¿Qué valor de expansión de la máscara de soldadura debes utilizar en una PCB?

La máscara de soldadura cubre la PCB y proporciona una película protectora sobre el cobre de las capas superficiales. La máscara de soldadura debe retirarse de las almohadillas de la capa superficial para que quede una superficie sobre la que puedan montarse y soldarse los componentes. Esta extracción de la máscara de soldadura de una almohadilla de la capa superior debe extenderse a cierta distancia alrededor del borde de la almohadilla, creando almohadillas tipo NSMD o tipo SMD para los componentes.

¿Hasta dónde debe llegar la máscara de soldadura en la PCB para evitar que se produzca un defecto de montaje y, al mismo tiempo, asegurarte de que haya suficiente superficie de soldadura? Pues bien, como la norma son componentes cada vez más pequeños y disposiciones de mayor densidad, la expansión de la máscara de soldadura puede crear pequeños sobrantes de máscara (también llamados "slivers") que quedarían en la capa superficial. Llega un momento en el que la anchura mínima permitida de la máscara de soldadura y la expansión requerida de la misma pasan a entrar en conflicto, por lo que es posible que no puedas satisfacer ambas reglas simultáneamente.

Equilibrar la expansión de la máscara de soldadura y el sobrante (slivers)

El perímetro de la almohadilla vs. la tolerancia de errores de registro

Esta es la razón principal para aplicar un límite positivo a la máscara de soldadura a fin de conseguir una almohadilla no definida por la máscara de soldadura (NSMD, por sus siglas en inglés). La causa tiene que ver con el proceso de grabado del cobre. Como el grabado del cobre es un proceso químico "húmedo", en realidad es más preciso que la aplicación de la máscara de soldadura. Por lo tanto, para garantizar que toda la zona de la almohadilla quede siempre expuesta, aplicamos una expansión lo suficientemente grande para la máscara de soldadura alrededor de la almohadilla.

La menor precisión del proceso de aplicación de la capa resistente a la soldadura puede provocar errores de registro, en los que el límite de la máscara de soldadura no se ajuste exactamente a la posición definida en la disposición de la placa. Sin embargo, si la extensión de la máscara de soldadura de la PCB es lo suficientemente grande, compensará los errores de registro y la almohadilla podrá seguir siendo totalmente visible a través de la máscara de soldadura. La recomendación más conservadora que he visto para la máscara de soldadura es de 3 mils alrededor de la almohadilla, lo que compensaría un error de registro de aproximadamente 2 mils.

¿Qué ocurre si tus almohadillas ya son lo suficientemente grandes? En ese caso, podría estar justificado utilizar un valor de expansión más pequeño para la máscara de soldadura en la PCB. Así pues, si utilizas una expansión más pequeña con almohadillas más grandes, podrás estar seguro de que tendrás un área de almohadilla expuesta lo suficientemente grande, incluso si hay algún error de registro. En cualquier caso, también hay que tener en cuenta la necesidad de instalar diques de soldadura entre las almohadillas/vías adyacentes.

Tamaño mínimo del dique de soldadura

El tamaño mínimo del sobrante de la capa resistente a la soldadura limitará la expansión del límite de la máscara de soldadura que puedes aplicar para un paso específico entre terminales. Si el paso entre terminales es lo suficientemente grande, siempre se podrá extender la máscara de soldadura de la PCB sin preocuparse de tocar un borde del dique de soldadura. Cuando el paso entre terminales se reduce, o cuando los componentes se colocan muy juntos, es posible que se infrinja el tamaño mínimo de sobrante de la máscara de soldadura. En ese caso, deberás decidir si prefieres compensar el error de registro o asegurarte de que siempre haya algún dique de soldadura. Cuando se trata de componentes de paso fino, prefiero la segunda opción.

Dado que la trama de la máscara de soldadura debe ser de al menos 3 mils aproximadamente para adherirse a la superficie de un sustrato de PCB, por regla general podrás ajustar una expansión mínima de la máscara de soldadura alrededor de una almohadilla cuando el paso de esta sea de 20 mils o superior. Si se trata de conexiones internas (como las bolas interiores de un footprint de BGA), es mejor utilizar almohadillas SMD y colocar pequeños diques entre las almohadillas y las vías.

¿Debes dejar que lo decida el fabricante?

Si te limitas a establecer una regla de diseño general y aplicas una expansión de 0 mils o 1 mil para satisfacer tu requisito de densidad, puede ocurrir que el fabricante aplique un valor de expansión de la máscara de soldadura adicional. De ser así, es posible que no te lo diga; es de esperar que una empresa de fabricación lo haga para evitar errores de registro entre la máscara de soldadura y las almohadillas de la capa superficial.

Por mi parte, prefiero ajustar la máscara a 0 mils en la mayoría de los proyectos de PCB por dos razones:

1. A menos que se trate de un diseño de muy alta densidad, los footprints que utilizamos para la mayoría de los componentes tienen almohadillas lo suficientemente grandes como para que los errores de registro no reduzcan significativamente el área de soldadura de la almohadilla.
2. Yo sé que el fabricante aumentará el valor de la expansión de la máscara de soldadura porque trabajo con un número limitado de empresas de fabricación: conozco sus procesos y tendré la oportunidad de comprobar exactamente lo que quieren modificar cuando me envíen el informe DFM.

El punto n.º 2 pretende mostrarte por qué deberías tener una lista de tus empresas de fabricación y montaje favoritas a las que recurrir. Además, es importante que tengas claro cómo son sus respectivos procesos. Mi empresa cuenta con varios socios de fabricación que utilizamos exclusivamente para proyectos de clientes de bajo y medio volumen. Sabemos cuáles son sus expectativas y la respuesta que podemos recibir tras una primera revisión de DFM/DFA.

Si realmente quieres comunicar tus intenciones al fabricante, déjaselas muy claras en el plano de fabricación. Añade una nota al plano de fabricación indicando al fabricante que está autorizado a modificar las aberturas de la capa resistente a la soldadura dentro de un intervalo determinado (por ejemplo, +/-3 mils). Otra opción es especificar una tolerancia para la expansión de la máscara de soldadura de la PCB y, a continuación, indicar un ancho mínimo para el sobrante. Ten en cuenta que podrían devolverte la placa si la tolerancia es demasiado estricta, en cuyo caso tendrás que relajar tu requisito de tolerancia.

Una vez determinada la expansión mínima de la máscara de soldadura de la PCB y del sobrante que necesitas para evitar problemas en el montaje, utiliza las herramientas CAD de Altium Designer® para definir los patrones de tierra y los footprints. Tú y tu equipo podréis mantener la productividad y colaborar eficazmente en diseños de electrónica avanzada a través de la plataforma Altium 365™. Todo lo que necesitas para diseñar y producir electrónica avanzada se encuentra en un único paquete de software.

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