Solder Mask(S/M)是什麼?對PCB有什麼用處?只有綠色嗎?

Solder Mask(S/M)是什麼?對PCB有什麼用處?只有綠色嗎?

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?

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。

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。

PCB_Soldermask_thickness 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:

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:

Soldermark_clearance_definition 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

後記:
工作熊並不是PCB板廠的相關人員,純粹是因為產品設計生產時經常與板廠打交道,常常磨著板廠問東問西,順便把這些資訊整理一下給自己日後參考用。如果你有任何PCB的製程問題,建議還是請教專家,會比工作熊厲害喔!而且工作熊也不敢說以上的資訊全部正確,還是哪句話,服用前請三思!


延伸閱讀:
快速移除PCB防焊(綠漆)的方法-雷射
整理SMT回流焊接缺點、可能原因及其對策
[影片]電路板生產線製程簡介(PCB Production Process)


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