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阻焊层如何影响PCB的性能和可靠性

2025.01.20

阻焊层的定义与特性


阻焊层(Solder Mask也称为防焊层)是在PCB表面上的一层保护性涂层,阻焊层主要用于防止焊接过程中焊锡短路、保护电路免受环境因素(如湿气、灰尘等)的侵蚀,并提供电气绝缘。并可防止PCB在制造、焊接及搬运过程中各种人为因素造成的擦花、划伤而引起电气开路。


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不同颜色的阻焊



阻焊层对PCB的影响主要体现在以下几个方面:



介电常数(Dk)和损耗因子(Df)

阻焊层的介电常数和损耗因子(Df)会影响信号传输质量。低介电常数和低损耗因子的阻焊层有助于减少信号衰减和反射。在高频电路中,阻焊层的介电常数(Dk)越高,信号传播速度越慢,可能导致信号延迟。阻焊层的损耗因子(Df)越高,信号传输中的能量损耗越大,信号衰减越大。



信号完整性

在高频或高速信号传输中,阻焊层的介电常数会影响信号的传播速度。如果阻焊层的介电常数与基板材料不匹配,可能导致信号反射和失真。阻焊层的厚度和均匀性也会影响阻抗控制的精度,进而影响信号完整性。



热性能

阻焊层具有一定的热导率和热膨胀系数,如果阻焊层的热膨胀系数与基板材料不匹配,那么在温度变化过程中产生的应力,会导致阻焊层开裂或脱落,影响电气连接的可靠性。



绝缘性能

阻焊层的绝缘性能直接影响PCB的可靠性。如果阻焊层质量差,如厚度不均匀或存在缺陷,可能导致绝缘失效,引起短路或漏电。



焊接质量

阻焊层通过定义焊接区域,防止焊锡在非目标区域流动,从而保证焊接质量。如果阻焊层设计不合理,如开窗过大或过小或者使用阻焊定义pad的时候油墨厚度过厚,可能导致焊接不良,阻焊层的表面光滑度和附着力也会影响焊接质量,进而影响电气性能。



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铜皮定义pad与阻焊定义pad



环境防护

如果阻焊层质量差或覆盖不完整,环境中的湿气或污染物可能渗入PCB,导致如绝缘电阻降低、漏电流增加等问题。在高湿度或腐蚀性环境中,阻焊层的完整性对PCB的长期可靠性至关重要。



阻焊对高速PCB阻抗和损耗的影响


高速PCB的传输线损耗可分为介质损耗、导体损耗和辐射损耗,介质损耗主要取决于PCB板材的玻纤和树脂等,导体损耗主要受“趋肤效应”和铜箔表面粗糙度影响。


对于信号传输而言,信号的传输速度是由光速和绝缘层的介电常数所决定的,介电常数越大则信号传输速度越慢。损耗因子是介质电能损耗或绝缘材料信号衰减能力的表征物理量,Df越高,介质电导和极化的滞后效应越厉害,电能或信号的损失就越多。


对高速PCB材料关注的重点在PCB板材,主要包括低损耗因子的树脂体系、低损耗的玻纤布(开纤布)、低粗糙度铜箔等。阻焊油墨的选用对外层高速线路也有较大的影响,常规阻焊油墨的损耗因子远大于高速板材。


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常规阻焊油墨的Dk和Df


常规阻焊油墨的介电常数和损耗因子分别为3.9和0.03左右,空气的介电常数为1.0005。与裸露的外层线路相比,覆盖阻焊层后线路的传输环境发生了较大的变化。



阻焊层的存在对外层线路电性能的影响主要有:


降低外层线路的阻抗值

信号线的特性阻抗,当线路上覆盖阻焊油墨后电容C值增大,从而会导致线路的阻抗值降低。


增大外层线路传输损耗

当采用阻焊油墨覆盖时,油墨的损耗因子较大,从而会增大线路传输损耗。


降低外层线路传输速度

由于阻焊层的介电常数远大于空气的介电常数,因此覆盖阻焊油墨后会降低信号线的传输速度。




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