2024年におけるPCBソルダーマスクの包括的ガイドライン

電子機器製造の領域において、プリント基板(PCB)の製造には複雑な工程と綿密な検査が含まれる。プリント基板は、ソルダーマスク、シルクスクリーン層、配線、コアなどの重要な部品で構成され、製造の各工程で精密さと徹底した検査が要求されます。エレクトロニクス産業の進歩に伴い、回路基板に対する信頼性と高密度化の要求は高まり続けています。こうした進化するニーズに応えるため、メーカーは高密度相互接続(HDI)技術とソルダーマスク技術の最適化に努めている。この洞察に満ちた記事で、FS Technologyは、HDIとソルダーマスク技術の重要な役割に光を当てている。 PCBソルダーマスク.

ソルダーマスクとは何ですか?

ソルダーマスク層は、別名 ウィンドウレイヤー または グリーンオイル層で極めて重要な役割を果たしている。 プリント基板製造工程.回路基板の特定の領域を覆う保護層として機能し、その後の仕上げやはんだ付け工程で正確なパターニングを可能にします。ネガフィルム出力技術を利用することで、ソルダーマスクは、指定された非グリーンオイル領域はそのままに、露出した銅肌が見えるように設計されています。

PCBソルダーマスク層の負の出力は、実際の状況を完全に逆転させることを意味する。設計段階でグリーンオイルを塗布するためにマークされた領域は、実際には、ウィンドウ開口部として知られる非グリーンオイル領域です。したがって、ソルダーマスク層は、グリーンオイルの表面全体に窓を作り、非グリーンオイル部品の適切なはんだ付けを可能にするという重要な役割を果たします。

 

PCB基板はガラス繊維とエポキシ樹脂で構成されているため、以下のような工程で必要とされる十分な耐熱性がない。 熱風はんだレベリング (HASL)や表面実装はんだ付けに使用される。はんだマスク層がないと、高温に長時間さらされた場合、誘電体材料の表面劣化につながる可能性があります。そのため、はんだマスク層は保護バリアとして機能し、これらの製造工程で高温に長期間さらされることによって引き起こされる潜在的な損傷から回路を保護します。

ソルダーマスク層 VS.ソルダーフラックス層

例として2層PCBを検証してみよう。基本的な2層PCBの構成は、コアを形成する2つのブレッドボード(上と下)、真ん中のプリプレグ層、2つのソルダーマスク層(上と下)と2つのシルクスクリーン層(上と下)で構成されます。下図を参照:

二層PCBの内部構造

PCB製造中、はんだ付けや放熱などの要因により、ソルダーマスク全体が均一にグリーンオイルでコーティングされることはありません。そのため、一般的に銅が見えている部分を「窓」と呼んでいます。

次の図は、それを視覚的に表したものである:

PCBはんだ層の詳細

ペーストマスクとも呼ばれるはんだ付け層は、グリーンオイルでコーティングされていないPCB上の特定の層に関係します。要するに PCBステンシル 製造工程で使用される。多くのエンジニアは、この層を最上層と同義と考えており、最上層に表示されるデータと整合させている。上記の2層PCBの構造図を注意深く見ると、回路構造内に専用のはんだ付け層がないことに気づくだろう。はんだ付け層の目的は、ソルダーマスク層とは異なります。はんだ付けが主目的ではなく、むしろ、はんだ付けを容易にするために存在するのです。 SMTアセンブリ.期間中 SMTプロセスフローはんだペーストを正確に塗布するには、ステンシル開口部からペーストを正確に吐出する必要があります。

次の図は、はんだ付け層(ペーストマスク)を示しています:

PCBフラックス層

ペーストマスクとソルダーマスクの両方が錫メッキプロセスに関与していますが、両者には基本的な違いがあります。内部回路基板の機能面では、ソルダーマスクPCB層は、はんだ付けを可能にするだけでなく、塩水噴霧や湿気を防ぐという2つの目的を果たします。逆に、ペーストマスクは主にSMTステンシル製造、特に表面実装パッケージアセンブリに焦点を当てています。通常、ソルダーマスク層はグリーンオイルで均一に塗布され、ソルダーマスク層が露出していない部分が残ります。一方、ペーストマスクは、特に以下のような部品配置を容易にするという特定の目的を持って、ステンシル設計に利用されています。 ハイボリュームプリント基板アセンブリ シナリオだ。

PCBAにおけるソルダーマスクの影響

SMTはんだ付けの難易度

SMTはんだ付けは、特に次のような場合にさまざまな困難をもたらします。 SMD部品 小さなピン間隔が特徴です。ソルダーマスクの最小間隔設計が不適切な場合、組立工程に大きな影響を及ぼし、工場での損傷率の増加や顧客の組立コストの上昇につながる可能性があります。

解決策 これらの課題を軽減するためには、製造施設の実際の能力とPCBA工程に基づいて、部品パッケージング工程を最適化することが極めて重要である。そのためには、顧客の設計書を徹底的にレビューし、社内の設計部門を強化する必要がある。

ソルダーマスク厚さ制御

ソルダーマスクの厚さを正確に制御することは、次のような点で非常に重要である。 プリント基板製造.ソルダーマスクの厚さが十分でないと、ライントレースの銅漏れやICの誤はんだ付けの問題を引き起こす可能性があります。逆に、はんだマスク層が厚すぎると、はんだ付け時にサスペンションブリッジやオープン回路が発生する可能性があります。 リフローはんだ付け.

解決策 これに対処するには、ソルダーマスクの厚さを注意深く管理することが不可欠です。銅箔パッドの厚さよりも薄く、回路基板の鋭角位置のソルダーマスクの厚さは少なくとも10 µmにする必要があります。さらに、トレースと銅箔のソルダーマスク厚さは35 µm以下に保つ必要があります。

ソルダーマスク加工とパッドアライメント

非標準的なSMTアセンブリ設備ではんだペーストを印刷する際、パッド表面の汚染が発生し、はんだ接合不良やはんだボールが発生することがあります。これらの問題は、ソルダーマスクとパッドのアライメントの不一致に起因します。

解決策 ソルダーマスクを設計する際には、以下の項目を厳守すること。 PCB設計ガイドライン が重要です。設計者は、はんだペーストの最適な印刷を保証し、汚染を防ぐために、パッドの特徴の周りの間隔または空隙を最小限に抑えることを目指すべきである。

はんだ収縮率

PCB上に過剰な数のSMDが存在する場合、不注意な基板設計に伴い、隣接するSMDが共通の配線を共有することがあります。これは、はんだ収縮時に熱によるストレスを引き起こし、部品の位置ずれや破損につながる可能性があります。

解決策 との効果的なコミュニケーション PCB組立サービス コンポーネントと基板設計の懸念に対処するためには、プロバイダーが不可欠です。協力を通じて、合理的な部品の取り付け方法を実施し、適切な設計上の考慮事項を確実に考慮することで、問題を解決することができます。

4種類のPCBソルダーマスク

上下サイドマスク

トップ・サイドとボトム・サイドのソルダー・マスクは、グリーン・ソルダー・マスク層の問題を特定するために、電子技術者が一般的に採用しています。これらの PCB層 をフィルムまたはエポキシ法で塗布する。その後、部品ピンはマスクによって登録された開口部を通して基板にはんだ付けされる。

上面マスクは基板の上面の導電トレースパターンに対応し、下面マスクは基板の対向面に使用される。

エポキシ液はんだマスク

エポキシ液状はんだマスクは、PCBプロジェクトに費用対効果の高いオプションを提供します。シルクスクリーンとして知られるこの技法は、インクブロッキング設計をサポートするために織物メッシュを利用します。このメッシュにより、インクを転写できる領域を特定することができます。

液状フォトイメージャブルソルダーマスク(LPI/LPISM)

液状フォトイメージングソルダーマスク(LPIまたはLPISM)は、回路基板の表面に塗布され、硬化プロセスを経た液状ソルダーマスク材料です。この高度なソルダーマスク材料は、はんだ付けが必要な部分にのみ選択的に開口部を残すことにより、はんだの正確な塗布を可能にし、正確な電気接続を保証します。

ドライフィルムソルダーマスク-DFSM

真空ラミネーションは、プリント基板へのドライフィルムソルダーマスクの塗布に使用される。ラミネーションプロセスの後、ドライフィルムは露光され、その後の処理を受けます。フィルムが処理されると、パターンを作成するために開口部が戦略的に配置されます。その後、部品を銅パッドにはんだ付けする。電気化学的処理は、銅層を基板に堆積させるために利用される。

銅はトレース部分と穴の内側に重ねられ、目的の回路を形成する。銅回路を保護するために、錫の層が施される。最終段階では、フィルムが取り除かれ、エッチングされたマークが現れます。適切な接着と安定性を確保するため、熱硬化も行われる。

ドライフィルムソルダーマスクは、その有利な特性から高密度配線基板によく採用されています。ドライフィルムソルダーマスクは、ソルダーマスクがスルーホールに浸透するのを防ぎ、正確な回路形成を保証します。

ソルダーマスクプロセスガイドライン

デザイン・ガイドライン

実際には、設計におけるソルダーマスクの使用は任意選択です。設計者はいくつかのパラメータを指定することで簡単にソルダーマスクを組み込むことができ、ある種のソフトウェアツールは自動ソルダーマスク生成機能さえ提供しています。

しかし、設計プロセスを開始する前に、選択したPCBメーカーと徹底的な議論を行うことが重要です。これは、ソルダーマスクの厚さや最小銅パッドの間隔など、そのメーカー固有の能力を包括的に理解するためです。

不十分な開口部や過剰な開口部、あるいは開口部の数と回路プレーンの銅パッドの数のアンバランスなど、単純なソルダーマスクの問題を無視したり、不適切に管理したりすると、回路基板の故障につながることがあります。

このような問題が過失によるものなのか、設計ファイルの不注意による修正なのかを特定するには、時間をかけて慎重に調査する必要があるかもしれない。こうした問題に真摯に取り組まなければ、大惨事につながる可能性があります。したがって、設計ファイルを入念に調査することが最も重要です。

キャップオイル経由

ビアキャップオイルは、ビアカバーオイルとしても知られ、回路基板製造に使用される技術である。 PCBビア が露出しないようにソルダーマスクで覆われている。ビアフィリングとは異なり、ビアキャップオイルはビアの環状の周囲のみを覆う。ビア全体が覆われる場合は、フィリングまたはプラギングと呼ばれる。

メーカーは、回路基板を保護するためのソルダーレジスト工程として、ビアキャップオイルを採用するのが一般的である。この方法は、エポキシ充填やマスクプラギングと併用されることが多い。 PCB製造コスト.様々なビアバンピング技術の中で、LPISMバンピングは最も費用対効果の高い手法と考えられている。

ソルダーレジストで形成されたテント型ビア
ソルダーレジストで形成されたテント型ビア

ソルダーマスクダム

ソルダーマスク・ダムは、ソルダーマスク・ギャップとも呼ばれ、PCB設計において非常に重要な要素です。その主な目的は、はんだブリッジの発生を防ぐために、はんだ表面の特徴間の適切な間隔を確保することです。一般的に、はんだダム間隔は導体ピッチの半分の幅に設定されます。しかし、100µm以下の微細な導体パターンを使用する場合は、設計の特定の要件に対応するためにこの規則を緩和することができます。

ソルダーマスクダム
ソルダーマスクDAM

ソルダーマスクオープニング

ソルダーマスクオープニングは、はんだ付け工程ではんだペーストを塗布するために回路を露出させる、PCB設計における重要な機能です。通常、PCB外面のソルダーマスク層を特定の領域で除去することで実装されます。この開口部の精度が最も重要で、不正確な場合、はんだペーストを印刷すべきでない銅が意図せず露出してしまう可能性があるからです。これは、以下のような問題につながる可能性があります。 サーキットボードショート回路トレースの腐食や損傷。

ソルダーマスク開口部
ソルダーマスク開口部

ソルダーマスクカバレッジまたはエクステンション

この仕様は、ソルダーマスクのうねりとも呼ばれ、正、ゼロ、または負の値を持つことができる。

  • ポジティブ・ソルダーマスク・エクステンション: ソルダーマスクの端とパッドの露出した外周の間に距離がある場合、それはポジティブソルダーマスクエクステンションまたはスウェルと呼ばれます。これにより、パッドがはんだマスクで十分に覆われ、保護され、意図しないはんだブリッジを防ぐことができます。
  • ゼロ・ソルダー・マスク・エクステンション: ソルダーマスクとパッドの間に隙間や間隔がない場合、ソルダーマスクの伸びがゼロと見なされます。これは、ソルダーマスクがパッドの境界と正確に一致していることを意味します。
  • マイナス・ソルダー・マスク・エクステンション: 場合によっては、はんだマスクがパッドの境界を越えてはみ出し、パッドの一部と重なることがあります。これはネガティブソルダーマスクエクステンションと呼ばれます。通常、高密度回路やはんだブリッジが発生しやすい領域など、保護強化が必要な領域ではんだマスクを追加するために使用されます。
ソルダーマスクカバレッジ

アプリケーションノート

プリント回路基板にソルダーマスクを適用する場合、マイクロ回路のリードの下にあるようなコンタクトパッド群と、ビア、コンタクトパッド、導体のような他の導電性要素との間の適切な絶縁を確保することが極めて重要です。

この絶縁は、はんだ付け工程で必要な時間と労力を最小限に抑える役割を果たします。適切な絶縁が行われないと、隣接するコンタクト・パッド間に微小なはんだブリッジが形成される可能性があり、検出と除去に複雑な作業とさらなる時間を要することになります。このようなはんだブリッジの検出に失敗すると、回路が短絡し、動作上の問題や部品の故障を引き起こす可能性があります。

適切なはんだ付けを容易にするだけでなく、ソルダーマスクはPCB表面の保護層としても機能します。これは、化学的および化学技術的な方法を含むはんだ付けプロセス中に適用される積極的な化学コーティングの潜在的な腐食性の影響から基板を保護します。

ソルダーマスクはある程度の保護を提供しますが、吸湿性があるため、過酷な使用条件下でPCBを湿気から保護することはできないことに注意することが重要です。このような場合の防湿のために、特殊な有機コーティングが必要です。 コンフォーマルコーティング を使用している。

ドライまたはリキッド

乾式ソルダーマスクと液状ソルダーマスクのどちらを選択するかは、主にPCB上の穴の重なりや覆いを意味するホールテントの要件によって決まる。

ホールテントの目的は以下の通り:

  • 導電性パターンと導電性(金属)表面を持つ部品との接触を防ぐための、組み立て時の絶縁。
  • めっきビアの銅柱を、酸洗液、洗浄液、フラックスなどの侵食性環境要因から保護する。
 

液体はんだマスクの利点:

  • 材料消費量が少ないため、約30µmの薄い保護層を形成することができ、製造プロセスの費用対効果が高い(70µmまでの比較的高い浮き彫り部分でも)。
  • 液状の材料が液状で塗布されるため、ドライソルダーマスクと比較して比較的高い密着性が得られる。
  • 幅0.15mm以下の細いジャンパーの作成が可能。
  • 最終重合後の高温・高濃度のアルカリ溶液、主に無電解金めっき工程で全工程で使用される溶液に対する耐性。

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