La expansión de la máscara de soldadura es un parámetro fundamental en el diseño de PCB que influye directamente en la calidad y la fiabilidad de la fabricación. Se refiere al espacio entre un pad de cobre o el borde de la pista y el borde correspondiente de la abertura de la máscara de soldadura. Esta expansión intencional de la abertura de la máscara de soldadura alrededor de los pads de la PCB permite una exposición completa del pad al soldar y corrige posibles desalineaciones de fabricación.
Durante la fabricación de PCB, rara vez se logra una alineación perfecta entre capas. En consecuencia, las aberturas de la máscara de soldadura pueden contraerse o desalinearse ligeramente de sus posiciones previstas. Sin una expansión adecuada, estas desalineaciones pueden provocar que la máscara de soldadura se superponga en los pads, ya sea parcial o totalmente, lo que provoca conexiones defectuosas y uniones de soldadura inestables. El ajuste de expansión puede definirse universalmente mediante reglas de diseño o ajustarse individualmente para pads o vías específicos según sea necesario. En diseños de alta densidad, un ajuste preciso es especialmente crucial para equilibrar la exposición de los pads con una máscara de soldadura suficiente entre las características.
¿Qué es la expansión de la máscara de soldadura?
En la fabricación de PCB, la expansión de la máscara de soldadura define la separación entre el borde de una almohadilla de cobre y la abertura de la máscara circundante. Afecta la calidad de la soldadura, la adhesión de los componentes y la fiabilidad del circuito.
¿Cómo se define y mide la expansión de la máscara de soldadura?
La expansión de la máscara de soldadura se define específicamente como la distancia radial que la abertura de la máscara de soldadura sobresale (o se contrae) del terminal o vía de cobre al que pertenece. Por lo tanto, esta medida es positiva o negativa:
● Expansión positiva: Crea una abertura de máscara más grande que la almohadilla de cobre, lo cual es estándar para la mayoría de las aplicaciones.
● Expansión negativa: El resultado es una abertura de máscara más pequeña que la almohadilla de cobre, que se utiliza para el encorvamiento parcial.
Al medir la expansión de la máscara de soldadura, los diseñadores deben establecer primero el punto de referencia. La expansión puede calcularse mediante:
1. los perímetro terrestre de la plataforma/vía (borde de cobre): esta es la referencia predeterminada en la mayoría del software de diseño.
2. los borde del agujero:Cuando está habilitado, los cálculos utilizan el perímetro del orificio de la almohadilla/vía en su lugar
Por ejemplo, una expansión de 5 milésimas de pulgada en una almohadilla redonda de 60 milésimas de pulgada resulta en una abertura de máscara de 70 milésimas de pulgada (60 milésimas de pulgada + 2 × 5 milésimas de pulgada). Si la misma almohadilla tiene un orificio de 30 milésimas de pulgada y la expansión se toma como referencia el borde del orificio, una expansión de 20 milésimas de pulgada también produce una abertura de 70 milésimas de pulgada.
La precisión de la medición cobra especial importancia en diseños de alta densidad. En el software moderno de diseño de PCB, los valores de expansión suelen especificarse por separado para las capas superior e inferior mediante:
● Parte superior de expansión: El valor aplicado a la forma inicial de la almohadilla/vía para obtener la forma final en la capa de máscara de soldadura superior
● Fondo de expansión: El parámetro equivalente para la capa inferior
La mayoría de los fabricantes recomiendan una expansión de la máscara de soldadura de entre 2 y 5 milésimas de pulgada, siendo 3 milésimas de pulgada lo habitual para permitir 2 milésimas de pulgada de registro erróneo. Esto ayuda a prevenir puentes de soldadura y garantiza una exposición fiable de la almohadilla.
¿Por qué es importante la expansión de la máscara de soldadura?
La correcta expansión de la máscara de soldadura es crucial para la fiabilidad, la funcionalidad y el éxito de la fabricación de la PCB. Este parámetro de diseño, cuidadosamente diseñado, afecta a todo, desde las conexiones de los componentes hasta el rendimiento a largo plazo del dispositivo. Analicemos por qué este detalle, aparentemente insignificante, requiere una atención minuciosa.
Garantiza una exposición adecuada de la almohadilla
El objetivo principal de la expansión de la máscara de soldadura es proporcionar suficiente exposición a los pads para una soldadura adecuada. Sin expansión, las tolerancias de fabricación harán que la máscara se superponga a los pads, reduciendo así el área disponible para soldar y degradando la integridad del contacto. Una expansión adecuada facilita la unión de la soldadura en todos los lados de los pads, lo cual es especialmente importante en encapsulados de paso fino como QFN y LGA, ya que proporciona una colocación correcta y buenos contactos eléctricos.
Previene fallas eléctricas
La expansión eficaz de la máscara de soldadura mejora la fiabilidad del circuito al evitar puentes de soldadura y cortocircuitos durante el ensamblaje. También evita la oxidación de las pistas de cobre, manteniendo sus características eléctricas y garantizando un rendimiento a largo plazo.
Cabe destacar que la expansión adecuada de la máscara también:
● Mejora los Capacidades de inspección visual para el control de calidad
● Aumenta la tensión de ruptura de la capa dieléctrica.
● Previene el crecimiento de bigotes que podrían provocar cortocircuitos.
Apoya la capacidad de fabricación
Desde una perspectiva de fabricación, la expansión de la máscara de soldadura proporciona una tolerancia crucial a las variaciones de alineación, compensando los errores de registro comunes entre la máscara y las características de cobre. Una expansión adecuada previene defectos y costosas reparaciones, mientras que valores demasiado ajustados pueden requerir ajustes manuales de holgura, propensos a errores. Una expansión típica de 2 a 4 milésimas de pulgada equilibra la exposición de la almohadilla con la fiabilidad de fabricación.
¿Cuáles son los valores de expansión de la máscara de soldadura estándar?
Los valores estándar de expansión de la máscara de soldadura son orientativos, no reglas estrictas, y varían según la capacidad de fabricación y los requisitos de diseño. En toda la industria, fabricantes y diseñadores utilizan rangos establecidos que equilibran la exposición adecuada de la almohadilla con la viabilidad de la fabricación.
Valores predeterminados comunes
El estándar de la industria para la expansión de la máscara de soldadura suele oscilar entre 2 y 5 milésimas de pulgada (0.002"–0.005"). Muchos fabricantes utilizan 4 milésimas de pulgada por defecto, aunque esto puede variar según el proceso. Para diseños de alta precisión o alta densidad, se pueden utilizar expansiones menores, a menudo de 0 a 1 milésima de pulgada, teniendo en cuenta que los fabricantes pueden ajustar estos valores. Un mínimo comúnmente recomendado es de 3 milésimas de pulgada por lado, lo que compensa aproximadamente 2 milésimas de pulgada de registro incorrecto, lo que ayuda a evitar que la máscara de soldadura cubra las superficies de las almohadillas. La mayoría de las herramientas de diseño de PCB reflejan estos estándares, con valores predeterminados basados en reglas que suelen estar configurados en 4 milésimas de pulgada.
Recomendaciones del fabricante
Los fabricantes de PCB suelen ofrecer sus propias directrices en función de sus procesos de fabricación y la capacidad de sus equipos. Estas recomendaciones consideran factores como:
● Precisión del proceso de fabricación (serigrafía, fotoimpresión líquida o imagen directa por láser)
● Requisitos de paso de los conductores de los componentes
● Capacidades mínimas de la máscara de soldadura
Los fabricantes de alta calidad pueden lograr expansiones de 2.5 milésimas de pulgada con almas de 3 milésimas de pulgada, mientras que otros pueden requerir valores mayores. Los componentes de paso fino (0.5 mm o menos) pueden usar una expansión de 2 milésimas de pulgada, aunque esto puede incrementar el costo. Las necesidades de expansión también dependen del tipo de placa: las placas de alta frecuencia o alta potencia suelen requerir mayores holguras, mientras que los diseños densos requieren un control más preciso. Los diseñadores suelen permitir un rango de ajuste de ±3 milésimas de pulgada en los planos de fabricación.
¿Qué es la expansión mínima de la máscara de soldadura y la astilla?
La relación entre la expansión mínima de la máscara de soldadura y la astilla representa un equilibrio crítico en el diseño de PCB que afecta directamente la confiabilidad y la funcionalidad de la fabricación.
Expansión mínima de la máscara de soldadura
La expansión mínima de la máscara de soldadura es el espacio mínimo permitido entre un pad de cobre y su abertura. Es crucial en diseños de alta densidad con espacio limitado. Para componentes de paso fino, como los BGA de 0.4 mm de paso con bolas de ~250 μm, los pads suelen tener un tamaño equivalente al 80 % del diámetro de la bola. Un punto de partida típico es de 3 milésimas de pulgada por lado, lo que compensa aproximadamente 2 milésimas de pulgada de posible registro incorrecto. Sin embargo, en diseños con poco espacio, puede ser necesario reducir este valor para evitar incumplir los requisitos de la lámina de la máscara de soldadura.
Astilla mínima de máscara de soldadura
La franja mínima de máscara de soldadura es el ancho mínimo permitido de máscara entre aberturas adyacentes. Si es demasiado estrecha, puede causar problemas de fabricación. La mayoría de las normas establecen este mínimo entre 3 y 4 milésimas de pulgada (75-100 micras).
Cuando las astillas de máscara de soldadura se vuelven demasiado delgadas, pueden surgir varios problemas:
● La sección delgada de la máscara podría desprenderse durante la fabricación.
● La soldadura podría fluir a través de la fina capa, creando puentes en la parte superior de la máscara de soldadura.
● La soldadura podría filtrarse a través del cobre entre las aberturas, comprometiendo las conexiones eléctricas.
Estas preocupaciones explican por qué las verificaciones de las normas de diseño de PCB exigen aberturas mínimas para la máscara de soldadura. Si bien algunos fabricantes permiten ranuras de 2.5 milésimas de pulgada, 4 milésimas de pulgada es un estándar más seguro. Los diseñadores deben equilibrar una expansión adecuada de la máscara con un ancho de ranura suficiente, especialmente en diseños de paso fino y alta densidad.
¿Cómo afecta la expansión de la máscara de soldadura al diseño de la vía?
El diseño de las vías es un factor crítico al aplicar la expansión de la máscara de soldadura en la fabricación de PCB. A diferencia de los pads de componentes, las vías presentan desafíos únicos que exigen una atención cuidadosa a los parámetros de la máscara. En los diseños de PCB, las vías pueden tratarse de diversas maneras en relación con la máscara de soldadura:
Es importante tratar correctamente las vías en el diseño de la máscara de soldadura para evitar la absorción de la soldadura, que puede debilitar las uniones. Las vías con estructura de carpa requieren una expansión adecuada para controlar el flujo de soldadura, mientras que las vías con estructura de carpa requieren una expansión negativa para una cobertura completa. En las vías con estructura de carpa parcial, la expansión debe estar cerca del orificio de la vía; en las vías con estructura de carpa completa, debe ser negativa y al menos igual al radio de la vía o del pad.
Cuando las vías están cerca de los pads SMD, los diseñadores deben asegurar un ancho de presa suficiente y controlar cuidadosamente la expansión de la máscara para evitar la migración de la soldadura. Dejar abierto un extremo de la vía ayuda a prevenir la acumulación de volátiles durante el reflujo. Proteger ambos lados suele ser adecuado para vías pequeñas, pero una exposición parcial puede ser mejor para vías más grandes.
Las vías protegidas pueden limitar el acceso para realizar pruebas, por lo que es común enmascarar las vías de tierra y mantener las vías de energía o señal descubiertas para realizar pruebas.
¿Cómo aplicar y controlar la expansión de la máscara de soldadura en el diseño de PCB?
El uso correcto de la expansión de la máscara de soldadura en diseños de PCB requiere conocimientos técnicos y un manejo cuidadoso con el software de diseño. El software de diseño de PCB actual ofrece diversas funciones para el manejo adecuado de este valioso parámetro.
Para iniciar el proceso de expansión de la máscara de soldadura, acceda a la sección de reglas de diseño de su programa de PCB. En Altium Designer, se encuentra en "Diseño > Reglas" del Editor de Reglas y Restricciones de PCB, donde se definen las reglas de expansión globales y específicas de cada componente. El programa permite configurar las capas superior e inferior por separado en algunos campos denominados "Expansión superior" e "Expansión inferior".
Una decisión importante es elegir el punto de referencia para la expansión. Al definir las reglas, debe decidir si desea medir la expansión desde:
● El perímetro terrestre de la plataforma/vía (borde de cobre)
● El borde del orificio (cuando se habilita a través de la opción "Máscara de soldadura desde el borde del orificio")
Por ejemplo, una expansión de 5 milésimas de pulgada aplicada a una almohadilla redonda de 60 milésimas de pulgada de diámetro crea una abertura de 70 milésimas de pulgada al medirse desde el borde de la almohadilla. La misma abertura representaría una expansión de 20 milésimas de pulgada al medirse desde el borde de un orificio de 30 milésimas de pulgada.
Para tender la vía parcial o totalmente:
● Para carpas parciales (que cubren solo el área del terreno): Establezca la expansión en negativo para cerrar la máscara hasta el orificio (referencia del perímetro del terreno) o en 0 (referencia del borde del orificio).
● Para una carpa completa:Utilice una expansión negativa igual o mayor que el radio de la almohadilla/vía.
Los componentes individuales se pueden ajustar paso a paso mediante el panel Propiedades anulando las reglas de diseño o mediante tenting, lo que permite la optimización hacia regiones generales y de alta densidad.
Además de las reglas de diseño, la verificación de la expansión de la máscara mediante herramientas de visualización ayuda a detectar problemas antes de la fabricación. Se recomienda contactar al fabricante de la PCB, ya que podrá brindarle detalles sobre sus capacidades y procedimientos. Se sabe que los diseñadores añaden comentarios a los planos de fabricación para especificar las aberturas de la resistencia de soldadura con una tolerancia estándar de ±3 milésimas de pulgada.
Conclusión
La expansión de la máscara de soldadura suele ignorarse, pero desempeña un papel importante en la fabricación, operabilidad y fiabilidad de las PCB. Un rango habitual de 2 a 5 milésimas de pulgada (XNUMX a XNUMX mm) es un equilibrio entre los valores óptimos y los límites de fabricación factibles, especialmente en diseños de alta densidad. Los diseñadores deben tener en cuenta estos valores.
Las nuevas herramientas de PCB proporcionan un control detallado de las configuraciones de expansión, las restricciones globales y los ajustes localizados.. Opciones como la vía de tenting muestran cómo los ajustes influyen en el rendimiento y el ensamblaje. 3-4 milésimas de pulgada es convencional, pero el mejor valor se basa en requisitos particulares de fabricación y diseño, lo que significa una comunicación cercana entre el diseñador y el fabricante.
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