PCB-Lötstoppmaske spezifizieren: Designregeln und DFM

Lötstoppmaske ist eine dauerhafte Polymerbeschichtung, die den Großteil einer Leiterplatte bedeckt und Pads sowie ausgewählte Strukturen freilässt. Eine gute Spezifikation geht über die Wahl zwischen Grün und Schwarz hinaus. Sie legt freizuhaltendes Kupfer, Registrierungstoleranzen, erforderliche Maskenstege, die Via-Behandlung und die anzuwendende Leistungsnorm fest.

Dieser Leitfaden übersetzt die Anforderungen in praktische Designregeln und Fertigungsnotizen. Konkrete Mindestwerte hängen weiterhin von Material, Belichtungsanlage, Kupferdicke und Registrierungsfähigkeit des Herstellers ab. Nutzen Sie die Angaben als Rahmen für einen vom Fertiger freigegebenen Regelsatz, nicht als universelle Fähigkeitstabelle.

Aufgaben der Lötstoppmaske#

Die Maske begrenzt die benetzbaren Bereiche beim Löten, schützt Leiter vor Handhabung und Verunreinigung und isoliert freiliegende Strukturen elektrisch gegeneinander. Das IPC Solder Mask Handbook nennt außerdem den Schutz von Laminat, Bohrungen und Leiterbahnen bei Fertigung, Bestückung und Betrieb.

Sie ist nicht mit einer Schutzlackierung der Baugruppe gleichzusetzen. Lötstoppmaske wird während der Leiterplattenfertigung aufgebracht und bleibt Teil der PCB. Conformal Coating wird üblicherweise nach der Bestückung aufgetragen, um Bauteile und freiliegende Leiter zu schützen. Beides ersetzt weder vorgeschriebene Kriech- und Luftstrecken noch eine erforderliche Abdichtung gegen Umwelteinflüsse.

Lötstoppmasken und Abdeckmaterialien#

Typ	Typischer Einsatz	Auswirkung auf das Design
Flüssig-photoimageable Maske (LPI)	Die meisten starren und mehrlagigen Leiterplatten	Ermöglicht bei beherrschtem Prozess feine Öffnungen und präzise Strukturierung
Photoimageable Trockenfilm	Ausgewählte Feinleiter- oder Spezialprozesse	Filmdicke und Laminierung beeinflussen die Abdeckung des Kupferreliefs
Flexible Lötstoppmaske	Dynamische oder biegsame Bereiche von Flexschaltungen	Material muss für Biegung qualifiziert sein; starre Masken können reißen
Coverlay	Konventionelle Flexschaltungen	Mechanisch erzeugte Öffnungen benötigen größere Toleranzen als fotostrukturierte Masken
Spezialmaske	Hohe Temperaturen, Hochspannung, optische oder chemische Umgebungen	Qualifikation und anwendungsspezifische Prüfungen vor Freigabe vereinbaren

Bei gewöhnlichen starren Leiterplatten wird meist LPI vorausgesetzt. Zeichnungen sollten dennoch Qualifikation, Farbe und Oberflächenausführung nennen. Bei Flex- und Starrflexdesigns sind flexible Lötstoppmaske und Coverlay zu unterscheiden und Biegezonen auszuweisen.

IPC-SM-840 und Leiterplattenabnahme#

IPC-SM-840 ist die Qualifikations- und Leistungsspezifikation für permanente Lötstoppmasken und flexible Abdeckmaterialien. Der aktuelle IPC-Normenstatus führt Revision F. Die Norm behandelt Material und Leistungssystem, definiert jedoch nicht automatisch jede Padöffnung oder Artwork-Toleranz Ihrer Leiterplatte.

Für die Abnahme gelten zusätzlich die einschlägige Leiterplatten-Leistungsspezifikation, Fertigungszeichnung und vereinbarte Klasse. Eine sinnvolle Notiz nennt die Materialqualifikation und definiert separat Artwork, Registrierung, Abdeckung und Sichtprüfung. „IPC Class 2 solder mask“ allein spezifiziert die Beschichtung nicht vollständig.

Bei hochzuverlässigen, Hochspannungs-, Medizin-, Automobil- oder rauen Umgebungsanwendungen ist zu klären, ob zusätzliche Prüfungen zu Haftung, Isolationswiderstand, Chemikalienbeständigkeit, Temperaturwechsel oder elektrochemischer Migration nötig sind. IPC-HDBK-840 erläutert, weshalb nicht jede anwendungsspezifische Eigenschaft zur allgemeinen Materialqualifikation gehört.

Lötstoppmasken-Erweiterung#

Die Erweiterung beschreibt den Versatz zwischen Kupferpadkante und Maskenöffnung. Bei positivem Wert ist die Öffnung größer als das Pad. Negative Erweiterung lässt die Maske das Kupfer überlappen und wird nur für gezielt maskendefinierte Pads oder Sonderstrukturen verwendet.

Positive Erweiterung gleicht Registrierungsfehler aus, damit keine Maske auf das lötbare Pad ragt. Der Wert muss Belichtungs- und Lage-zu-Lage-Toleranzen abdecken und zugleich genügend Maske zwischen benachbarten Pads erhalten.

Legen Sie die Erweiterung in CAD nach Padklasse oder Bauteiltyp fest. Wenden Sie einen übernommenen Standardwert nicht ungeprüft auf BGAs, Steckverbinder, Testpunkte und große mechanische Pads an. Altium führt sie beispielsweise als Fertigungsregel, deren Geltungsbereich auf ausgewählte Pads oder Bauteilklassen begrenzt werden kann.

Maskendefinierte und nicht maskendefinierte Pads#

Nicht maskendefinierte Pads

Bei NSMD-Pads ist die Maskenöffnung größer als das Kupferland. Die Kupferkante bestimmt die lötbare Fläche. NSMD ist bei BGAs verbreitet: Lot kann Oberseite und Seitenflächen benetzen, während der Ätzprozess die Kupferabmessungen bestimmt.

Maskendefinierte Pads

Bei SMD-Pads überlappt die Maske das Kupfer; ihre Öffnung legt die freiliegende Fläche fest. Das kann mechanisch empfindliche Pads halten oder einer bestimmten Gehäuseempfehlung entsprechen. Maskenregistrierung und Haftung werden dadurch jedoch kritischer.

Befolgen Sie die Landpattern-Vorgaben des Bauteilherstellers und die Prozessempfehlung des Bestückers. SMD- und NSMD-Pads ohne dokumentierten Grund innerhalb eines BGA zu mischen kann uneinheitliche Lotvolumen und Verbindungsgeometrien erzeugen.

Minimaler Lötstoppsteg#

Der Maskensteg, auch Web oder Sliver, ist der Streifen zwischen zwei benachbarten Öffnungen. Ist er schmaler als reproduzierbar herstellbar, kann er sich ablösen oder bei der Datenaufbereitung entfernt werden. Dann verschmelzen Öffnungen, die im Design getrennt bleiben sollten.

Fragen Sie nach zwei getrennten Werten:

Minimal herstellbarer Steg: der schmalste Streifen, der strukturiert werden kann und den Prozess übersteht.
Minimal garantierter fertiger Steg: die nach Registrierungs- und Prozesstoleranzen verbleibende Breite.

Diese Werte sind nicht austauschbar. Bei Fine-Pitch-BGAs kann eine gemeinsame Öffnung vorgesehen werden, wenn einzelne Stege nicht garantiert werden können. Entscheiden Sie das vor der Freigabe, damit Pastendesign, Prüfung und Brückenrisiko gemeinsam bewertet werden.

Registrierung und Abstand zwischen Maske und Kupfer#

Registrierung bezeichnet die Ausrichtung der strukturierten Maske zu Kupfermuster und Bohrungen. Besonders kritisch sind kleine Öffnungen um kleine Pads oder Öffnungen nahe einer fremden Leiterbahn.

Die DFM-Prüfung muss beide Richtungen der Toleranzkette berücksichtigen. Auch bei maximalem Versatz darf die Öffnung das Funktionspad nicht bedecken; bei entgegengesetztem Versatz darf sie kein benachbartes Kupfer freilegen. Für sehr feine Strukturen sind reale Pad-, Öffnungs-, Abstands- und Registrierungsvorgaben hilfreicher als allein ein nomineller Erweiterungswert.

IPC-Unterlagen zu ultradünnen Testgehäusen weisen auf die kritische Registrierung bei Lands mit 0,4 mm Raster hin und darauf, dass die Maske die vorgesehene Landoberfläche nicht überdecken darf. Fine-Pitch-Abnahmebedingungen müssen deshalb zum nachgewiesenen Prozess des gewählten Fertigers passen.

Vias: überdeckt, verschlossen, verfüllt oder offen#

Ein umgangssprachlich „abgedecktes“ Via kann unterschiedliche Strukturen meinen. Verwenden Sie eindeutige Begriffe und Zeichnungsnotizen:

Tenting: Lötstoppmaske überspannt die Via-Öffnung auf einer oder beiden Seiten.
Plugging: Die Bohrung wird mit einem definierten Material oder Verfahren gefüllt beziehungsweise verschlossen.
Filled and capped: Das Via wird verfüllt, eingeebnet und überkupfert, etwa für Via-in-Pad.
Offen: Eine Maskenöffnung macht Pad oder Bohrung für Prüfung, Löten oder thermische Verbindung zugänglich.

Tenting allein dichtet große Löcher unter Umständen nicht zuverlässig ab; eingeschlossene Prozesschemie kann ebenfalls problematisch sein. Verlassen Sie sich bei Via-in-Pad nicht auf Lötstoppmaske gegen Lotabfluss, sondern spezifizieren Sie ein qualifiziertes Füll- und Überkupferungsverfahren. Prüfen Sie die fertigen Daten im Online-Gerber-Viewer und gleichen Sie sie mit der Bohrtabelle ab.

Öffnungen für Testpunkte, Steckverbinder und Mechanik#

Legen Sie elektrisch zu kontaktierende Testpunkte frei und lassen Sie auch nach Registrierungstoleranz genügend ebene Metallfläche für Prüfspitzen. Liegt ein Testpad nahe an einer Leiterbahn, vergrößern Sie den Kupferabstand, statt die Maske als einzige Isolationsbarriere vorauszusetzen.

Kantenstecker und Goldfinger benötigen einen kontrollierten Maskenrückzug, damit Kontaktflächen sauber bleiben und das Anfasen nicht behindert wird. Mechanische Pads, Gehäusekontakte und Schirmlands brauchen ebenfalls gezielte Öffnungen. Befestigungsbohrungen werden abhängig von Erdung, Lötung, Metallisierung oder Isolation freigelegt oder abgedeckt.

Bei Selektiv- oder Handlötsteckverbindern muss der Maskenabstand zum Bestückungsprozess passen. Zu große Öffnungen können benachbartes Kupfer freilegen und Brücken fördern; zu enge Öffnungen beeinträchtigen die Benetzung oder hinterlassen ausgehärtete Maske am Padrand.

Farbe, Oberfläche und optische Prüfung#

Grün ist verbreitet, weil viele Fertiger dafür ausgereifte Prozesse und Prüfeinstellungen haben. Andere Farben können bei Markenwirkung oder optischen Anforderungen sinnvoll sein. Farbe beeinflusst Kontrast, Deckkraft und teilweise die herstellbaren Strukturgrößen. Schwarz und Weiß können schwieriger zu prüfen sein; Weiß kann sich bei wiederholter Erwärmung verfärben.

Gehen Sie nicht davon aus, dass alle Farben dieselben Stegbreiten, Registrierungsmöglichkeiten oder Lieferzeiten bieten. Bei wichtigen optischen Anforderungen sind Farbreferenz oder Freigabemuster und zulässige Abweichungen festzulegen. Unser Leitfaden zu schwarzen Leiterplatten behandelt die speziellen Prüf- und Materialabwägungen schwarzer Masken.

Auch „matt“ und „glänzend“ werden je nach Lieferant unterschiedlich verwendet. Behandeln Sie das Finish als vereinbartes Fertigungsmerkmal, nicht als universell normierte optische Güteklasse.

Maskendicke und Kupfertopografie#

Die fertige Maskendicke ist nicht vollkommen gleichmäßig. Über Laminat, Leiterbahnkanten und hohen Kupferstrukturen kann sie variieren, weil flüssiges Material über eine dreidimensionale Oberfläche fließt und dort aushärtet. Dickkupfer erschwert die Abdeckung an Leiterkanten und zwischen dicht benachbarten Bahnen.

Wenn eine Mindestisolationsdicke wichtig ist, nennen Sie Ort und Messverfahren. Eine pauschale Nenndicke ohne Messposition ist mehrdeutig. Bestätigen Sie, dass Maske und Beschichtungsprozess für die freigegebene Kupferdicke qualifiziert sind.

Die Maskendicke darf nicht die einzige Größe zur Beherrschung sicherheitsrelevanter Isolation sein. Kriech- und Luftstrecken müssen Sicherheitsnorm, Verschmutzungsgrad, Spannung, Materialgruppe und Beschichtungsqualifikation berücksichtigen.

Häufige Maskenfehler#

Fehler	Mögliche Folge	Vorbeugung oder Kontrolle
Maske auf dem Pad	Verringerte Lötbarkeit oder Kontaktfläche	Korrekte Erweiterung und bestätigte Registrierungstoleranz
Freigelegtes Nachbarkupfer	Brücken-, Korrosions- oder Isolationsrisiko	Abstand erhöhen oder Öffnung innerhalb der Prozessfähigkeit verkleinern
Fehlender Maskensteg	Zusammenlaufende Öffnungen und erhöhtes Brückenrisiko	Garantierte Stegbreite einhalten oder gemeinsame Öffnung freigeben
Blasen oder Ablösung	Mangelnde Haftung, Verschmutzung oder unzureichende Aushärtung	Qualifizierte Reinigung, Belichtung und Aushärtung
Poren und Fehlstellen	Lokale Kupferfreilegung	Beschichtung, Sauberkeit und Prüfkriterien beherrschen
Risse an Leiterbahnkanten	Schutzverlust, besonders bei Dickkupfer	Geeignetes Material, ausreichende Abdeckung und validierte Aushärtung
Gerissenes Via-Tent	Unerwartet offene Bohrung oder eingeschlossene Rückstände	Bohrungsgröße an Tenting-Fähigkeit anpassen oder Plugging vorgeben

Angaben in den Fertigungsdaten#

Exportieren Sie getrennte obere und untere Maskenlagen mit eindeutiger Polarität. Im üblichen Gerber-Ablauf stehen gezeichnete Strukturen meist für Öffnungen; Dateinamen und Jobinformationen sollten jeden Zweifel ausschließen. Maskenvorgaben gehören in die kontrollierte Fertigungszeichnung und README, nicht nur in Dateinamen.

Praktische Fertigungsnotizen sollten festlegen:

erforderlichen Maskentyp, Farbe und Finish;
Qualifikation nach festgelegter IPC-SM-840-Ausgabe oder freigegebenem Äquivalent;
ob Artwork für die Fertigung verändert werden darf und wann eine Freigabe nötig ist;
garantierte Mindeststegbreite und kritische Registrierungsvorgaben;
besondere SMD- oder NSMD-Landanforderungen;
Tenting-, Plugging-, Füll- und Capping-Vorgaben je Via-Klasse;
maskenfreie Bereiche, etwa Kontakte, Testpunkte und Werkzeugstrukturen;
zusätzliche Anforderungen an Dicke, Isolation, Farbgleichheit und optische Abnahme.

Halten Sie diese Vorgaben mit dem Fertigungsdatenpaket, der Bestückungszeichnung und dem kontrollierten Produktstand synchron.

DFM-Checkliste für Lötstoppmasken#

Material und Prozess zwischen Leiterplattenfertiger und Bestücker abstimmen.
Erweiterung nach Pad- oder Bauteilklasse statt ungeprüftem Einheitssollwert festlegen.
Fertige Mindeststege zwischen Fine-Pitch-Pads prüfen.
Maximalen Registrierungsversatz auf Padüberdeckung und unbeabsichtigte Kupferfreilegung prüfen.
SMD-/NSMD-Ausführung von BGA-Lands mit der Bauteilempfehlung abgleichen.
Bei Bedarf jedes Via eindeutig als offen, getentet, verschlossen, verfüllt oder überkupfert spezifizieren.
Testpunkte, Kontakte und Gehäuselands gezielt freilegen.
Abdeckung an Dickkupferkanten und dichten Leiterbahnen prüfen.
Bestätigen, dass andere Farben als Grün die benötigte Strukturauflösung nicht einschränken.
Obere und untere Maskendaten zusammen mit Kupfer-, Pasten- und Bohrdaten überlagert prüfen.
Anwendbare Qualifikation und Abnahmebedingungen für die fertige Leiterplatte angeben.
Vorgeschlagene Artwork-Änderungen mit funktionaler Auswirkung vor Produktion freigeben.

Offizielle technische Quellen#

Fazit#

Eine belastbare Maskenspezifikation verbindet CAD-Regeln mit einem nachgewiesenen Fertigungsprozess. Sie definiert Öffnungen, Erweiterung, fertige Stege, Registrierung, Via-Behandlung, Materialqualifikation und besondere Freilegungen, ohne vorauszusetzen, dass die Beschichtung ein unsicheres Kupferlayout korrigiert.

Lassen Sie sich garantierte Werte vom gewählten Fertiger nennen, wenden Sie sie nach Strukturklasse an und prüfen Sie freigegebene Maskendateien gemeinsam mit Kupfer- und Bohrdaten. So werden kleine Artwork-Annahmen nicht zu Löt-, Isolations- oder Prüfproblemen in der Produktion.

Häufige Fragen zur Lötstoppmaske#

Wie groß ist eine typische Maskenerweiterung?

Es gibt keinen universellen Wert. Er muss die Registrierungstoleranz ausgleichen und genügend Maske zwischen Pads erhalten. Verwenden Sie den für die gewählte Technologie freigegebenen Regelsatz des Herstellers.

Sollten BGA-Pads SMD oder NSMD sein?

Viele BGAs verwenden NSMD, manche Gehäuse oder Zuverlässigkeitskonzepte erfordern jedoch SMD-Lands. Folgen Sie der Bauteilempfehlung und stimmen Sie die Auswahl mit Bestücker und Fertiger ab.

Kann Lötstoppmaske ein Via vollständig abdecken?

Kleine Vias lassen sich oft tenten. Das ist aber weder Plugging noch Verfüllung und dichtet größere Löcher möglicherweise nicht ab. Geben Sie die benötigte Via-Schutzstruktur ausdrücklich an.

Definiert IPC-SM-840 meine Maskenöffnungen?

Nein. Die Norm qualifiziert permanente Maskenmaterialien und ihre Leistung. Reale Öffnungen und Toleranzen ergeben sich aus Designregeln, Fertigungszeichnung und Abnahmebedingungen.

Ist schwarze Maske schwieriger herzustellen?

Sie kann den Prüfkontrast reduzieren und andere Mindeststrukturen oder Lieferzeiten haben. Klären Sie den konkreten Prozess, bevor Sie Regeln für grüne Standardmaske übernehmen.

Ist Lötstoppmaske eine elektrische Sicherheitsbeschichtung?

Sie isoliert, darf aber nicht alleinige Grundlage sicherheitsrelevanter Kriech- und Luftstrecken sein, sofern die geltende Norm und das qualifizierte Beschichtungssystem dies nicht ausdrücklich erlauben.