Solder Mask(S/M)是什麼？對PCB有什麼用處？只有綠色嗎？

pcbnewborn · 发表于 2018-9-17 10:50

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在電路板的文章及討論中經常聽到【Solder Mask，S/M】這個名詞，到底【Solder Mask】是什麼？在電路板中又是擔任了什麼角色？也有人稱之為【Solder resist】。

何謂「Solder Mask」？

【Solder Mask】的正確中文名稱應該叫做「阻焊」或「防焊」，因為99%以上的電路板都才用綠色的阻焊層，所以一般俗稱其為「綠漆」或「綠油（大陸用語）」，其他還有紅漆、黑漆、藍漆…等為了迎合不同場合的顏色外觀，比如說在NPI階段有些RD會特異選用「紅漆」來與量產板做區隔，某些會外露的板子選擇用黑色來與機殼顏色做配合。隨著時代的演進與雷射條碼的導入，為了可以用光學掃描判讀電路板上的雷射條碼，一般不建議使用綠色以外的防焊。其實【Solder Mask】還有個比較傳神的英文名稱叫做【Solder Resist】，但用的人似乎比較少。

「Solder Mask」的目的與作用

【Solder Mask】位於電路板的最上層(Top layer)與最底層(Bottom layer)銅箔線路之上，用來保護銅箔免於被氧化與不小心被焊錫沾到而影響電路板的功能，所以【Solder Mask】一般都以樹脂當主要材料，使用印刷技術將【Solder Mask】覆蓋於電路板上、下表面不需要焊接的位置上，以起到防潮、絕緣、防焊、耐高溫及美觀的需求。少部份可能使用噴墨印刷。

「Solder Mask」中的「Mask」其實代表著「光罩」的含意

一般PCB板廠在製作【Solder Mask】時都是先將整片PCB板子全部印刷上防焊漆，接著放進烘烤做預烘烤作業，然後使用底片(Film)做接觸式曝光，將底片上的影像轉移到防焊漆的表面，其實就跟影印機的原理差不多。

請注意：底片上的影像為「負片」，也就是底片上有黑影的部份是不想被保留下來的，而透明的地方綠漆則會被保留下來，它就是個「光罩」的作用，所以英文裡才會使用mask(遮罩)這個名詞。

接著用UV(紫外)光將沒有被光罩遮住的防焊漆烘乾，這時候防焊漆才真正固化並絕對附著於電路板上，也才說前面的烘乾只「預烘乾」，最後再進入化學槽，將有光罩的區域清洗掉，一般防焊漆清洗後露出來的都是可以焊接的銅面。

請注意：印刷防焊漆製程後所顯現的只是銅面，在電路板的後續製程中還得再做表面處理(Finished)，如化金、化銀、化錫等，以防止銅面在焊錫前就氧化了。

「Solder Mask」印刷會影響SMT焊錫品質？

防焊漆製程雖然看似簡單，而且對於電路板的最大作用也只是起到絕緣、防焊的功能，但防焊漆如果作業不良也可能造成嚴重的品質問題，除了板廠本身防焊漆印刷可能出現的清潔不良、孔洞、漏印、露銅、印刷不均勻、塞孔不良等缺失外，有時候防焊漆的印刷偏移量與厚度也是左右SMT焊錫的品質因素之一，尤其是零件及焊點越來越小的手機板，工作熊之前就曾經有過文章介紹。

電路板的防焊層印刷偏移會造成BGA短路嗎？
原來PCB的綠漆及絲印層厚度會影響錫膏量造成BGA短路？
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因為【Solder Mask】使用底片轉印來決定保留與不保留防焊漆的地方，所以【Solder Mask】防焊層與PCB之間的對位就變得非常重要，因為一旦對位偏移太多，防焊漆(油墨)就可能覆蓋並影響原本應該要暴露出來的銅箔焊墊大小。

至於防焊漆印刷的高度則會影響到錫膏量，因為防焊漆越厚，其與焊墊的高度差就越大，鋼板印刷出來的錫膏量就會越多，大焊墊沒有問題，但是小焊墊的錫膏量如果太多就很容易發生焊錫短路的問題。

「Solder Mask」印刷的製程能力

因為大多數的板廠都使用刮刀及網版將防焊綠漆印刷於電路板上，但如果你仔細看電路板，會發現電路板的表面可不是你想像的那麼平整，電路板的表面會有銅箔線路(trace)，也會有大面積的銅面，這些浮出電路板表面的銅箔實際上或多或少會影響綠漆印刷的厚度，而且因為刮刀的影響，在線路轉角（Trace corner, B）的位置有時候會特別薄。

一般來說PCB板廠會針對上圖四個位置的防焊綠漆厚度(soldermask thickness)做一些簡單的尺寸與公差管控，但這個公差範圍其實每間PCB板廠的內規都不太一樣，好像也沒有工業標準。PCB板廠一般不會將防焊綠漆印得太薄，怕露銅，也怕導通孔填不滿，而且網版厚度、刮刀種類與壓力、刮刀次數（一般都是來回各一次）…等條件都會影響其厚度。

下面是工作熊調查幾家板廠後大致的公差範圍，請注意這個尺寸範圍僅供參考，而且各家板廠尺寸也都不同：

A：Line corner（線路轉角）：0.2~0.8mil
B：Line area（線路區域）：0.4~0.8mil
C：Copper suRFace area（銅面上防焊厚度）：0.6~1.4mil
D：Base material area（基材上防焊厚度）：0.8~1.8mil
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另外，防焊綠漆印刷除了厚度需要注意之外，其實其印刷位置的精準度更重要，限於現今的科技，一般PCB板廠對於防焊綠漆的印刷只使用低成本的影像複印技術，所以其對位老實說並不精準，這對一些有高精密度需求的系統業者來說造成了一些小麻煩，但是一分錢一分貨，以目前的價格取向，能力就是這樣，除非加價使用更高端的影像技術。

下面列出大部分PCB板廠對於防焊綠漆印刷偏移的能力與防焊綠漆最小可以印刷的寬度：

E：Minimum soldermask dam/bridge（防焊綠漆最小下墨區）： 4 mil（有些廠商可以做到3mil）。防錫霸（Solder dam）為防焊綠漆印刷於兩個相鄰焊墊之間，最主要目的在防止焊錫短路，之所以稱為【壩(dam)】並不是防焊綠漆的高度足以隔絕焊錫溢流產生短路，而是防焊綠漆相對於熔融錫膏的表面張力比較小，既使錫膏原本的印刷會印在綠漆，但是焊錫的內聚力較大，錫膏熔融後一般不是距離很遠的焊錫都會自己縮回焊墊內，就像水總是往下流，熔融的錫膏則會往可以吃錫的地方流動。所以在相鄰焊墊間印刷防焊綠漆可以起到防止焊錫短路的問題。
F：The tolerance of soldermask exposure registration（防焊綠漆印刷精準度）：+/-2mil（部份廠商宣稱可以做到+/-1mil）。
! g) U7 D/ ?% d( U" V如果是「Non-Solder Mask Defined」佈線，這個尺寸經精度關係到防焊開窗與焊墊之間的單邊距離。
G：這個尺寸應該與E相同。
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