בעת תכנון וייצור מעגלים מודפסים (PCB), אחת השכבות החשובות אך המבלבלות ביותר היא מסיכת ההלחמה — המכונה גם solder stop mask או solder resist. בין אם אתם בתחילת הדרך ורוצים להבין מה תפקידה, ובין אם אתם מהנדסים מנוסים שמחדדים את תכן-לייצוריות (DFM), המדריך הזה יסביר את כל מה שצריך לדעת: מהי מסיכת הלחמה, למה היא חשובה, כללי התכן, חומרים וסוגים, תקלות נפוצות, וכיצד להגדיר דרישות ברורות ליצרן כדי להגיע לתוצאות אמינות וצפויות.
מהי מסיכת הלחמה?
בפשטות, מסיכת הלחמה היא שכבת פולימר דקה ומגינה שמצופה על פני ה-PCB, מכסה מוליכי נחושת ומונעת מצב שבו בדיל מותך יוצר גשרים או חיבורים בלתי מכוונים בין רגליים סמוכות בזמן ההרכבה. השכבה הזו מגינה גם מפני חמצון, פגעי סביבה וזיהומים.
בכלי ה-EDA ובקבצי Gerber/CAM, שכבות המסיכה מוגדרות כתמונה שלילית: האזורים שבהם אין מסיכה הם בדיוק המקומות שייחשפו — פדים או ויאס (Vias).
ברירת המחדל היא ירוק, אך ניתן לייצר לוחות גם באדום, כחול, שחור, לבן, צהוב וסגול.
למה מסיכת הלחמה חשובה?
למתחילים היא עשויה להיראות כמו “צבע ירוק”, אך בפועל יש לה תפקידים קריטיים:
1) מניעת גשרי בדיל וקצרים
בעת הלחמה הבדיל המותך זורם במסלול הקל ביותר. ללא מסיכה הוא עלול לגשר בין פדים/מסלולים סמוכים וליצור קצר. המסיכה מבודדת את פני הנחושת ושומרת את הבדיל על שטחי ההלחמה המיועדים בלבד.
2) הגנה מפני קורוזיה וחמצון
נחושת חשופה נוהגת להתחמצן בלחות ובאוויר, דבר שמקלקל את יכולת ההלחמה ומגדיל התנגדות. המסיכה חוצצת ומגנה.
3) הפחתת נזק סביבתי ומכני
היא מהווה מחסום פיזי: פחות שריטות, פחות חדירת רטיבות וזיהומים כימיים — ובכך פחות תקלות.
4) שיפור תפוקת ההרכבה
במיוחד בתהליכי Reflow או גל, המסיכה מנווטת את הבדיל לאזורים המתוכננים, מייצבת את התהליך ומעלה את התשואה.
סוגי מסיכות וחומרים
אין “מסיכת הלחמה אחת”. הבחירה תלויה ביישום ובדרישות התכן.
מרכיבי הפולימר
ברוב המסיכות תמצאו שילוב של:
- שרף (אפוקסי/פוליאוריטן/אקריל) כבסיס השכבה,
- מקשה ליצירת רשת פולימרית,
- ממלאים ופיגמנטים לשליטה בעובי ולצבע,
- רכיבים רגישי-UV לתהליך הפוטוליתוגרפיה.
פורמטים נפוצים
LPI – Liquid Photoimageable
תקן התעשייה כיום: מצופה כנוזל, נחשף ב-UV דרך מסכה ומפותח. מתאים למבנים עדינים ומורכבים; מספק היצמדות טובה וחדות גבוהה.
סרט יבש פוטורזיסט (Dry Film)
למינציה של סרט על הלוח. מעניק אחידות עובי מצוינת וקצוות חדים — טוב במיוחד לפיץ’ עדין ולצפיפות גבוהה, אך לרוב יקר יותר.
מסיכות אפוקסי נוזליות קלאסיות
חסכוניות אך מדויקות פחות מהפתרונות הצילומיים; מתאימות ללוחות פשוטים.
כללי תכן (DFM) למסיכת הלחמה
תכן נכון של המסיכה אינו עניין אסתטי בלבד — הוא קובע אם הלוח יהיה בר-ייצור והרכבה באופן אמין.
פתחים, מרווחים ו-Expansion — מושגים יסודיים
יש שלושה מושגים שכדאי לדייק:
- Solder Mask Opening (פתח מסיכה): אזור ללא מסיכה כדי לחשוף פד/וויה להלחמה.
- Clearance (מרווח): המרחק המזערי בין שפת המסיכה לתכונות הנחושת.
- Expansion (הרחבה): שינוי יזום של גודל הפתח כדי לפצות על סטיות ייצור/הזחה, או כדי להשיג הגדרת פד מסוימת (NSMD לעומת SMD).
איזון נכון בין הפרמטרים מונע זליגת בדיל בלתי רצויה ומבטיח שהמסיכה לא “תאכל” את הפד ותפגע בלחימות.
פדים מסוג NSMD לעומת SMD
למסיכה השפעה ישירה על סוג הפד:
- NSMD – Non-Solder-Mask-Defined: פתח המסיכה גדול מעט מהפד, כך שהבדיל מרטיב את כל הנחושת. נפוץ במיוחד ב-BGA עדין ומשפר אמינות חיבור.
- SMD – Solder-Mask-Defined: הפתח קטן מעט מהפד ושפת המסיכה חופפת לנחושת; מעניק תמיכה מכנית במקומות דחוסים, אך דורש בקרה טובה כדי לא להפריע לרטיבות.
הגדרות נכונות בכללי ה-CAD מפחיתות סיכונים בהרכבה ומונעות “תיקוני יופי” אצל היצרן.
מינימום “גשר מסיכה” (Web/Sliver)
Web/Sliver הוא רצועת מסיכה צרה בין פדים/מסלולים. הרחבה גדולה מדי או מרווחים קטנים מדי עלולים למחוק את הרצועה — ולהגדיל סיכוי לגשרי בדיל. שמרו על רוחב מינימלי כפי שמגדיר היצרן.
כללי DFM פרקטיים
- לרוב כדאי שפתחי המסיכה יהיו גדולים מעט מהפדים כדי שלא יכוסו בשגגה.
- הקפידו על מרווחי מסיכה-נחושת למניעת כשלים בידודיים.
- לפני שחרור קבצים, בדקו את יכולות היצרן — טולרנסים ורוחבי Web מינימליים משתנים מתהליך לתהליך.
צבע ואסתטיקה — האם יש משמעות?
חשמלית, הצבע לא משנה; תפעולית — כן:
- ירוק הוא ברירת המחדל: התנהגות טובה בחשיפה ל-UV, ניגודיות גבוהה לביקורת איכות ושרשרת אספקה בשלה.
- שחור/לבן נראים נהדר אך מקשים על בדיקה ו-Rework.
- אדום/כחול וכד’ שימושיים לזיהוי גרסאות או למיתוג.
בייצור המוני, בו הבדיקה והתשואה קריטיות, ירוק הוא לרוב הבחירה הפרקטית.
כיצד מוחלת מסיכת הלחמה?
תהליך תעשייתי טיפוסי (בקו כללי):
- הכנת הפנל — ניקוי והחספסת הנחושת לשיפור היצמדות.
- ציפוי — בציפוי וילון, בדפוס משי או בריסוס.
- ייבוש מוקדם (Pre-Bake) — התקשות חלקית לייצוב הציפוי.
- חשיפה ופתח — הגדרת הפתחים בעזרת UV ופיתוח.
- התקשות סופית — רשת פולימרית מלאה לעמידות מכנית/כימית.
ב-Dry Film או הדפסה ישירה פרטים משתנים, אך העיקרון הפוטוליתוגרפי דומה.
תקלות נפוצות ודרכי טיפול
גם בתכן נכון עלולות לצוץ בעיות בייצור או בהרכבה:
סטיית רישום (Misregistration)
אם המסיכה “זזה” ביחס לנחושת, היא עלולה לכסות חלק מהפד או להשאיר רווחים — תיווצר לוטבליות ירודה. כללי הרחבה/מרווח נכונים מפחיתים סיכון זה.
היעלמות רצועות מסיכה וגשרי בדיל
הרחבה גדולה מדי או מרווחים צרים מדי מוחקים את המסיכה בין הפדים; ההגנה נחלשת וגובר הסיכוי לגשרים.
זיהום וכשלי היצמדות
הכנה שטחית לקויה או התקשות לא מספקת יגרמו להתנפחות/התקלפות, ויחשפו נחושת.
מסיכות זמניות וניתנות לקילוף
במצבי הרכבה מסוימים משתמשים במסיכה זמנית/קלילה לקילוף כדי להגן על אזורים במהלך הלחמה או תיקון. היא אינה מחליפה את המסיכה הקבועה; זהו שכבת הגנה תהליכית שמסירים לאחר מכן.
איך להגדיר דרישות ברורות ליצרן?
כדי להימנע מעיכובים והנחות ברירת מחדל:
- הגדירו במפורש את סוג הפד (NSMD או SMD).
- ספקו ערכי Expansion/Clearance ברורים ב-Gerber או ב-Fabrication Notes.
- אשרו את רוחב ה-Web המינימלי לפי מגבלות ה-DFM של היצרן.
- הבהירו מראש צבע, גימור וכל דרישה למסיכה זמנית.
שאלות נפוצות
ש: מה ההבדל בין מסיכת הלחמה למסיכת משחה (Paste Mask)?
ת: מסיכת הלחמה היא שכבת הגנה קבועה על ה-PCB למניעת קצרים וקורוזיה; מסיכת משחה (Stensil) היא כלי זמני להנחת משחת בדיל בהרכבה.
ש: האם כל PCB חייב מסיכת הלחמה?
ת: בהרכבה אוטומטית מודרנית (Reflow/גל) — כמעט תמיד כן. בלוחות פשוטים להלחמה ידנית זה אפשרי ללא מסיכה, אך עדיין מומלץ.
ש: כמה Expansion או Clearance לבחור?
ת: אין מספר קסם אחד — זה תלוי ביצרן, בגודל הפד ובפיץ’. בפועל, 2–5 mil נפוצים, יחד עם Web מספיק כדי למנוע גשרים.
סיכום
מסיכת ההלחמה היא הרבה מעבר ל“צבע ירוק”: היא רכיב הגנתי ותפקודי מרכזי שמאפשר ייצור אמין וביצועים לאורך זמן. הבנה של תפקידה, תכן נכון, תהליך יישום מדויק וטיפול מושכל בתקלות — ישפרו משמעותית את איכות המוצר, התשואה והאמינות.
הצלחה מגיעה משילוב של החלטות תכן טובות, יישור DFM קפדני ותקשורת ברורה עם יצרן ה-PCB. עם בסיס כזה, המעגלים שלכם יהיו בנויים להחזיק מעמד.
