了解 PCB 製造中防焊材料的角色
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防焊,也稱為 防焊油墨 (solder mask),沒錯,它們是同一種東西。只是兩個不同名稱,但「solder mask」在全球更被廣泛採用。這兩個名稱都指的是用於 PCB 上的保護塗層,用來防止焊錫流到不該去的地方。雖然「solder mask」較常被使用,但「solder resist」在技術上更為正確,因為這種抗焊材料在組裝過程中會阻擋焊錫。儘管如此,業界通常將兩者視為同義詞。
防焊材料對於 防止短路 至關重要,但相較於銅走線與基材,它常被忽略。它位於絲印層下方,被視為 PCB 的第二層頂層。通常,它決定了 PCB 的顏色,常見的有綠色、紅色、藍色和黑色,而這些顏色正是防焊層本身。在組裝過程中,這層確保焊錫只附著在指定位置。若沒有防焊,PCB 可能會出現連接不良、短路以及整體性能問題。本文將涵蓋防焊的定義、種類、材料、製程,以及為何它在現代 PCB 製造中不可或缺。
什麼是防焊?
防焊是一層薄薄的保護性聚合物塗層,覆蓋在 PCB 的銅走線上,除了 焊墊或導通孔 等需要焊錫的部位外。其主要目的是在焊接過程中防止熔融焊錫在相鄰導體間形成橋接。
防焊的關鍵功能:
● 防止短路
● 保護線路圖形免受灰塵、熱與濕氣影響
● 支援製造流程 / 順暢的製造流程
● 維持線路圖形間的電氣絕緣
防焊製程:
1. 表面準備:清潔裸板(已有走線與孔洞),去除灰塵、氧化或其他污染物。
2. 塗佈防焊:基本上是網版印刷流程,需使用遮罩並透過擠壓將防焊油墨噴塗或塗佈。依防焊類型不同,塗佈方式也有所差異:
● 環氧樹脂:網版印刷。
● LPI:噴塗或簾幕塗佈
● 乾膜:熱壓貼合
3. UV 曝光(適用 LPI 與乾膜):為固化防焊,將帶有線路影像的底片覆蓋後進行 UV 曝光。曝光區域聚合硬化,定義防焊開口。
4. 顯影:使用顯影液,將未受 UV 曝光的區域沖洗掉,露出焊墊與導通孔。
5. 熱固化:最後烘烤固化,使防焊完全硬化,PCB 即可上市。
防焊層使用的材料類型:
防焊材料有多種形式,每種都有其優勢,適用於不同製程:
液態防焊:最常見,易於塗佈,可透過噴塗或傳統網印。若客戶無特殊需求,通常預設使用此類。解析度較低,不適合細間距 SMT。
乾膜防焊:貼合前為層壓材料,經 UV 曝光後,未曝光區域會被洗掉。邊緣解析度極佳,常用於高頻或 RF PCB。
感光防焊:對 UV 光敏感,適合精細、小尺寸 PCB。流程包括:簾幕/噴塗 → UV 曝光 → 顯影液。
負片與正片 UV 曝光:
負片 UV 曝光:
曝光區域硬化,顯影後保留在 PCB 上。未曝光區域被移除。因適合細線與精密特徵,為 PCB 製造中最常見。
正片 UV 曝光
曝光區域受 UV 照射後變得可溶,被洗掉。未曝光區域保留。多用於高精度光刻,而非防焊。
顏色:美觀還是性能?
選色不僅關乎外觀。在某些情況下,它還有助於熱傳導,對高功率電路至關重要。某些顏色在 UV 光下反射性更佳,有利於光刻製程。例如藍色防焊可使 UV 曝光更精確,適用於高解析應用。我們在先前的文章已探討 PCB 顏色的特性:
綠色因歷史因素成為首選。其高可見度,尤其在 UV 光下,是持續主導的主因。PCB 製程使用光刻,曝光特定區域。綠色防焊在 UV 下清晰可見,方便 FQC(最終品檢)檢查焊接瑕疵。
防焊厚度?
這重要嗎?厚度 如何影響 PCB 性能?防焊層厚度通常介於 16 至 30 微米,可薄至 0.3 mil 或更薄。需保持薄層以避免元件偏移。過薄易剝落,過厚則墊與元件間隙過大,需更多焊膏,可能導致焊接錯誤。邊緣通常因製程而更薄。
環保考量
● RoHS(有害物質限制):現代防焊為無鉛設計,相容無鉛製程,需符合 RoHS 標準。
● REACH 合規:確保防焊不含歐盟禁用有害物質。
結論:
總之,防焊材料遠不只是裝飾。它們對電子設備的功能與壽命至關重要。從防止回焊時焊錫橋接到保護環境損害,防焊在 PCB 製造中不可或缺。本文也涵蓋了多種類型、材料與更多內容。顏色選擇始終主觀,但選對防焊是實現高可靠度與低失效率的關鍵。
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