ソルダーマスク設計の実証済みヒント：PCB信頼性と性能を高める

ソルダーマスクとは？

ソルダーマスクは、半田レジストまたは半田止めマスク/コーティングとも呼ばれ、プリント基板（PCB）の表面と裏面の両方で、半田付けの必要がない銅トレースを覆う薄い層であり、PCBの信頼性と高性能を確保するのに役立ちます。樹脂が通常ソルダーマスクの主要材料として選択されるのは、耐湿性、絶縁性、耐半田性、耐高温性、さらに美観の面で優れているためです。

ほとんどのPCBが緑色に見えるのは、実際にはソルダーマスクのグリーンオイルの色です。しかし、ソルダーマスクは緑、白、青、黒、赤、黄などさまざまな色で表示できます。異なる色は異なる要求に基づいて適用されます。例えば、一部の開発者はNPI（新製品導入）段階で試作基板を量産基板と区別するために赤いソルダーマスクを選択します。黒いソルダーマスクは、基板が部分的または完全に露出する必要がある場合、最終製品筐体の色と合わせるために選択されます。

同一基板の両面で異なる色のソルダーマスクを使用することも可能です。Arduino Uno基板を例に取ると：

ソルダーマスクの機能

基板密度が急増し、SMT（表面実装技術）が市場の量産と効率の要求から主要な選択肢となりつつある中、ソルダーマスクは回路基板においてますます普及し、重要性を増しています。

その名が示す通り、ソルダーマスクは覆われた領域での半田ブリッジ発生を防止することを目的としています。リフロー半田付けはSMT実装において重要な役割を果たし、半田ペーストを通じて電子部品を回路基板に完全かつ正確に実装します。ソルダーマスクが適用されていない場合、銅トレースが半田ペーストと接続され、ショートの原因となる可能性があります。その結果、実装済みPCBの信頼性と性能が損なわれます。

主な責任のほか、ソルダーマスクは銅トレースの酸化、腐食、汚れからも保護します。

ソルダーマスク製造プロセス

ソルダーマスク製造は最先端技術ではなく、多くのエンジニアが自宅でDIYできると考える人もいます。これは完全な誤解だと気づくのに遅すぎることはありません。ソルダーマスクDIYは単純設計の基板でのみ機能し、最終プロジェクトで正式に適用しない限り、製品の信頼性を確保するのは困難です。

プロのPCB製造業者にとって、ソルダーマスク製造は決して簡単ではありません。一方で、ISO9001、UL、RoHSなどの厳格な規制を遵守する必要があります。他方で、ソルダーマスク製造は複数の段階で構成され、それぞれが成熟した技術、豊富な製造経験、最新設備から生まれる高精度を要求されます。

一般的なソルダーマスク製造手順は以下の図に従って進行します。

1. ステップ1：基板洗浄。 基板表面を洗浄し、変色や汚れを除去して表面を乾燥状態に保ちます。
2. ステップ2：ソルダーマスクインキ塗布。 洗浄済み基板を垂直塗布機に搬入し、ソルダーマスクインクを塗布します。塗布厚は回路基板の信頼性要求、PCBの用途分野、基板厚などの要素で決まります。基板表面は想像ほど平滑ではありません。トレース上、基板上、銅箔上など、基板上の異なるセクションでソルダーマスクインク厚は異なります。経験豊富なPCBメーカーは通常、装置能力と製造経験を考慮して具体的な塗布厚を規定します。
3. ステップ3：予備硬化。 完全硬化とは程遠いもので、塗膜を基板上で比較的固め、現像段階で不要な塗膜を基板から容易に除去できるようにすることを目的とします。
4. ステップ4：露光と硬化。 この段階では、回路画像を持つ透明フィルムを基板に載せ、UV露光を行います。このプロセスにより、フィルムの透明部分で覆われたソルダーマスクが硬化し、回路画像で覆われた部分は予備硬化状態を維持します。したがって、硬化実施時に正確なアライメントを確保し、非指定銅箔の露光によるショートや最終性能への悪影響を防止する必要があります。
5. ステップ5：現像。 その後、PCBを現像液に入れ、不要なソルダーマスクを洗浄除去し、指定された銅箔を正しく露出させます。
6. ステップ6：最終硬化と洗浄。 最終硬化を実施し、利用可能なソルダーマスクインクをPCB表面に完全に定着させます。その後、ソルダーマスクで覆われた基板を表面処理、実装などのさらなる工程の前に洗浄します。

ソルダーマスク設計のヒント

実は、どのタイプのPCB設計ソフトウェアを使用するかに関わらず、ソルダーマスクはオプションです。いくつかのパラメータを入力するだけで簡単に設計できます。一部のソフトウェアでは自動ソルダーマスク生成機能さえ提供しています。

実際の設計に入る前に、契約PCBメーカーに連絡し、ソルダーマスク厚と銅パッド間の最小スペースについての能力を正しく把握することが非常に必要です。これらはすべての基板に万能な解ではありません。

ソルダーマスク開口不足、過剰開口、回路プレーン上の開口数と銅パッド数の不一致など、ソルダーマスクに関する些細な問題で基板が失敗することがあります。これらの問題は不注意や設計ファイル変更に起因する可能性がありますが、確認に多くの時間を要します。中には大惨事を招くものもあります。したがって、あなたの設計ファイルは慎重な検討に値します。

PCBCartに問い合わせてPCBソルダーマスク設計の提案を入手

10年以上にわたりエレクトロニクス業界に貢献してきたPCB製造サービスプロバイダーとして、PCBCartはソルダーマスクの色と設計提案において豊富な経験を持っています。こちらからPCB設計提案をお問い合わせください。試作や量産のための完成設計の準備ができましたか？下記ボタンをクリックして即座にPCB見積もりを取得できます！

参考資料

• 不良なソルダーマスクプラグドビアがPCBビア銅に与える影響と解決策
• シルクスクリーン印刷ネイルベッド設計によるソルダーマスク厚均一性への影響
• ソルダーマスクプラグドビア製造技術を改善する効果的な対策
• SMT PCBのソルダーマスク設計要求
• PCBCartのフル機能PCB製造サービス
• PCBCartの高度なターンキーPCB実装サービス