Diques de Máscara de Solda são a única coisa que impede a ponte de pitch fino.

O som mais caro na fabricação de eletrônicos é o silêncio de uma placa que deveria ter iniciado. Quando você coloca essa placa morta sob o microscópio, esperando ver um capacitor estourado ou um diodo invertido, muitas vezes encontra algo muito mais insultante: uma ponte microscópica de solda conectando dois pinos em um conector de 0,4mm de passo. Um defeito de fabricação $2 acabou de inutilizar uma montagem $500.

A maioria dos projetistas imediatamente blame a casa de montagem. Eles assumem que as aberturas da máscara de stencil eram muito largas ou o perfil de refluxo muito quente. Mas geralmente, a falha já estava embutida meses atrás durante a fase de layout, quando foi tomada a decisão de ignorar a realidade física da solda líquida. Se não há uma barreira física entre dois pads, a solda tentará se fundir. Isso é uma lei da física, e estritamente aplicada.

A Física da Ponte

Quando a pasta de solda derrete na fornalha de refluxo, ela para de ser uma pasta granulada e se torna um fluido com alta tensão superficial. Ela quer minimizar sua área de superfície. Idealmente, ela molha o pad e o terminal do componente, formando uma quilha adequada. Mas em componentes de passo fino—qualquer coisa abaixo de 0,5mm de passo—os pads estão perigosamente próximos. Se a barreira de máscara de solda (aquela faixa fina de isolamento entre pads) estiver ausente, nada impede que esse fluido derretido alcance seu vizinho.

Alguns engenheiros tentam resolver isso 'privando' a junção—reduzindo a abertura do stencil para depositar menos pasta. É uma solução paliativa comum, frequentemente sugerida em fóruns quando alguém tenta salvar um layout ruim. Embora reduzir o volume de pasta possa diminuir a probabilidade de uma ponte, ela não elimina o mecanismo de falha. Se você tem um BGA ou QFN de passo 0,4mm e depende exclusivamente da tensão superficial para manter a solda no lugar, está jogando na sorte. Uma ligeira desalinhamento, uma vibração na fornalha ou uma variação menor na atividade do fluxo causará a solda wicking através do espaço. A única coisa que impede essa ação capilar de forma confiável é uma parede física: a barreira da máscara de solda.

A Geometria do Pedaço

O problema é que você não pode simplesmente desenhar uma barreira e esperar que ela exista. A máscara de solda é um material físico—geralmente um epóxi Liquid Photoimageable (LPI)—que precisa ser impresso, curado e desenvolvido. Como qualquer material, ela possui um ponto de ruptura. Se você projetar uma fração de máscara que seja muito fina, ela não aderirá ao substrato FR4. Ela descascará durante a fabricação, flutuando na cuba de revelador ou, pior, descascando posteriormente e contaminando a montagem.

É aqui que surgem os erros de "Anel Rosa" ou "Anel Violeta" na sua ferramenta CAD. Quando seu DRC (Verificação de Regras de Projeto) sinaliza uma violação de "Fugir de Máscara", ela não está tentando irritar você. Está dizendo que a geometria que você solicitou é fisicamente impossível de criar pelo processo químico padrão.

Os processos de fabricação padrão geralmente exigem uma barreira mínima de máscara de 4 mils (aproximadamente 0,1mm) para garantir a adesão. Oficinas avançadas de "HDI" podem reduzir isso para 3 mils. Mas olhe a matemática para um componente de passo 0,4mm. Se os pads têm 0,25mm de largura, o espaço entre eles é de apenas 0,15mm (aproximadamente 6 mils). Se você precisa de uma barreira de 4 mils e precisa considerar a expansão da máscara (tolerância de registro) para que a máscara não suba no pad, não há espaço suficiente. Você simplesmente ficou sem espaço físico para o isolamento.

Essa armadilha de geometria fica significativamente pior se você priorizar a estética. Vemos projetos onde o invólucro está aberto, então o designer industrial exige uma máscara de solda "Preto Fosco" para parecer "premium". Máscaras pretas foscas costumam ser mais macias e requerem processamento químico diferente do verde padrão. Elas retêm calor de maneira diferente e muitas vezes têm adesão pior para recursos finos. Uma barreira que funciona perfeitamente no verde brilhante padrão pode descascar no preto fosco. Vimos lotes inteiros de 5.000 unidades atingirem uma taxa de falha de 35% simplesmente porque a máscara preta com visual moderno não conseguiu segurar a web de 3 mils entre os pinos do conector. A física não liga se sua placa parece legal.

A Armadilha de Alívio da Gangue

Quando a geometria fica muito apertada—digamos, em um BGA de passo 0,35mm ou em um layout de QFN mal projetado—a casa de fabricação enviará uma "EQ" (Pergunta de Engenharia). Eles irão apontar que não podem imprimir a barreira entre os pads. A solução proposta deles é quase sempre "Relva de Grupo" (ou "Máscara de Grupo").

Alívio de máscara significa que eles simplesmente removem totalmente a máscara entre as almofadas, criando uma grande abertura de janela ao redor de uma linha de pinos. Isso satisfaz a restrição de fabricação: não há uma fina lasca de máscara para descascar. Mas isso introduz um risco catastrófico de montagem.

Sem a barreira, você criou uma via para o solder. Em um pacote QFN (Quad Flat No-lead), o solda pode se propagar ao longo da parte inferior do pacote entre os pinos. Esse tipo de ponte é insidioso porque muitas vezes fica escondido sob o corpo do componente, invisível para uma inspeção óptica automatizada (AOI). Você pode só encontrá-lo quando a placa falha no teste funcional ou, pior, quando a inspeção por raio-X revela o curto.

Há também um custo de confiabilidade a longo prazo aqui. A máscara de solda não apenas impede pontes; ela isola o cobre. Se você fizer um alívio em um conector de pitch fino, deixa o FR4 exposto entre os pinos energizados. Em ambientes de alta umidade, ou se o dispositivo não for limpo perfeitamente de resíduos de fluxo, essa lacuna se torna um terreno fértil para o crescimento de dendritas. Já vimos recalls médicos desencadeados não por falha imediata, mas por dendritas crescendo sobre a lacuna aliviada após seis meses em campo. A barreira é um isolante; removê-la é uma concessão à falha.

A Fiction de “Capacidade Padrão”

Então, por que as casas de fabricação pressionam pelo alívio de gangue? Porque isso protege o rendimento deles, não o seu. Se eles tentarem imprimir uma barreira de 2,5 mil e ela descascar, eles têm que descartar a placa nua. Se eles aliviar a gangue, a placa nua passa no teste elétrico deles perfeitamente (porque as almofadas não estão bridgadas) ainda). A ponte acontece na sua casa de montagem, que não é mais problema da fábrica da placa nua.

Você precisa entender que as folhas de dados da fábrica muitas vezes são ficção de marketing. Quando uma fábrica offshore orçamentária lista "3 mil máscara dam" como uma capacidade, esse é o número do "amostra de ouro" deles—o que eles podem alcançar em uma máquina perfeitamente calibrada com química fresca em um bom dia. Não é a sua capacidade de processo Cpk > 1,33. Se você enviar um projeto com barragens de 3 mil para um serviço de piscina "Padrão", eles frequentemente removerão silenciosamente as barragens via um script CAM se acharem que não podem mantê-las. Você não saberá até que as placas cheguem e as barragens estejam ausentes.

A solução muitas vezes envolve dinheiro. Os processos LPI padrão usam artefato de filme e luz UV, que possuem limites de alinhamento e difração. Para segurar com confiabilidade uma faixa em uma peça de passo 0,4mm, você frequentemente precisa de LDI (Impressão Laser Direta). O LDI pula o filme e usa um laser para curar a máscara diretamente na placa. É muito mais preciso e pode segurar barreiras mais apertadas. Também custa mais. Quando você está discutindo com um gerente de compras que quer mover a placa para um fornecedor mais barato para economizar $0,40 por unidade, você precisa calcular o custo do descarte. Economizar $200 na fabricação de PCB é uma vitória vazia se você perder $4.000 em tempo de silício e técnico re-trabalhando pontes nas primeiras 100 placas.

Estratégia de Design Defensivo

A configuração mais perigosa na sua ferramenta CAD é a regra global de "Expansão de Máscara". Engenheiros juniores costumam configurá-la para um valor "seguro" de 4 mils globalmente. Em um resistor grande de 0805, tudo bem. Em um componente de passo 0,4mm, essa regra global sobreporá as aberturas da máscara e excluirá suas barragens sem que você perceba.

Você deve usar regras locais. Componentes de passo fino requerem suas próprias configurações específicas de expansão de máscara, frequentemente ajustadas para 2 mils ou até 1:1 (sem expansão), se a capacidade da fábrica permitir. Você precisa forçar a geometria a permitir uma barragem de 3 ou 4 mil.

Mas a defesa final acontece depois que o projeto está concluído. Quando você gera seus Gerbers, não confie no visualizador 3D. Abra o arquivo bruto GTS (Máscara de Solda Superior). Aproxime-se do seu componente mais apertado. Meça a folga física entre as aberturas da máscara. Se esse número for menor que 3 mils (aproximadamente 0,075mm), você está na zona de perigo.

Se você perceber que está na zona de perigo, tem duas opções: trocar para uma fábrica com capacidades LDI verificadas que possa segurar essa faixa, ou alterar a pegada do componente. Não deixe a fábrica excluir a barragem. Não deixe que eles o convençam a aliviar a gangue em um conector, a não ser que você esteja disposto a aceitar a perda de rendimento. Se a fábrica disser “não podemos imprimir isso”, acredite neles. Mas não deixe que consertem removendo a proteção. Mude o projeto, ou mude a fábrica. Sem barragem, sem construção.