焊料遮罩墩是唯一阻止細距橋接的防護障壁

電子製造中最昂貴的聲音是應該已啟動的電路板的沉默。當你用顯微鏡觀察那塊死板，期待看到燒毀的電容或倒裝二極體時，你常會發現更令人不快的東西：在0.4mm腳距連接器的兩個針腳上，有一條微小的焊接橋。一個$2製造缺陷就已經廢棄了一個$500裝配。

大多數設計師立即責怪組裝廠。他們假設模板孔太寬或回流曲線過熱。但通常，失敗早在幾個月前設計階段就已經埋下了伏筆，當時決定忽視液態焊料的物理現實。如果兩個焊盤之間沒有物理屏障，焊料就會試圖合併。這是物理定律，並且嚴格執行。

橋樑的物理學

當回流爐中的焊膏融化時，它不再是砂粒狀的膏狀物，而變成具有高表面張力的液體。它想要最小化自己表面積。理想情況下，它會濕潤焊盤和元件引腳，形成適當的彎角。但在細間距元件——任何低於0.5mm腳距的元件——焊盤非常接近。如果缺少焊膏遮罩隔離帶（焊盤之間那條薄薄的絕緣條），就沒有人能阻止那熔融的液體延伸到相鄰焊盤。

一些工程師試圖通過“饑渴”焊點來解決這個問題——減小模板孔以沉積更少的焊膏。這是常見的權宜之計，常在論壇中有人試圖挽救壞的佈局時建議。雖然減少焊膏量可以降低橋接的概率，但不能消除失敗機理。如果你使用0.4mm腳距的BGA或QFN，並完全依賴表面張力來保持焊料在原位，那你是在賭博。輕微的偏移、爐內振動或助焊劑活動的微小變化都可能使焊料在間隙中擴散。唯一能可靠阻止這種毛細作用的，是物理牆壁：焊膏遮罩隔離帶。

薄片的幾何

問題在於，你不能僅僅畫一個隔離帶並期望它存在。焊膏遮罩是一種物理材料——通常是液體光像成型的環氧樹脂——需要印刷、固化和顯影。像任何材料一樣，它也有其極限。如果你設計的遮罩薄片太薄，無法貼附在FR4底片上。它會在製造過程中剝落，漂浮在顯影槽中，或更糟糕的是，之後剝落污染組裝。

這就是你的CAD工具中“粉紅圈”或“紫色圈”錯誤的來源。當你的DRC（設計規則檢查）標記“遮罩薄片”違規時，並不是在故意惹你生氣。它是在告訴你，你所要求的幾何圖形在現有標準化學工藝下是不可能產生的。

標準的製造流程通常需要最小4密耳（約0.1mm）的遮罩隔離帶以保證附著性。先進的“HDI”工廠可以將其推至3密耳。但以0.4mm腳距元件為例：如果焊盤寬度為0.25mm，彼此間的間隙僅為0.15mm（約6密耳）。如果你需要一個4密耳的隔離帶，並且要考慮遮罩的擴展（配準容差）以避免遮罩覆蓋到焊盤，你就沒有空間了。你已經用盡了用於絕緣的物理空間。

如果你將幾何設計得過於緊湊，比如在0.35mm腳距的BGA或設計不當的QFN腳位，製造廠會向你發出“工程疑問”（EQ）。他們會指出他們無法在焊盤之間印出隔離帶。他們的解決方案幾乎總是“幫派救援”或“幫派遮罩”。

幫派救援陷阱

當幾何形狀變得過於緊湊——例如，在 0.35mm pitch 的 BGA 或設計不良的 QFN footprint 上——製造廠會向你提出一個“工程問題”(“EQ”)。他們會指出他們無法在焊墊之間打印阻焊膏。他們幾乎總是建議“群組隔離” (或“群組遮罩”) 來解決。

排岩意味著它們會完全移除點膠片之間的遮罩，形成一個圍繞針腳排的大窗口開口。這符合製造約束：沒有薄薄的遮罩片需要剝離。但它引入了一個災難性的組裝風險。

沒有碼頭，你就創造了一條焊錫的高速公路。在QFN（四方扁平無引腳）封裝中，焊錫可以沿著封裝底部穿越針腳之間。這種類型的橋樑很狡猾，因為它經常藏在元件主體下方，對於標準的AOI（自動光學檢查）來說是看不見的。你可能只在電路板不合格或更糟的是X光檢查揭示短路時才發現它。

這裡還有一個長期可靠性成本。焊錫遮罩不僅能阻止橋接，還能絕緣銅線。如果你對細針距連接器進行排岩，會讓裸露的FR4暴露在帶電針腳之間。在高濕度環境中，或者如果未完全清除助焊膠殘留，這個空隙就會成為樹突生長的溫床。我們見過的醫療召回不由於立即失效而觸發，而是由於六個月後樹突在排岩間隙中生長，通過現場。碼頭是一個絕緣體，移除它則是對失敗的讓步。

“標準能力”虛構

那麼為什麼晶圓廠拼命推動排岩？因為它保護的是他們的良率，而非你的。如果他們嘗試印制2.5密爾的碼頭並且剝落，他們必須報廢裸板。如果他們進行排岩，裸板則能完美通過電氣測試（因為點膠片沒有橋接）」 然而橋樑通常是在你的組裝廠出現的問題，這已經不再是裸板晶圓廠的責任。

你必須了解晶圓廠的數據表常常是市場營銷的虛構。當一個預算有限的海外工廠列出“3密爾碼頭”作為能力時，那是他們的“黃金樣本”——在完美校準的機器和新鮮的化學藥劑配置良好的日子裡能達到的數值。這並非他們的Cpk > 1.33的過程能力。如果你將設計帶有3密爾碼頭送到一個“標準”池的服務商，他們常常會默默地用CAM腳本移除碼頭，若他們認為無法保持。直到電路板到達並且碼頭消失，你才會知道。

解決方案通常涉及金錢。標準的LPI工藝使用膠片藝術品和紫外光，具有對準和繞射的限制。為了可靠地在0.4mm密爾的元件上保持薄片，你通常需要使用激光直接成像（LDI）。LDI跳過膠片，利用激光直接在電路板上固化遮罩。它更精確，能保持更緊密的碼頭，也會花更多錢。當你與一位想將電路板轉移到更便宜供應商以節省$0.40每個單位的採購經理辯論時，你需要計算報廢成本。如果在PCB製造上節省$200，而在處理前三百個電路板的橋樑時損失了$4,000的矽片和技術人員時間，這是一場空洞的勝利。

防禦設計策略

在你的CAD工具中最危險的設置是全局“碼頭擴展”規則。初級工程師常常將其設為安全的4密爾。對於一個大號的0805電阻，這沒問題。對於一個0.4mm密爾的元件，這個全局規則會與遮罩開口重疊，甚至在你未察覺的情況下刪除你的碼頭。

你必須使用局部規則。細針距元件需要其專屬的遮罩擴展設置，如果晶圓廠能力允許，經常收緊到2密爾甚至1:1（零擴展）。你必須強制幾何以容許3或4密爾的碼頭。

但最終的防禦措施是在設計完成之後。當你生成Gerber檔案時，不要相信3D檢視器。打開原始的GTS（頂層錫膠罩）文件。放大到最緊的元件。測量遮罩開口之間的實際距離。如果這個數字少於3密爾（約0.075mm），你就已進入危險區域。

如果你看到那個危險區域，你就有兩個選擇：轉向具有經驗的LDI能力的晶圓廠，或者改變元件腳位。不要讓晶圓廠刪除碼頭。除非你願意接受良率損失，否則不要讓他們在連接器上進行排岩。若晶圓廠說“我們無法印製”，相信它們。但不要讓他們通過移除保護來解決問題。移動設計，或者換晶圓廠。沒有碼頭，就沒有製造。