焊膏阻焊膠膨脹：隱形的良率殺手

壞的阻焊劑決策有其獨特的氣味。它聞起來像燒焦的助焊劑、熱的聚醯亞胺，以及一個週六下午彎腰在 Mantis 顯微鏡下手持烙鐵的感覺。當你在 10 倍放大下看一個 QFN-32，看到每一個引腳都與鄰近引腳橋接時，你不會想到優雅的走線或信號完整性模擬。你看到的是物理上的封閉失效。焊膏在回流爐加熱後無處可停，它下垂、滲透並融合，因為本應分隔焊盤 1 和焊盤 2 的機械阻焊劑根本不存在。

不要怪烙鐵，也別再怪鋼網。這是數據問題演變成的物理噩夢。根本原因在於 CAD 設定，通常保持在「安全」的 4 mil 擴張預設值，這悄悄地刪除了細間距焊盤間的阻焊劑連接。物理不在乎你的渲染效果。如果擋板缺失，焊料就會橋接。

為什麼 Fab House 想要毀掉你的組裝

你的裸板製造商和組裝商有根本的利益衝突。製造廠害怕「侵入」。如果他們印刷綠色阻焊層稍微偏離目標（濕膜工藝必然會發生），且該阻焊劑覆蓋在銅焊盤上，你會因焊接性差而拒收電路板。為了避免報廢成本，他們要求安全緩衝。他們希望你擴大阻焊劑開口，即使對位偏移 2 或 3 mil，開口仍能避開焊盤。

這個安全邊際為他們省錢，但卻犧牲了你的可靠性。當你對 0.5mm 間距元件應用全局擴張規則——比如業界標準的 4 mil（0.1mm）——你數學上消除了焊盤間的橋接。你用潛在的外觀缺陷（阻焊劑覆蓋焊盤）換取了必然的功能缺陷（焊橋）。

如果你使用預算製造廠，你經常會收到可怕的「工程查詢」或「暫停」郵件。他們會標記你的細間距封裝，聲稱焊盤間的阻焊劑「細條」太薄，無法可靠印刷。他們沒說謊；他們的工藝可能無法保持 3 mil 的阻焊劑連接而不剝落。但如果你讓他們「修正」而完全移除連接，你就授權他們在本應是獨立島狀的地方製造一片裸露銅區。他們優先考慮的是他們的良率，而非你的。

阻焊劑的機制

阻焊劑的功能不像油漆，更像是液壓擋板。它在回流爐中的主要作用是打破熔融焊料的表面張力。當焊膏熔化時，它會想要最小化表面積。如果阻焊劑條帶位於兩個焊盤之間，焊料會在各自的焊盤上形成珠狀，並被阻焊劑牆壁限制。這就是「墊圈」效應。阻焊劑為鋼網提供垂直的支撐牆，並形成焊料無法潤濕的水平障礙。

當你移除該擋板——無論是透過激進的擴張設定或製造廠進行「群組放寬」——你就失去了封閉。焊盤間的空隙變成裸露的 FR4 基板。熔融焊料很容易滲透過該間隙，尤其當鋼網孔徑設計是基於墊圈密封時。沒有阻焊劑高度阻擋，焊料就會下垂。

這通常是 BGA 元件開始恐慌的地方。你可能在 X 光下看到短路，並以為焊膏量太多或回流曲線太熱。先看看裸板。如果 BGA 焊盤的阻焊劑開口太大以致相互接觸，你就為焊球與鄰近焊球融合創造了最小阻抗路徑。非阻焊劑定義（NSMD）焊盤是 BGA 的標準做法以提升可靠性，但如果擴張過度，焊盤周圍的「護城河」就會成為橋接通道。

幫派救援陷阱

這個問題最危險的版本發生在 QFN 和細間距連接器上。設計師厭倦了與「最小阻焊劑細條」的 DRC（設計規則檢查）錯誤抗爭，常走最簡單的路：群組放寬。這涉及在整排引腳上繪製一個大矩形的阻焊劑開口。

在 Gerber 檢視器中看起來很乾淨。它立即通過製造廠的檢查，因為沒有細小的阻焊劑細條需要印刷。但在組裝線上，這是災難。我見過因為這個原因報廢的昂貴矽晶片托盤——醫療設備原型上的 QFP-100。當你對一排 0.5mm 間距引腳進行群組放寬時，你是在要求焊料的表面張力成為唯一保持接點分離的力量。這很少奏效。焊料會聚集在一起，最後形成一條合金條短接十個引腳。

這種情況下的手工返工非常艱難。你必須吸走所有焊料，用酒精清潔區域，並嘗試在沒有阻焊劑擋板引導的情況下拖焊新接點。這會把一個 $5 電路板組裝變成一個 $50 的返工項目。

LDI 閾值

你不能只是一直縮小網格；最終材料會物理失效。真正的解決方案是為精度付費。傳統的光影像工藝需要那個誤差因子。雷射直接成像（LDI）改變了計算方式。LDI 不使用底片，而是使用雷射直接在電路板上固化遮罩，並參考電路板本身的基準點進行對位。

使用 LDI，你不需要 3 或 4 密耳的擴展。你可以使用 1:1 遮罩（零擴展）或非常緊密的 1 密耳擴展。這讓你即使在 0.4mm 間距的元件上，也能保持堅固的 3 密耳阻隔。是的，LDI 成本較高。這是一種高級工藝。但將這成本與返工成本相比較。如果你是在製造帶有 0805 被動元件和 SOIC 晶片的消費性裝置，省錢使用寬鬆工藝即可。但如果你在放置 0.4mm 間距的 QFN 或 0.5mm BGA，「裸板」上的“節省”會在 AOI 發現第一個橋接時瞬間消失。

新的基準線

停止信任你的 EDA 工具中的預設值。4 密耳的全局擴展是元件巨大時代的遺物。

對於任何間距為 0.5mm 或更小的元件，你必須介入：

1. 檢查網格： 確保你的設計中焊盤間至少有 3 密耳（0.075mm）的遮罩。
2. 審核擴展： 如果維持該網格需要將擴展減少到 0 或 1 密耳，就這麼做。
3. 指定 LDI： 如果你收緊擴展，告訴製造廠你需要 LDI。否則，他們會讓你等待，或者更糟的是，在不告知你的情況下將擴展恢復。
4. 禁止群組阻隔： 除非數據表明（這很少見），否則絕不允許一排引腳共用單一遮罩開口。

遮罩是機械組裝的一部分。以對待銅箔相同的精度對待它。