プリント基板に適したソルダーマスクの選び方

October 16, 2019 Altium Designer

All Souls Processionのための衣装を着た2人組み

編集クレジット: CREATISTA / Shutterstock.com

 

ハロウィーンが近づくとともに、寝ても覚めても衣装のことで頭がいっぱいになり、仕事どころではありません。今年は、かなり凝ったフェイスペイントが必要になるので、適切にペイントする方法をあれこれ検索しています。ペイントのレイヤー、色、種類ごとに、適切にペイントするための道具やタイミングが必要です。何の説明書も読まずに予行演習した結果、ペイントした部分が剥がれ落ち、それ以外の部分は完全にそのままでした。ひどいフェイスペイントのために短絡が発生しそうにはありませんが、ソルダーマスクで同じような状況を目にしたことがあります。最近はソルダ―マスクにも複数の色があります!ソルダーマスクのタイプと厚さの選択は、できのよいフェイスペイントの場合と同様に、優れた製品を作るために重要です。そして、失敗するとさらに多くの費用がかかります。

 

ソルダーマスクとは

ソルダ―マスクは、プリント基板の金属部分の酸化を防ぐため、また小さい半田片が望ましくない場所に付着してソルダーパッド間に「ブリッジ」が形成されるのを防止するために使用されます。リフロー、またはソルダ―バスが使用されている場合、それらの技術は、接続すべきでない場所で半田片が接続しないよう十分に制御できないため、プリント基板製造において重要なステップになります。ソルダ―マスクは「ソルダーレジスト」とも呼ばれます。私自身は、ソルダ―マスクは基板に適用された半田のレイヤー全体であると考えていたので、後者のほうがよい呼び方だと思います。

 

プリント基板へのソルダ―マスクの適用方法

ソルダ―マスクは、プリント基板の金属配線全体に適用されるポリマーレイヤーです。マスクの素材はさまざまな種類があり、いずれが最適かはコストと用途によって決まります。最も基本的なソルダ―マスクは、シルクスクリーンを使用してプリント基板全体に液状エポキシをプリントします。これは、ステンシルを使ってエアブラシでフェイスペイントを塗るようなものです。

より手の込んだタイプでは、ドライフィルムや液状ソルダ―マスクを用いて感光するソルダ―マスクがあります。液状感光性ソルダーマスク(LPSM)は、エポキシと同様のシルクスクリーンプリントや、多くの場合低コストですむ表面へのスプレーが可能です。ドライフィルム感光性ソルダーマスク(DFSM)は、気泡による不具合が生じないよう、基板に真空積層させる必要があります。いずれの感光性ソルダ―マスクも、パッドがコンポーネントに対して半田付けされ、焼付の過程あるいは紫外線照射によって硬化する箇所がマスク内にないように形成されます。

 

プリント基板配線パターンのレイヤー

ソルダ―マスクは、エポキシ、または感光性ポリマーとして適用されます。

 

どのソルダーマスクを使用すべきか

最適なソルダ―マスクは、基板、穴、コンポーネント、導体の物理的な寸法や、表面のレイアウト、製品の最終用途によって決まります。

まず、航空宇宙、通信、医療、あるいはその他の「高信頼性」が要求される分野で使用されるプリント基板の場合は、ソルダ―マスクに関するその分野での基準や、一般的な用途に関する基準を確認します。インターネットで見つかるようなその他の要件より優先される特定の要件があります。 

最近の多くのプリント基板設計では、感光性ソルダ―レジストをお勧めします。液状とドライのどちらを使用するかは、表面形状によって決まります。ドライマスクは、表面全体に均一の厚さで形成されます。ただし、基板の表面が非常に平らな場合に最もよく付着します。表面形状が複雑な場合は、液状(LPISM)オプションの方がトレースの銅箔や積層によく付着し、よい結果を得られるでしょう。液状オプションの欠点は、基板全体で厚さが完全には均一にならない点です。

マスクレイヤーにはさまざまな仕上げを施すこともできます。可能な処理および製造への影響について、製造業者と話してください。例えば、半田リフロープロセスを使用している場合、マット仕上げにより半田ボールを減らすことができます。

 

SMTリフロー炉に入るプリント基板

半田リフロープロセスを使用して製造されたプリント基板には、ソルダ―マスクが必要です。
マスクの仕上がりは、リフローの品質に影響する可能性があります。

 

ソルダーマスクの厚さはどれくらいにすべきか

ソルダ―マスクの厚さは、主に基板上の銅箔トレースの厚さによって決まります。一般に、トレースの上は約0.5 milにしてください。液状マスクを使用する場合は、他の要素の上の厚さが必然的に変わります。空の積層エリアでは0.8~1.2 milの厚さに、回路の屈曲部のように複雑な要素の上では0.3 milほどの厚さになります。

その他の製造パラメーターやプロセスと同様、最終的な用途がどの程度外部の影響を受けるのかを考慮し、それに応じて設計をプランニングする必要があります。製造業者と製造オプションについて話し合うことは常に重要です。製造業者は、自分達の技能に基づいてよりよいオプションを提示することができるでしょう。

 

プリント基板設計にソルダ―マスクを取り込む方法

プリント基板を設計する際、ソルダ―マスクは独自のレイヤーとしてガーバーファイルに保存して、ソルダ―マスクレイヤーのデザインルールを確認します。通常、ソルダ―マスクがちょうど真ん中にない場合、回路上の要素の周囲に2milの境界を設けてください。また、パッド間は最低の距離(通常は8mil)を確保して、半田ブリッジができないようにします。

より複雑なプリント基板を設計している場合は、必要に応じて、これらのデザインルールを調整できる基板設計CADを選択することが重要です。Altium Designerは、非常にフレキシブルな選択肢です。設計要件が特殊な場合は、ソルダ―マスクレイヤーを完全に削除することもできます。

 

Altium Designerの機能について、もっとお知りになりたいですか?こちらからアルティウムのエキスパートにお問い合わせください。

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