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阻焊層如何影響PCB的性能和可靠性

2025.01.20

阻焊層的定義與特性


阻焊層(Solder Mask也稱為防焊層)是在PCB表面上的一層保護性涂層,阻焊層主要用于防止焊接過程中焊錫短路、保護電路免受環境因素(如濕氣、灰塵等)的侵蝕,并提供電氣絕緣。并可防止PCB在制造、焊接及搬運過程中各種人為因素造成的擦花、劃傷而引起電氣開路。


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不同顏色的阻焊



阻焊層對PCB的影響主要體現在以下幾個方面:



介電常數(Dk)和損耗因子(Df)

阻焊層的介電常數和損耗因子(Df)會影響信號傳輸質量。低介電常數和低損耗因子的阻焊層有助于減少信號衰減和反射。在高頻電路中,阻焊層的介電常數(Dk)越高,信號傳播速度越慢,可能導致信號延遲。阻焊層的損耗因子(Df)越高,信號傳輸中的能量損耗越大,信號衰減越大。



信號完整性

在高頻或高速信號傳輸中,阻焊層的介電常數會影響信號的傳播速度。如果阻焊層的介電常數與基板材料不匹配,可能導致信號反射和失真。阻焊層的厚度和均勻性也會影響阻抗控制的精度,進而影響信號完整性。



熱性能

阻焊層具有一定的熱導率和熱膨脹系數,如果阻焊層的熱膨脹系數與基板材料不匹配,那么在溫度變化過程中產生的應力,會導致阻焊層開裂或脫落,影響電氣連接的可靠性。



絕緣性能

阻焊層的絕緣性能直接影響PCB的可靠性。如果阻焊層質量差,如厚度不均勻或存在缺陷,可能導致絕緣失效,引起短路或漏電。



焊接質量

阻焊層通過定義焊接區域,防止焊錫在非目標區域流動,從而保證焊接質量。如果阻焊層設計不合理,如開窗過大或過小或者使用阻焊定義pad的時候油墨厚度過厚,可能導致焊接不良,阻焊層的表面光滑度和附著力也會影響焊接質量,進而影響電氣性能。



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銅皮定義pad與阻焊定義pad



環境防護

如果阻焊層質量差或覆蓋不完整,環境中的濕氣或污染物可能滲入PCB,導致如絕緣電阻降低、漏電流增加等問題。在高濕度或腐蝕性環境中,阻焊層的完整性對PCB的長期可靠性至關重要。



阻焊對高速PCB阻抗和損耗的影響


高速PCB的傳輸線損耗可分為介質損耗、導體損耗和輻射損耗,介質損耗主要取決于PCB板材的玻纖和樹脂等,導體損耗主要受“趨膚效應”和銅箔表面粗糙度影響。


對于信號傳輸而言,信號的傳輸速度是由光速和絕緣層的介電常數所決定的,介電常數越大則信號傳輸速度越慢。損耗因子是介質電能損耗或絕緣材料信號衰減能力的表征物理量,Df越高,介質電導和極化的滯后效應越厲害,電能或信號的損失就越多。


對高速PCB材料關注的重點在PCB板材,主要包括低損耗因子的樹脂體系、低損耗的玻纖布(開纖布)、低粗糙度銅箔等。阻焊油墨的選用對外層高速線路也有較大的影響,常規阻焊油墨的損耗因子遠大于高速板材。


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常規阻焊油墨的Dk和Df


常規阻焊油墨的介電常數和損耗因子分別為3.9和0.03左右,空氣的介電常數為1.0005。與裸露的外層線路相比,覆蓋阻焊層后線路的傳輸環境發生了較大的變化。



阻焊層的存在對外層線路電性能的影響主要有:


降低外層線路的阻抗值

信號線的特性阻抗,當線路上覆蓋阻焊油墨后電容C值增大,從而會導致線路的阻抗值降低。


增大外層線路傳輸損耗

當采用阻焊油墨覆蓋時,油墨的損耗因子較大,從而會增大線路傳輸損耗。


降低外層線路傳輸速度

由于阻焊層的介電常數遠大于空氣的介電常數,因此覆蓋阻焊油墨后會降低信號線的傳輸速度。




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