1. 从一块被绿油盖住的焊盘说起如果你在AD20里画完板子、导出Gerber、发给板厂回来焊接时发现某个电阻的焊盘上盖了一层绿油烙铁怼上去锡根本不沾只能拿刀片刮——恭喜你你踩中了Solder Mask Expansion这个坑。这不是板厂的问题十有八九是你自己在设计端没把阻焊开窗的规则设对。Solder Mask Expansion中文一般叫阻焊层扩展量或阻焊开窗补偿是PCB设计中一个看起来不起眼、但直接决定板子能不能焊的参数。它的作用简单说就是焊盘本身是铜但铜上面要盖一层阻焊油就是那层绿油/黑油/蓝油为了让焊盘露出来能上锡阻焊层上必须开一个比焊盘稍大的窗口。这个稍大到底大多少就是Expansion值。设小了油可能溢到焊盘上导致焊接不良设大了相邻焊盘之间的阻焊桥Solder Mask Bridge可能断掉回流焊时容易连锡。这篇内容面向的是已经会用AD20画板、但对制造工艺参数还没完全吃透的工程师也适合那些被板厂反馈阻焊开窗有问题、想搞清楚背后逻辑的人。我会把AD20里跟Solder Mask Expansion相关的规则设置、全局修改方法、过孔盖油与开窗的取舍、以及导出Gerber前必须检查的几个点按我实际做项目的顺序讲清楚。关键词里提到的AD20、PCB设计、Solder Mask Expansion、焊盘、过孔都会落到具体操作上不讲空理论。先说一个我自己的教训。早年做一块密度比较高的板子QFN封装引脚间距0.4mm我图省事用了AD默认的规则全局Expansion设了4mil。结果板厂做出来之后QFN引脚之间几乎连成一片因为4mil的扩展让相邻开窗几乎挨上阻焊桥最窄处不到2mil板厂工艺做不到就给我把桥去掉了。那次返工让我明白Expansion这个值不是拍脑袋定的它跟你的焊盘间距、板厂的工艺能力、甚至铜厚都有关系。2. Solder Mask Expansion在AD20里到底是怎么起作用的2.1 阻焊层、开窗与焊盘的三角关系要理解Expansion得先理清AD20里几个层的概念。你在PCB编辑器里看到的焊盘Pad本质是顶层或底层的铜箔图形。而阻焊层Top Solder Mask / Bottom Solder Mask是一个负片概念——你在这一层上画的东西代表的是这里不要盖油也就是开窗区域。AD20默认的显示逻辑是你在Top Solder Mask层看到的图形就是开窗的形状。而这个形状怎么来的对于焊盘来说AD会根据你设定的Expansion值自动在焊盘外形基础上向外扩一圈生成阻焊开窗图形。也就是说你不需要手动去Solder Mask层画开窗软件帮你算了。这里有个容易混淆的点阻焊开窗的尺寸 焊盘尺寸 2 × Expansion。注意是两边各扩一个Expansion所以总增量是两倍。比如一个1mm × 0.5mm的矩形焊盘Expansion设0.1mm那么开窗就是1.2mm × 0.7mm。很多人第一次算的时候只加了一边导致实际开窗比预期小。提示AD20里Expansion的单位跟随你的当前单位设置。如果你习惯用mil就在规则里用mil用mm就用mm。混用容易出错建议整个项目统一。2.2 全局规则与局部覆盖的优先级AD20的Solder Mask Expansion是通过Design - Rules里的Mask规则来管理的。具体路径是Design Rules - Manufacturing - Solder Mask Expansion。这里你可以设一个全局的默认值也可以针对特定对象比如某个封装、某个网络、某个区域设不同的值。规则系统是分优先级的。AD20里每条规则都有一个Where the First Object Matches的适用范围你可以用Query语句来限定。比如你可以写HasFootprint(QFN-24)来只针对这个封装设一个更小的Expansion。优先级高的规则会覆盖优先级低的。默认情况下全局规则优先级最低你新建的针对性规则优先级更高。我一般的做法是全局规则设一个保守值比如2mil或0.05mm然后针对细间距器件单独设更小的值。这样既保证大部分焊盘有足够的开窗又不会让密脚器件连锡。这个思路跟默认安全、特殊处理的工程原则是一致的。2.3 不同焊盘形状下的扩展表现AD20支持多种焊盘形状圆形、矩形、八角形、圆角矩形等。Expansion的扩展方式在不同形状下表现不一样。圆形焊盘扩展后还是圆形矩形焊盘扩展后还是矩形直角保持直角圆角矩形扩展后圆角半径会相应增大。这里有个细节如果你用的是自定义形状焊盘Custom Pad比如用多个Region拼出来的异形焊盘Expansion的扩展逻辑可能会让你意外。AD20对自定义焊盘的阻焊开窗处理有时候不是简单的外扩而是基于焊盘的边界框或者实际轮廓来计算。我遇到过用自定义焊盘做长圆形Oblong连接器引脚时开窗形状跟预期不符的情况。解决办法是手动在Solder Mask层画开窗图形然后把该焊盘的Expansion规则设成0避免软件自动生成。3. 全局批量修改Solder Mask Expansion的几种实操路径3.1 通过Design Rules统一设置最正规的做法是在Design Rules里改。打开PCB Rules and Constraints Editor找到Manufacturing下面的Solder Mask Expansion。双击打开后你会看到一个表格里面列出了当前所有生效的Expansion规则。默认只有一条全局规则Expansion值通常是4milAD20的默认值不同版本可能略有差异。你可以直接修改这条全局规则的Expansion值。改完之后点ApplyAD会立即重新计算所有焊盘的阻焊开窗。这个过程在大板子上可能需要几秒钟因为软件要遍历所有焊盘重新生成图形。我建议在改之前先确认一下当前值是多少。有些从旧项目拷贝过来的板子规则可能被改过你以为是默认值其实不是。养成改规则前先看一眼的习惯能省掉很多莫名其妙的返工。3.2 用PCB Filter Inspector批量改焊盘属性有时候你不想改规则而是想直接改焊盘本身的Solder Mask Expansion属性。AD20允许每个焊盘单独设置Expansion这个设置会覆盖规则里的值。操作方法是打开PCB Filter面板输入筛选语句比如IsPad筛选所有焊盘然后打开PCB Inspector面板在Solder Mask Expansion栏里填入你想要的值。这个方法的优点是精准你可以只改选中的焊盘。缺点是如果焊盘数量多逐个改很累。不过配合Filter的Query语句你可以批量选中某一类焊盘比如IsPad And HasFootprint(0402)然后一次性改掉。注意焊盘属性里的Expansion如果设了非零值会覆盖规则。如果你后来想恢复成规则控制需要把这个值清空或者设成规则里的值。这个覆盖关系很多人会忘导致改了规则但焊盘没变化。3.3 全局修改过孔的阻焊开窗过孔Via的阻焊处理跟焊盘不太一样。过孔默认是盖油的Tented也就是阻焊层不开窗油直接盖在过孔上。但有时候你需要过孔开窗比如要做测试点或者过孔需要散热这时候就要改过孔的Solder Mask Expansion。在AD20里过孔的盖油/开窗是通过Design Rules里的Solder Mask Expansion规则加上过孔的Tenting属性共同控制的。具体来说如果过孔的Tenting属性设为Top Bottom Tented那么无论Expansion规则怎么设过孔都不会开窗。如果设为Not Tented那么Expansion规则就会对过孔生效。批量改过孔盖油状态的方法用PCB Filter选中IsVia然后在Inspector里改Tenting属性。或者用Find Similar Objects选中一个过孔把Tenting作为匹配条件然后全局改。我个人的经验是电源过孔和地过孔一般盖油避免短路和氧化测试点过孔开窗方便探针接触。这个取舍要在设计初期就定好后期改起来虽然不难但容易漏。4. 细间距器件与阻焊桥Expansion值到底设多少才安全4.1 阻焊桥的宽度计算与工艺极限阻焊桥是两个相邻开窗之间保留的那条阻焊油。它的宽度 焊盘间距 - 焊盘宽度 - 2 × Expansion。举个例子两个相邻焊盘中心间距0.5mm焊盘宽度0.25mmExpansion设0.05mm。那么开窗宽度 0.25 2×0.05 0.35mm。两个开窗之间的间隙 0.5 - 0.35 0.15mm。这个0.15mm就是阻焊桥的宽度。板厂能做到多窄的阻焊桥这取决于他们的工艺能力。一般FR-4板子阻焊桥最小宽度在4mil约0.1mm左右有些工艺好的厂能做到3mil。低于这个值板厂要么把桥去掉导致开窗连成一片要么告诉你做不了。所以你在设Expansion的时候要先算一下你的最密间距处阻焊桥还剩多少。如果算下来小于板厂的最小值就得减小Expansion或者跟板厂确认他们的极限。4.2 不同封装的Expansion推荐值根据我这些年跟板厂打交道的经验下面这张表可以作为起步参考。注意这只是参考具体还要结合你的板厂工艺和实际焊接效果调整。封装类型最小间距推荐Expansion阻焊桥余量0402电阻电容0.5mm0.05mm (2mil)约0.15mm0603电阻电容0.8mm0.05-0.1mm约0.3mmQFN 0.5mm pitch0.5mm0.05mm约0.15mmQFN 0.4mm pitch0.4mm0.04mm约0.12mmQFN 0.35mm pitch0.35mm0.03mm约0.09mmSOP 1.27mm pitch1.27mm0.1mm (4mil)约0.8mmBGA 0.8mm pitch0.8mm0.05mm约0.5mm从表里能看出来间距越小Expansion越要收紧。0.35mm pitch的QFNExpansion只能给到0.03mm左右再大阻焊桥就没了。这种时候有些工程师会选择开窗连成一条的设计也就是故意不要阻焊桥靠钢网和锡量控制来避免连锡。这个做法有风险但对某些超密器件是无奈之举。4.3 过孔盖油与开窗的取舍逻辑过孔的处理跟焊盘不同。过孔盖油的好处是防止焊接时锡从过孔流走尤其是回流焊时、防止过孔氧化、外观整洁。坏处是如果过孔需要散热盖油会影响散热效果如果过孔要做测试点盖油就没法测。我的做法是分三类处理普通信号过孔全部盖油Expansion规则对它们不生效Tenting设为Tented。电源和地过孔如果电流大、需要散热开窗否则盖油。测试点过孔开窗并且开窗尺寸要比过孔大一些方便探针接触。在AD20里你可以用Design Rules里的Solder Mask Expansion规则配合Query语句来区分。比如写IsVia And (Net VCC Or Net GND)然后给这条规则设一个Expansion值同时把这些过孔的Tenting属性设为Not Tented。这样电源地过孔开窗其他过孔盖油。5. 导出Gerber前必须检查的阻焊相关项5.1 阻焊层Gerber的正确导出设置AD20导出Gerber的路径是File - Fabrication Outputs - Gerber Files。在Layers选项卡里你要确保Top Solder Mask和Bottom Solder Mask被勾选。在Advanced选项卡里有个Suppress Pads选项这个选项跟阻焊层有关一般不要勾否则可能影响开窗图形的生成。导出之后我强烈建议用Gerber查看软件比如免费的GC-Prevue或者板厂提供的在线查看工具打开检查一遍。重点看阻焊层的开窗是否跟焊盘对齐有没有哪个焊盘被漏掉有没有不该开窗的地方开了窗。提示有些板厂会要求你把阻焊层做成负片或者正片AD20默认导出的是正片画的就是开窗区域。如果你不确定直接问板厂要他们的Gerber要求别自己猜。5.2 用3D视图快速目检阻焊效果AD20的3D视图按快捷键3可以直观地看到阻焊层的效果。在3D视图里焊盘是亮金属色阻焊油是板子颜色绿色/蓝色等。你可以旋转板子看每个焊盘是否都露出来了过孔是否按预期盖油或开窗。这个方法特别适合快速检查有没有漏开窗的焊盘。我每次导出Gerber前都会花两分钟转一圈3D视图比逐个看Gerber快得多。不过3D视图的渲染有时候跟实际工艺有差异比如阻焊桥在3D里可能看不清楚所以它只能作为初步检查不能替代Gerber检查。5.3 跟板厂沟通阻焊桥要求的实战话术跟板厂沟通的时候不要只说帮我做阻焊桥要说清楚你的最小阻焊桥宽度是多少以及如果做不到他们的处理方式是什么。比如你可以这样问我这块板子最密处阻焊桥约0.12mm你们能做到吗如果做不到是帮我去掉桥还是调整开窗板厂的工程会给你反馈。有些厂会直接告诉你他们的极限值有些厂会建议你改设计。我遇到过板厂主动帮我把Expansion调小的情况但那是运气好。大多数时候板厂只会按你给的文件做出了问题还是你的责任。所以设计端把参数设对比事后扯皮重要得多。6. 几个我踩过的坑和对应的解法6.1 改了规则但焊盘没变化这个坑我踩过不止一次。原因通常是焊盘本身的Expansion属性被单独设过值覆盖了规则。AD20里焊盘的Solder Mask Expansion属性如果非零就优先于规则。解决办法是选中所有焊盘在Inspector里把Expansion值清空或者设成跟规则一致的值让规则重新生效。还有一种可能是规则优先级问题。你新建的规则如果优先级低于全局规则就不会生效。在Design Rules里可以调整规则的优先级顺序把针对性规则往上移。6.2 过孔盖油了但Gerber里还有开窗这个问题的根源往往是过孔的Tenting属性跟Expansion规则冲突。如果过孔设了Tented但Expansion规则又对过孔生效了AD20在某些版本里会生成开窗图形。解决办法是确保Tented的过孔其Expansion规则不适用。你可以把全局Expansion规则的适用范围限定为IsPad这样过孔就不会被规则影响。6.3 板厂反馈阻焊开窗偏移开窗偏移通常是Gerber导出时的对齐问题。检查一下你的Gerber文件里阻焊层和线路层是否用同一个原点。AD20导出Gerber时默认所有层用同一个原点但如果你手动改过某一层的原点就可能偏移。另外有些板厂会自己做开窗补偿如果你已经在设计里加了Expansion板厂再加一次就会导致开窗过大。这种情况要提前跟板厂确认你们的Gerber是开窗即最终尺寸还是板厂会再加补偿。6.4 细间距器件开窗连成一片这就是前面说的阻焊桥断掉的问题。除了减小Expansion还有一个办法是跟板厂确认他们能不能做阻焊桥保留工艺。有些板厂用LDI激光直接成像曝光能做更细的桥。如果板厂说做不到你就只能接受开窗连片然后在钢网设计上做文章——比如减小钢网开孔、用阶梯钢网等靠锡量控制来避免连锡。7. 关于Expansion值的一些个人体会做了这么多年板子我对Solder Mask Expansion的态度是宁可保守不要激进。全局默认值我一般设2mil到4mil之间细间距器件单独收紧。每次改完规则一定用3D视图和Gerber查看软件双重确认。跟新板厂合作时第一批板子一定会特别关注阻焊效果哪怕多花点时间也要把参数摸清楚。还有一个习惯我会在PCB文件里留一个说明文档层比如Mechanical层写上这块板子的阻焊桥最小宽度、过孔盖油策略、以及板厂需要特别注意的地方。这样即使项目转手给别人或者过几个月自己再看也能快速回忆起当时的設計意图。这个习惯看起来麻烦但省下的沟通成本远超那几分钟的记录时间。最后说一个容易被忽略的点Solder Mask Expansion不仅影响焊接还影响板子的外观和绝缘性能。开窗太大的地方铜箔暴露多如果环境潮湿或者有污染物可能影响绝缘。所以不是所有地方都越大越好该盖油的地方要盖住该开窗的地方要开够这个平衡点就是Expansion值要解决的问题。