防焊層材料組成

• 樹脂黏結劑，通常將環氧樹脂與環氧丙烯酸酯混合，使其具有紫外線反應性。
• 光引發劑 ，可吸收紫外線並在受到照射時產生反應。
• 熱硬化劑，例如雙氰胺或三聚氰胺，用於完成環氧樹脂固化。
• 填料，主要為硫酸鋇，重量約佔全部成分的 10% 至 30%。
• 顏料、溶劑與添加劑，用來調整顏色、黏度及流平性能。

前三類成分形成一套分兩階段運作的固化系統。紫外線會活化光引發劑，使丙烯酸酯只在曝光區域交聯。這些區域不再溶解於顯影液，因此形成防焊層。環氧樹脂則會保持部分反應狀態，直到最後烘烤時由熱硬化劑完成交聯網路。

PCB 製造中重要的防焊材料特性

防焊層必須先經受製造流程，才能發揮後續保護作用，因此板廠首先會根據製程窗口評估油墨。下列數值為 Taiyo PSR-4000 等 LPI 油墨的典型條件。

常見的防焊層材料類型

防焊層依材料如何塗覆在電路板上，以及如何形成開窗進行分類。目前製造的大多數電路板都涵蓋在以下五種類型中，但只有一種是預設選擇：

• 液態感光防焊油墨（LPI），將液態油墨塗覆整片生產板，再利用紫外線成像。
• 乾膜感光防焊材料，在真空環境下貼合的乾膜感光薄片。
• 網版印刷環氧樹脂，透過圖案化網版印製，再以加熱方式固化的油墨。
• 紫外線固化噴墨油墨，僅在需要防焊層的位置噴印油墨。
• 聚醯亞胺覆蓋膜（Coverlay），用於軟性電路的背膠薄膜。

液態感光防焊層

LPI 透過網版印刷、噴塗或淋幕塗佈，以液態形式覆蓋整片生產板。液態材料在乾燥前會流入走線之間的空隙，因此能密封每條走線的底部。接著透過底片曝光或雷射直接成像，在指定位置形成開窗。

LPI 能以較低成本製作窄至約 0.1 mm（4 mil）的防焊橋，因此是硬板的預設選擇。它的弱點在於厚度控制：液態材料流平時會從走線頂部的轉角流走。因此，走線邊緣的防焊層遠比周圍基板上的薄，磨損與絕緣失效也通常從這些位置開始。

乾膜及其他防焊材料

乾膜防焊材料以固態感光薄片形式供應，厚度通常為 50 至 100 µm（2 至 4 mil）。它在真空環境下貼合，厚度均勻，通常可良好覆蓋導通孔。然而，固態薄片無法流入較高走線旁邊的間隙，因此可能在該處困住空氣。

圖 4：LPI 與乾膜如何貼合銅箔走線的形狀

網版印刷環氧樹脂是最便宜的選擇，因為開窗直接由網版圖案決定，但網版無法呈現細小的圖形細節。Taiyo IJSR-4000 等噴墨防焊材料只會噴印在需要的位置，因此無需底片。軟板反覆彎折時，已固化的 LPI 可能龜裂，因此會改用聚醯亞胺覆蓋膜，相關原理可參閱 軟板覆蓋膜如何保護軟性 PCB。

防焊層材料如何影響 PCB 性能

防焊層固化後會在電路板上保留整個使用壽命。因此，其化學特性決定了耐熱性、耐化學性、耐電壓能力及附著力的限制。

耐熱性與耐化學性

已固化的環氧樹脂防焊層屬於熱固性材料，因此不會像焊錫一樣在加熱時熔化。不過，它仍必須承受每次熱循環，包括無鉛回流焊每面約 245 至 250°C 的峰值溫度。完全固化的薄膜可在這些條件下保持不變；固化不足的薄膜則可能軟化、在焊盤邊緣起泡或變色。

化學侵蝕甚至會更早出現，因為防焊層是在表面處理之前製作。化學鎳金（ENIG）電鍍時，電路板會浸泡在接近 85°C 的鎳槽中。若防焊層固化不足，成分便可能溶出進入藥液；藥液隨後滲入防焊層下方，使其從焊盤邊緣翹起。因此，板廠會依據 IPC-TM-650 2.3.42 的耐溶劑測試確認固化品質。

電氣絕緣與表面保護

IPC-SM-840E 是永久性防焊層的資格認證標準。其要求每 25 µm（1 mil）薄膜的介電強度至少達到 500 V DC。此額定值是以標稱厚度為前提，但走線轉角處的薄膜會薄得多。因此，在高電壓網路中，主要仍需依靠銅箔間距提供絕緣，防焊層只能增加額外裕量。

防焊層同時也是覆蓋在各條外層走線上的介電材料。Rogers Corporation 指出，典型 LPI 防焊材料在 1 GHz 下的耗散因數約為 0.025，而其 RO4350B 層壓板材在 10 GHz 下則為 0.0037。對大多數數位電路板而言，這種損耗可忽略不計；但對 RF 饋線而言，它會增加損耗並降低微帶線阻抗，因此應將防焊層納入阻抗模型。

附著力與製造相容性

防焊層的附著力，主要在油墨接觸電路板之前就已決定。板廠會先以刷磨或微蝕刻處理銅面，因為油墨在新鮮、粗糙化表面上的附著力，遠優於氧化銅面。之後再依 IPC-TM-650 2.4.28.1 進行膠帶測試：在一分鐘內撕除膠帶，並根據帶走的防焊材料量判定是否合格。

用於 PCB 絲印 的文字油墨會直接印在已固化的防焊層上。組裝完成後， 保形塗層 也必須能夠潤濕並附著在防焊層表面。表面紋理同樣重要，因為較光亮的防焊層與較多的焊錫球及橋接問題有關，因此許多組裝廠在細間距電路板上更偏好霧面處理。

PCB 製造中的防焊材料選擇

選材應先考慮電路板的工作環境與承載功能，再回推適合的材料及顏色。多數電路板最後都會採用綠色 LPI，因此真正重要的是辨識哪些應用不適合使用它。

依 PCB 應用選擇合適材料

IPC-SM-840E 將油墨分為兩個資格類別，因此應用需求會決定所需等級。Class T 涵蓋電信、運算及儀器設備；Class H 則涵蓋無法容忍停機的設備，例如生命維持系統及軍事系統。應用需求也會影響顏色選擇，以及是否需要讓部分走線不覆蓋防焊層。

圖 5：依應用選擇防焊材料、等級及顏色

平衡可靠性、可製造性與成本

防焊層的實際成本，更多取決於良率及製程步驟，而不是油墨價格。綠色 LPI 成本最低，是因為其成像效果最佳、失敗率最低。其他顏料顏色會縮小成像製程窗口，而覆蓋膜則會增加壓合步驟。這些限制都應納入您的 PCB 設計規則。 即使是經驗豐富的設計者，也常出現以下三種錯誤：

• 在間距 0.4 mm（16 mil）的 QFN 下方指定黑色防焊層，可能導致防焊橋無法保留。若焊盤間隙為 0.2 mm（8 mil），每側再外擴 0.05 mm（2 mil），剩下的防焊橋只有 0.10 mm（4 mil），低於黑色防焊層所需的最小 0.13 mm（5 mil），因此應改用綠色。
• 將所有位置的防焊層外擴量設為零，會使對位稍有偏差時，防焊層便覆蓋焊盤，造成焊點焊錫不足。除非板廠確認可使用 LDI 製作開窗，否則應保留每側 0.05 mm（2 mil）的外擴量。
• 在消費產品上要求 Class H 油墨，可能在沒有實際使用效益的情況下限制板廠的材料選擇。許多主流油墨，例如 Taiyo PSR-4000 HFX，原本就同時符合兩個類別，因此這類產品可指定 Class T。

綠色 LPI 成本最低，是因為其良率最佳，而不是因為油墨本身便宜。只有當應用需求有充分理由時，才需要更換材料。

專業 PCB 製造如何控制防焊層品質

只有油墨、塗佈及固化都保持在規定的製程窗口內，材料規格表上的性能才會反映在成品電路板上。因此，JLCPCB 等板廠會透過材料檢查、固定製程順序及最終檢驗，控制這三個環節。

材料選擇與製程管制

生產用油墨會從符合 IPC-SM-840E 資格要求的材料中選擇。油墨及其所覆蓋的層壓板材組合也必須取得 UL 認可，因為阻燃性是依據最終成品結構評定。雙組分油墨混合後便會開始反應，因此必須按計量分批調製，並在可使用時間內完成作業。

曝光量通常使用 Stouffer 21 階曝光尺進行檢查。這是一條具有不同透光密度階級的薄膜，與生產板一起曝光。顯影後仍保持完整的階級數，可以反映防焊層所接受的曝光能量。顯影液的濃度及溫度也會記錄，因為藥液狀態偏移可能在缺陷被察覺之前，就已開始側蝕防焊橋。

防焊層塗佈與固化

每條 LPI 生產線都會執行相同的六個步驟，而且後一步必須以前一步的成果為基礎：

圖 6：從清潔到最終固化的 LPI 防焊層製程

1. 使用刷磨或微蝕刻清潔並粗化銅面。
2. 透過網版印刷、噴塗或淋幕塗佈覆蓋生產板。
3. 在約 80°C 下預烘乾以移除溶劑，但不使環氧樹脂固化。
4. 透過底片曝光，或不使用底片而採用雷射直接成像。
5. 使用 1% 碳酸鈉溶液顯影，清除焊盤開窗位置的材料。
6. 在約 150°C 下最終固化 60 分鐘，使環氧樹脂交聯網路完全形成。

絲印及表面處理都在第六步之後進行，因此固化不足的問題很少會直接在防焊製程站被發現。它通常在後續 ENIG 製程或回流焊時才顯現，這也是為什麼固化條件必須像曝光條件一樣受到嚴格控制。

檢驗與品質管制

檢驗會檢查防焊層的覆蓋情況、對位精度及附著力。光學檢測會將每塊生產板與設計資料比對，標記焊盤被防焊層覆蓋、漏塗及開窗偏移等問題。驗收限制依據 IPC-A-600，因此缺陷會按照已公布的等級標準判定，而不是由操作人員主觀決定。

JLCPCB 為硬板提供七種顏色的 LPI 防焊層，並公布各顏色的最小設計要求，因此您可以在下單前檢查元件封裝。JLCPCB 報價頁會將防焊層顏色、銅厚及表面處理一併計價，讓您在製作之前便能看見這些取捨所造成的價格差異。

PCB 防焊層材料常見問題

結論

選擇合適的 PCB 防焊層，不只是挑選顏色。材料的化學特性決定了它保護銅箔走線、承受焊接溫度及提供電氣絕緣的能力。大多數液態感光（LPI）防焊層都會經過兩個固化階段。首先，紫外線（UV）曝光會在焊盤及元件周圍形成精確的開窗。

對大多數 PCB 設計而言，綠色 LPI 防焊層仍是可靠且具成本效益的選擇。不過，不同顏色及材料可能更適合特定需求，尤其是配置密集、使用細間距元件的電路板。規劃下一塊 PCB 時，JLCPCB 的即時報價工具可協助您查看可選的防焊層規格，並選擇符合設計需求的方案。