PCB-Lötstoppmaske: Öffnungen und schmale Stege

Das Lötstoppmaskendesign für die Leiterplattenbestückung legt fest, welche Kupferflächen zum Löten freiliegen und wo die isolierende Maske benachbarte Strukturen voneinander trennt. Geben Sie Öffnungen anhand des Anschlussflächenmusters des Bauteils, der Fertigungstoleranzen und des Prüfplans für die bestückte Baugruppe frei – nicht anhand einer allgemeingültigen Regel für die Breite schmaler Maskenreste. Beispielsweise verbleibt bei einem Rastermaß von 0.40 mm, 0.25 mm breiten Pads und einer Maskenerweiterung von 0.075 mm je Seite kein nomineller Maskensteg zwischen den Pads. Diese Geometrie erfordert eine freigegebene alternative Öffnungsstrategie, nicht die Annahme, dass ein feiner Maskensteg die Fertigung übersteht. [1]

Die Lötstoppmaskengeometrie mit der vorgesehenen Lötverbindung verknüpfen

Die Lötstoppmaskengeometrie muss die für jede Verbindung vorgesehene lötbare Begrenzung erhalten. Die Prüfung beginnt beim Kupferpad, der Öffnung um dieses Pad oder innerhalb seiner Fläche und dem Bauteilanschluss – nicht bei der Maskenfarbe oder einer standardmäßigen Abstandseinstellung. Eine permanente Lötstoppmaske hilft, unerwünschtes Anhaften von Lot zu begrenzen; ihr Vorhandensein allein belegt jedoch keine akzeptable Lötverbindung. [6]

Behandeln Sie Kupfer, Lötstoppmaske und Lotpaste als getrennte Designobjekte. Das Kupfer definiert das leitfähige Pad. Die Maskenöffnung bestimmt, welcher Teil dieses Pads und seiner Umgebung freiliegt. Die Schablonenöffnung bestimmt, wo Paste aufgetragen wird; auch Schablonendicke und Druckverhalten beeinflussen das aufgetragene Volumen. Eine Maskenöffnung ist daher keine unmittelbar verwendbare Schablonenöffnung. 9

Legen Sie das angestrebte Ergebnis fest, bevor Sie einen Footprint (Bauteil-Layoutmuster) anpassen: einen freiliegenden Kupferrand erhalten, die beabsichtigte Überdeckung eines maskendefinierten Pads beibehalten, benachbarte lötbare Bereiche trennen oder eine nahe Leiterbahn bedeckt halten. Prüfen Sie anschließend dieselbe Stelle entlang der Fertigungsfolge:

Anschlussflächenmuster des Gehäuses → Überlagerung von Kupfer/Maske/Paste → Freigabe der Fertigungsgeometrie → Wareneingangsprüfung der unbestückten Leiterplatte → Prüfung des Pastendrucks → Prüfung der Lötverbindungen nach dem Reflow-Löten → Abschluss der Ausnahme.

Jeder Schritt beantwortet eine andere Frage. Beschreibt die Zeichnung die vorgesehene Verbindung? Kann der Leiterplattenhersteller die Begrenzung reproduzieren? Ist sie auf der gelieferten Leiterplatte erhalten geblieben? Hat der Druck dort getrennte Pastendepots erzeugt, wo dies erforderlich ist? Hat das Reflow-Löten die geforderten Verbindungen hergestellt? Ersetzen Sie diese Fragen nicht durch eine einzige Kennzeichnung „DFM bestanden“ für die Prüfung der Fertigungsgerechtheit.

Wenn eine Lötbrücke auftritt, betrachten Sie die Maske als einen möglichen beitragenden Faktor. Vergleichen Sie die tatsächliche Leiterplatte, das Pastendepot, die Bauteilposition und die Prozessaufzeichnungen, bevor Sie die Grundursache bestimmen. Ein fehlender Maskensteg belegt eine geometrische Abweichung; er beweist nicht, dass die Maskengeometrie allein die Lötbrücke verursacht hat.

Maskendefinierte und kupferdefinierte Padbegrenzungen vergleichen

Maskendefinierte und kupferdefinierte Pads unterscheiden sich darin, welche Struktur die lötbare Begrenzung festlegt. Bei einem lötstoppmaskendefinierten Pad, hier mit SMD abgekürzt, überdeckt die Maske den Kupferrand. Ein nicht lötstoppmaskendefiniertes Pad, kurz NSMD, hat eine Öffnung, die größer als das Kupferpad ist und dessen Rand freilässt. „SMD“ bedeutet in diesem Vergleich „lötstoppmaskendefiniert“, nicht „oberflächenmontierbares Bauelement“. [3]

NSMD legt Kupferkante und Oberseite zur Benetzung frei; SMD begrenzt die lötbare Fläche bewusst innerhalb eines größeren Kupfermerkmals. Die Geometrie gilt für Gehäuse und Anschluss, nicht pauschal für die Platte. Die betrachtete DSBGA-Empfehlung bevorzugt NSMD für ihre genannten Gehäuse; sie erlaubt nicht, absichtliche Überdeckungen anderer Footprints zu entfernen.

Verknüpfen Sie mithilfe der folgenden Matrix jedes Merkmal mit einer Entscheidung und den dazugehörigen Nachweisen.

Die Matrix ist ein Prüfrahmen, keine Abnahmenorm. Ermitteln Sie damit, was gemessen werden muss und wer zustimmen muss. Belassen Sie das Füllen, Verschließen und den Deckschichtaufbau von Durchkontaktierungen in der gesonderten Via-in-Pad-Prüfung. Die Maskenprüfung benötigt den freigegebenen resultierenden Oberflächenzustand, keine zweite Prozessspezifikation für Durchkontaktierungen.

Öffnungen, Registrierung und feine Maskenreste prüfen

Öffnungen, Registrierung und der Erhalt schmaler Maskenreste erfordern getrennte Prüfungen, da sie unterschiedliche Geometrien beschreiben. Die Erweiterung ist ein nomineller Designversatz; die Registrierung beschreibt die Lage der Maske relativ zum Kupfer; ein Steg ist die verbleibende Maske zwischen Öffnungen. Ein schmaler Maskenrest ist ein lokal besonders schmales Reststück, häufig an einer Engstelle oder Ecke. Eine bestandene Prüfung belegt nicht das Bestehen der anderen. 2

Den nominellen Steg berechnen, bevor die Fertigungsfähigkeit besprochen wird

Für gleich breite rechteckige Pads in einer geraden Reihe verwenden Sie als erste Näherung folgende Beziehung in Rasterrichtung:

Nomineller Steg = Pad-Rastermaß − Kupferpadbreite − nach links gerichtete Erweiterung − nach rechts gerichtete Erweiterung.

Bei gleicher Erweiterung an beiden einander zugewandten Kanten entsprechen die letzten beiden Terme dem Doppelten der Erweiterung je Seite. Die Berechnung bezieht sich auf die Geometrie der Fertigungsvorlage; sie sagt den fertigen Steg nach der Verarbeitung nicht voraus.

Im Eingangsbeispiel gilt 0.40 − 0.25 − 2 × 0.075 = 0.000 mm. Eine Erweiterung von 0.060 mm je Seite lässt nominal 0.030 mm. Dies zeigt den Konflikt beim feinen LFCSP-Raster: Die empfohlene Maskenfreistellung kann den Padabstand aufbrauchen. Keine Rechnung belegt einen zuverlässig fertigbaren Maskensteg.

Verwenden Sie bei abgerundeten, versetzten oder ungleichen Pads den tatsächlichen kürzesten Abstand. Eine Reihenberechnung kann einen kleineren diagonalen Abstand an einer Ecke übersehen. Prüfen Sie neben dem Abstand zwischen den Bauteilpads auch den maskenfreien Bereich um benachbarte Leiterbahnen.

Registrierung und Schwankungen der Öffnungsgröße getrennt betrachten

Für eine NSMD-Kante lautet eine konservative Freistellungsprüfung in einer Richtung:

Mindestfreistellung = nominelle Erweiterung − Registrierungsversatz zum Pad hin − nach innen gerichtete Abweichung der Öffnungskante − nach außen gerichtete Abweichung der Kupferkante.

Verwenden Sie begrenzte, mit dem Leiterplattenhersteller vereinbarte Toleranzen. Eine angegebene Toleranz für die gesamte Öffnungsbreite ist nicht automatisch eine Toleranz je Kante. Ebenso ist eine X/Y-Registrierungstoleranz nicht automatisch eine radiale Toleranz. Fragen Sie vor dem Zusammenführen der Terme nach dem Messbezug und danach, was die vom Lieferanten angegebene Fertigungsfähigkeit bereits einschließt; zählen Sie einen zusammengefassten Toleranzanteil nicht doppelt. Vergleichen Sie das berechnete Ergebnis mit der vereinbarten Mindestfreistellung im Endzustand, nicht lediglich mit null.

Eine gleichförmige Verschiebung der Maske verändert ihre Registrierung zum Kupfer, nicht jedoch den Abstand zwischen zwei Öffnungen, die sich gemeinsam verschieben. Schwankungen der Öffnungsgröße, lokale Verzerrungen und die Verarbeitung können den Steg selbst verändern. Ziehen Sie dieselbe globale Registrierungstoleranz nicht von der nominellen Stegbreite ab, als würde sie beide einander zugewandten Kanten unabhängig voneinander nach innen verschieben.

Führen Sie für SMD die ergänzende Prüfung durch: Die erforderliche Maskenüberdeckung muss trotz Versatz und Kantenabweichungen erhalten bleiben. Prüfen Sie außerdem die Lage der freiliegenden Öffnung relativ zum Bauteilanschluss. Ein Kupferpad kann teilweise bedeckt bleiben, während der vorgesehene Kontaktbereich aus seiner Sollposition wandert.

Ein schmaler gezeichneter Steg muss auch die Belichtung und Verarbeitung überstehen. der genannte Anbieter veröffentlicht unterschiedliche Maskenregeln für verschiedene Prozessbedingungen und weist darauf hin, dass zu kleine Maskensegmente bei der Datenaufbereitung entfernt werden können. Diese Angaben beschreiben den eigenen Service; sie sind weder allgemeingültige Mindestwerte noch Fähigkeiten von JASPER. Fordern Sie die vorgeschlagene Produktionsvorlage an, sobald das Entfernen oder Ändern von Abmessungen einen kritischen Footprint betrifft. [2]

Eng benachbarte Pads auf Lötbrücken- und Prüfrisiken untersuchen

Eng benachbarte Pads sollten als zusammenhängendes Geometrie-, Druck- und Prüfproblem betrachtet werden. Ein erhaltener Maskensteg kann nicht jedes Pasten- oder Platzierungsproblem ausgleichen, und eine gemeinsame Öffnung erzeugt nicht automatisch eine Lötbrücke. Legen Sie fest, welcher physische Zustand nachgewiesen werden muss, bevor Sie über Erhalt, Entfernung oder Neugestaltung eines Stegs entscheiden.

Vor der Bestückung: die gelieferte Begrenzung vergleichen

Prüfen Sie bei eingehenden unbestückten Leiterplatten an kritischen Stellen die tatsächliche Maske relativ zum Kupfer. Messen Sie die verbleibende Freistellung oder Überdeckung, identifizieren Sie unerwartet freiliegende Leiter und vergleichen Sie schmale Segmente mit der freigegebenen Vorlage. IPC-A-600 behandelt Maskenabdeckung, Registrierung und haftungsbezogene Zustände unbestückter Leiterplatten. Wenden Sie die in der Einkaufsspezifikation geforderten Kriterien an, statt aus einem CAD-Bildschirmfoto eine Sichtprüfregel abzuleiten. [7]

Dokumentieren Sie Koordinaten, Leiterplattenseite, Referenzbezeichnung und einen Maßstab zusammen mit dem Bild. Eine Nahaufnahme ohne diese Angaben erlaubt keine zuverlässige Unterscheidung zwischen einem lokalen Geometrieproblem und einer anderen Revision des Footprints. Vergleichen Sie mehrere relevante Stellen, wenn Sie beurteilen, ob eine Abweichung vereinzelt oder wiederholt auf der Leiterplatte auftritt.

Nach dem Druck: die Pastendepots getrennt untersuchen

Prüfen Sie bei einer Gruppenöffnung, ob die Schablone weiterhin die vorgesehenen getrennten Pastendepots erzeugt. Vergleichen Sie Pastenposition, Ausbreitung und Menge mit den Anforderungen des Bestückungsprozesses. der genannte Anbieter unterscheidet ausdrücklich zwischen Kundendaten für die Paste und an den Bestückungsprozess angepassten Schablonendaten. Dieser Ablauf verdeutlicht, warum eine freigegebene Maskenlage nicht als endgültiges Pastenprogramm behandelt werden sollte. [10]

Bewahren Sie bei der Untersuchung von Lötbrücken die Nachweise vor dem Reflow-Löten auf. Ein Bild nach dem Reflow-Löten allein kann weder zeigen, ob die Pastendepots bereits verbunden waren, noch ob die Leiterplatte mit einer unerwarteten Öffnung angeliefert wurde. Dokumentieren Sie zuerst die Beobachtung und überprüfen Sie anschließend den vermuteten Mechanismus.

Nach dem Reflow-Löten: das Verfahren an die zugängliche Verbindung anpassen

Verwenden Sie optische Prüfungen für zugängliche Merkmale und ein geeignetes Röntgenverfahren für Fragen zu verdeckten Lötverbindungen. Die Prüfrichtlinien für QFN/SON umfassen optische und Röntgenuntersuchungen, da ein großer Teil der Verbindung unter dem Gehäusekörper liegt. Auch die Anschlussausführung des Gehäuses ist relevant: Ein zurückgesetzter Anschluss und ein Anschluss mit benetzbarer Flanke zeigen nicht dieselbe sichtbare Lotkehle. [5]

Definieren Sie den Fehler und prüfen Sie, ob die Inspektion ihn unterscheiden kann. Brückenfreiheit belegt keine Benetzung einer verdeckten Grenzfläche. Klären Sie unklare Bilder vor der Entscheidung durch vereinbarte Zusatzprüfung. Mikroschliffe können der Prozessoptimierung dienen; dadurch werden sie nicht zur routinemäßigen Produktionsprüfung.

Lassen Sie ungeklärte Fragen zu verdeckten Lötverbindungen offen, statt eine klare Aufnahme der Oberseite als Bestätigung zu werten. Prüfen Sie die Akzeptanz anhand der tatsächlichen Anschlussgeometrie und der geltenden Anforderungen, nicht anhand der Erwartung, dass jedes Gehäuse identische seitliche Lotkehlen zeigen muss.

Maskendaten mit dem Anschlussflächenmuster des Gehäuses abgleichen

Maskendaten sind anhand der Empfehlung für das exakte Bauteilgehäuse und des vorgesehenen Fertigungsprozesses abzuklären. Prüfen Sie Bestellcode, Gehäusezeichnung, Revision des Footprints sowie Kupfer-, Masken- und Pastenlage gemeinsam. Weichen eine Anwendungsschrift für eine Bauteilfamilie und eine bauteilspezifische Zeichnung voneinander ab, legen Sie den Konflikt der Designverantwortung und dem Bauteillieferanten vor, statt stillschweigend die einfachere Geometrie zu wählen.

Empfehlungen vergleichen, ohne ihre Annahmen zu vermischen

Die folgenden Quellen zeigen, warum das Rastermaß allein keine Öffnungsstrategie bestimmen kann. Mit Öffnungsvergrößerung ist die gesamte Maßzunahme gemeint, sofern nicht ausdrücklich eine Freistellung je Seite genannt wird.

Diese Empfehlungen gelten für unterschiedliche Gehäuse- und Prozesskontexte. Ihre Unterschiede sollten zu einer dokumentierten Entscheidung führen, nicht zu einem gemittelten Rastergrenzwert. Eine vorgeschlagene Abweichung erfordert die tatsächliche Geometrie, die Begründung der Änderung und einen von den verantwortlichen Beteiligten akzeptierten Validierungsplan.

Freigegebene Daten und geltende Spezifikationen beherrschen

Bestätigen Sie, ob jede dargestellte Maskenform eine Öffnung repräsentiert. Prüfen Sie positive, null und negative Erweiterung als unterschiedliche CAD-Einstellungen: Sie vergrößern die nominelle Öffnung gegenüber dem Kupfer, gleichen sie an oder verkleinern sie. Keine davon ist eine eigenständige Fertigungsgarantie. Prüfen Sie die exportierte Geometrie einschließlich lokaler Überschreibungen, statt sich allein auf eine globale Einstellung zu verlassen. [9]

Verwenden Sie IPC-SM-840 für die einschlägigen Qualifikations- und Leistungsanforderungen an die Lötstoppmaske, IPC-A-600 für die Akzeptanz unbestückter Leiterplatten und IPC-A-610 für die visuelle Abnahme bestückter Produkte, soweit vertraglich gefordert. Legen Sie die geltende Revision und die Produktanforderungen im Freigabepaket fest. Diese Dokumente erfüllen unterschiedliche Zwecke; ein Abnahmekriterium für Baugruppen berechtigt nicht zur Änderung des Kundendesigns. 6 [8]

Geben Sie Kupfer, Maske, Paste, Fertigungshinweise und den genehmigten Ausnahmedatensatz als konsistenten Revisionsstand frei. Fordern Sie für jede vorgeschlagene CAM-Änderung, die die Padfreilegung verändert, Öffnungen zusammenführt oder benachbartes Kupfer freilegt, eine Vorher/Nachher-Überlagerung. Klären Sie die Abweichung, bevor ein Auftrag auf Grundlage einer nicht dokumentierten Auslegung fortgeführt wird.

Die Freigabe von Ausnahmen durch Leiterplattenfertigung und Bestückung dokumentieren

Eine Ausnahme von der Lötstoppmaskenvorgabe erfordert eine Designgenehmigung und die Zustimmung der für Herstellung und Prüfung verantwortlichen Parteien. Der Leiterplattenhersteller bestätigt den herstellbaren Maskenzustand; der Bestücker bewertet Druck und Ausbildung der Lötverbindungen; die Designverantwortung akzeptiert die geänderte Geometrie. Die Qualitätssicherung legt fest, wie die Konformität nachgewiesen wird. Verwenden Sie einen DFM-Kommentar des Lieferanten nicht als Ersatz für diese Entscheidung.

Ein Ausnahmedatensatz sollte die Leiterplattenrevision, betroffene Stellen, ursprünglichen und vorgeschlagenen Zustand, Begründung, Toleranzannahmen, Freigebende, Prüfanforderungen und Gültigkeit für künftige Aufträge benennen. Unterscheiden Sie eine Sonderfreigabe für ein einzelnes Los von einer dauerhaften Designrevision. Legen Sie die weitere Verwendung bereits gefertigter Leiterplatten fest, damit überholte und geänderte Konfigurationen nicht vermischt werden.

Die Freigabe umfasst zwei Stufen. Genehmigen Sie vor der Fertigung die Geometrie und den Verifikationsplan. Schließen Sie nach der Fertigung jede geforderte Validierung anhand der erfassten Ergebnisse ab. Die Zusage, später zu prüfen, ist kein Nachweis dafür, dass die entstandenen Leiterplatten oder Lötverbindungen bereits konform sind.

Die Prüfung auf fünf Bestückungssituationen anwenden

Die Lötstoppmaskenprüfung wird konkret umsetzbar, wenn für jede Situation eine bestimmte Frage, eine Nachweisanforderung und eine Freigabebedingung vorliegen. Ermitteln Sie anhand dieser fünf Anwendungssituationen, welche Entscheidung vor Freigabe oder Abnahme der betroffenen Leiterplatten erforderlich ist.

Ein QFN mit feinem Raster und nahezu aneinanderstoßenden Öffnungen

Berechnen Sie den verbleibenden Steg anhand der tatsächlichen Anschlussflächen und Öffnungsversätze. Lässt die Zeichnung keinen Platz für einen Steg, vergleichen Sie die für das Gehäuse vorgesehene Gruppenöffnungsoption mit einer zulässigen Änderung des Anschlussflächenmusters. Geben Sie erst frei, wenn Leiterplattenhersteller und Bestücker der endgültigen Begrenzung und dem Verifikationsplan zugestimmt haben; die Freistellung nur zum Beseitigen einer Warnung zu verkleinern, reicht nicht aus.

Ein DSBGA, bei dem die Maske eine Padseite überdeckt

Vergleichen Sie den gemessenen Maskenversatz mit freigegebener NSMD-Freistellung und Kupfermaßen. Prüfen Sie die erhaltene Padbegrenzung. Trennen Sie Fertigungsabweichung und ungeeigneten Nennentwurf vor einer Platzierungsanpassung. Ausgangspunkt sind die Land-Anforderungen des konkreten DSBGA-Gehäuses, keine allgemeine Maskenregel.

Eine QFN-Ecke neben einer Durchkontaktierung oder freiliegenden Leiterbahn

Überlagern Sie Öffnung, Nachbarkupfer und Gehäuseunterseite. Freiliegendes Metall nahe Pin 1 kann benachbarte Merkmale berühren; prüfen Sie, ob die Änderung dort Kupfer freilegt. Beziehen Sie den vereinbarten Via-Oberflächenzustand ein, ohne die gesamte Via-Struktur neu zu entwerfen.

Ein wiederverwendeter Footprint nach einem Wechsel des Leiterplattenlieferanten

Vergleichen Sie die Toleranzen der fertigen Merkmale und die CAM-Entscheidung des neuen Leiterplattenherstellers mit der vorherigen Freigabe. Fordern Sie eine ausdrückliche Bestätigung kritischer Stege, nicht lediglich ein Angebot auf Grundlage derselben Gerber-Dateien. Bewahren Sie lieferantenspezifische Prüfnachweise auf. Identische Eingangsvorlagen belegen keine identischen Zusagen zweier Fertigungsprozesse.

Eine nach der Bestückung gemeldete Lötbrücke

Sammeln Sie für dieselbe Stelle das Wareneingangsbild der Leiterplatte, Pastendrucknachweise, Platzierungsinformationen und die Prüfung nach dem Reflow-Löten. Listen Sie die Beobachtungen auf, bevor Sie eine Ursache auswählen. Wird eine Maskenentfernung als Mitursache vermutet, vergleichen Sie die freigegebene Vorlage mit der Leiterplatte; ist die Maske unverändert, untersuchen Sie die übrigen möglichen Prozessursachen, statt sie ohne Nachweis neu zu gestalten.

Häufig gestellte Fragen

Fragen zum Lötstoppmaskendesign für die Leiterplattenbestückung sind anhand des Gehäuses, der fertigen Geometrie und der Freigabeverantwortlichkeiten zu beantworten. Diese Antworten fassen die oben beschriebenen Prüfentscheidungen zusammen.

Nächster Schritt: ein Prüfpaket zur Lötverbindungsgeometrie einreichen

Ein Prüfpaket für die Lötstoppmaske sollte jede kritische Öffnung einem Bauteil, einer Zeichnungsrevision und einer Abnahmeentscheidung zuordenbar machen. Markieren Sie Stellen, an denen Padfreilegung, Stegerhaltung, Gruppenöffnungen oder benachbarte Durchkontaktierungen abgestimmt werden müssen. Fügen Sie die tatsächlich exportierten Kupfer-, Masken- und Pastenlagen bei, nicht nur Bildschirmfotos.

Reichen Sie für ein Projekt mit JASPER diese Dateien zusammen mit Ihrer Anfrage zu Dienstleistungen zur Leiterplattenbestückung ein und benennen Sie die vor der Freigabe erforderlichen Entscheidungen. Fordern Sie eine abgestimmte Antwort von Leiterplattenfertigung und Bestückung an, klären Sie Designausnahmen schriftlich und übernehmen Sie die freigegebene Geometrie in den Prüfplan für den ersten Fertigungslauf.