PCB 上的防焊層：保護走線、引導組裝並提升長期可靠性
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就像我們戴口罩抵禦空汙一樣，PCB 上的遮罩也是為了防止污染與氧化。多年來，這已成為 PCB 製造 中極其重要的一環。早期製造商只專注於單一顏色，如今我們已有多彩的 PCB，防焊（solder mask）製程也隨之演進，從保護脆弱的銅線到確保組裝時的精準焊接。防焊層直接影響良率與長期現場表現。本文將深入探討防焊是什麼、如何施加，以及防焊設計規則如何影響可製造性。
防焊的定義與核心功能
防焊層到底是什麼？
防焊是一層薄型的聚合物絕緣層，覆蓋在銅面上，僅露出元件焊墊與指定區域，作為保護塗層並隔離銅線。
當工程師問「防焊是什麼？」最簡單的回答是：它是 PCB 抵禦焊錫短路、腐蝕與意外電氣接觸的第一道防線。 從 CAD 角度來看，防焊層是相對於銅墊的負片影像，透過影像轉移與銅特徵精準對位，後續章節將詳述完整流程。
保護銅線與控制焊錫的首要角色
防焊的功能可分三大關鍵領域：
1. 電氣保護
裸銅易氧化與離子污染，線路也可能意外短路。防焊在密集走線中提供電氣隔離。
2. 組裝時的焊錫流控
回流時熔錫會自然擴散，防焊將焊錫限制在裸露焊墊，防止：
- 細間距接腳間焊錫橋接
- 因焊錫分布不均導致的立碑
- 過多焊錫沿走線虹吸
3. 機械與環境防護
防焊保護銅面不受濕氣、助焊劑殘留、灰塵與操作損傷，讓電路板在室外環境下也能安全運作。
歷史演進與現代必要性
早期 PCB 因手工焊接且焊墊間距大，並無防焊。現今表面黏著技術使板子密度大增，防焊從可選變成必要，用於：
- 細間距 BGA
- 微盲孔與 HDI 設計
- 自動光學檢測 (AOI)
缺乏良好設計的防焊將使可靠組裝幾乎不可能，現代電子製造倚賴精準的防焊應用以維持量產一致性。
防焊的種類與材料選擇
液態感光 (LPI) 與乾膜防焊
液態感光防焊 (LPI) 是硬板業界標準，先塗佈液態塗層再以 UV 曝光圖案化，製程成熟、與 FR-4 附著力佳，大量生產成本效益高。
乾膜防焊為片狀材料，類似乾膜光阻，厚度均勻但對高低差適應差，現代高密度設計已少見。多數商業與工業板仍預設採用 LPI，兼顧精度與量產性。
標準顏色及其實務意義
綠色是最常見的防焊顏色，不僅為外觀，選色也影響檢測與熱行為：
綠色防焊
- AOI 系統對比最佳
- 成本最低
- 業界預設
黑色防焊
- 消費性產品外觀首選
- 視覺對比低，檢測困難
- 易隱藏缺陷
白色防焊
- LED 板需高反射率
- 易因助焊劑與高溫變色
藍色與紅色防焊
- 常見於打樣或品牌識別
- 性能與綠色相近但成本較高
從製造角度，綠色仍是最易檢測的選擇。
軟板或高溫板的特殊防焊
軟性 PCB 需能反覆彎折不龜裂的防焊，通常：
- 採用聚醯亞胺基材
- 比硬板防焊更薄且具彈性
車用或航太高溫應用則需要：
- 更高玻璃轉移溫度 (Tg)
- 更佳耐化性
- 多次回流循環仍穩定
選錯材料可能導致剝離、龜裂或現場失效。
高效防焊設計規則
焊墊周圍的間隙、堤壩與網架需求
防焊設計規則直接影響組裝良率，關鍵參數包括：
防焊間隙指銅墊邊緣到防焊開口的距離，間隙不足會讓防焊蓋到焊墊導致焊錫潤濕不良；過大則不必要地裸露銅面，增加氧化風險。
防焊堤壩是相鄰焊墊間的狹窄防焊條，用來抑制回流時焊錫橋接。最小堤寬通常 75–100 µm，確切值依板廠製程能力而定。
未遵守這些規則可能導致：
- 脆弱防焊碎屑在製程或組裝中剝落
- 裸露銅區引發短路
- 焊點可靠性降低
避免橋接與確保覆蓋均勻
為使組裝時焊錫行為可預測，需避免焊錫橋接並保持防焊厚度均勻。厚度變化或開孔定義不清會導致焊錫潤濕不均，細間距尤甚。防焊網架過薄也會造成銅裸露與焊錫虹吸。設計者應在 Gerber 檢查階段留意防焊層，及早確認布局符合板廠能力。
與導通孔、走線、絲印層的整合
防焊層需與導通孔、走線、絲印良好搭配，才能確保板子可靠。導通孔可依用途選擇蓋孔、塞孔或開孔；走線不可裸露以免氧化與短路；絲印標記不可蓋在防焊開孔上以免影響焊接與測試。妥善協調這些層面可大幅減少重工、檢測失敗與生產延遲。
專業製造中的防焊應用
塗佈、曝光與顯影流程
防焊製程通常依以下步驟：
- 板面清潔
- 液態防焊塗佈（噴塗或簾塗）
- 低溫烘烤去除溶劑
- 透過底片 UV 曝光
- 顯影去除未曝光區域
每步精度都關鍵，任何偏移或污染都會損害防焊完整性。
固化技術與厚度控制
顯影後進行最終固化，採用熱固化與 UV 固化系統，確保防焊具備足夠化學抗性與機械強度，並與銅層良好附著。典型固化厚度 15–30 µm，超出範圍會影響焊錫潤濕與絕緣性能。
附著力與耐久性的品質保證
專業 PCB 製作 中，防焊品質並非靠運氣。板廠會執行一系列測試，確保防焊在回流時不浮脫。目檢找出可能暴露銅的裂紋與剝落；附著力測試確認防焊不會在熱循環後脫落；熱衝擊測試驗證防焊在快速高低溫變化下不龜裂；耐化測試則確認其對助焊劑與環境污染物的抵抗力。
進階效益與實務考量
多數設計師以為防焊僅用於控制焊錫，實則效益更廣。良好防焊可大幅提升表面絕緣電阻 (SIR)，降低漏電流並隔絕濕氣與離子污染；在污濕或化學嚴苛環境中充當護盾，使板子通過現實考驗。這也是防焊在工業、汽車與戶外電子成為標配的原因——現實環境對裸銅並不友善。
對組裝良率與重工效率的影響
優秀的防焊設計讓製程更順、更快、更便宜：把焊錫留在正確位置，提升一次組裝良率，減少手工重工，並以高對比提升 AOI 精度，整體降低製造成本與麻煩。反之，不良防焊設計是沉默殺手，很少被直接點名，卻常是長期組裝錯誤、重工與徹夜除錯的根源。
常見問題 (FAQ)
Q1. 什麼是防焊？為何需要？
防焊是保護性絕緣層，可防止焊錫短路、保護銅面並確保可靠組裝。
Q2. 防焊具絕緣性嗎？
是的，防焊提供電氣絕緣，但不能取代保形塗層。
Q3. 不同板廠的防焊設計規則會不一樣嗎？
當然，請務必遵循所選板廠的設計準則。
Q4. 防焊顏色會影響性能嗎？
電性上不會，但顏色會影響檢測精度、吸熱與清潔度可視性。
Q5. 簡單板子可以不加防焊嗎？
原型或可省略，但量產強烈建議使用。
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