プリント基板（PCB）の製造後、基板上の銅配線は環境にさらされると酸化や腐食を起こしやすくなります。PCBの寿命を延ばし、銅配線を保護するために、ソルダーマスク層と呼ばれる保護コーティングが施されます。この記事では、PCBソルダーマスクの世界を掘り下げ、その重要性、用途、そしてPCB製造プロセスにもたらす主な利点について解説します。
ソルダーマスクは、プリント基板に塗布される保護層です。通常はポリマー材料の薄いコーティングで、銅配線を覆い、はんだが本来付着すべきでない場所に付着するのを防ぎます。ソルダーマスクは、埃やその他の汚染物質など、長期的には短絡の原因となる可能性のある環境要因からプリント基板を保護します。
プリント基板製造で一般的に使用されるソルダーマスクには、エポキシ液状マスク、液体感光性マスク、乾式フィルム感光性マスク、上面マスク、下面マスクなど、主に4種類があります。
上面はんだマスクを使用すると、電子技術者は、エポキシ、インク、またはフィルム技術のいずれかによって PCB にすでに追加されている緑色のはんだマスク層の開口部を識別できます。 その後、これらの特定された場所を使用して、コンポーネント ピンをボードにはんだ付けできます。 回路基板の上面の導電性トレースのパターンはトップ トレースと呼ばれ、下面のマスクは下面の開口部を指定します。
エポキシ液体はんだマスクは、PCB 業界で最もコスト効率が高く、一般的に使用されているタイプのはんだマスクです。 これらは、シルクスクリーン プロセスを使用して PCB に適用されます。 シルクスクリーンでは、インクをブロックするパターンを備えたメッシュ スクリーンを使用してソルダー マスク インクを PCB に転写し、目的のソルダー マスク パターンを残します。
エポキシ液状はんだマスクは、塗布されると硬化プロセスを受けます。 これには、PCB が熱にさらされてエポキシ内で化学反応が開始される熱硬化が含まれる場合があります。 熱によりエポキシが架橋して硬化し、PCB トレース上に保護および絶縁層が形成されます。 場合によっては、エポキシはんだマスクの特定の配合に応じて、硬化プロセスの一部として UV 光の露光も使用される場合があります。
液体フォトイメージャブル (LPI) はんだマスクは、その独特の特性と費用対効果の高さにより、PCB 業界で人気のある選択肢です。 LPI ソルダーマスクは XNUMX つの別々の液体成分で構成されており、塗布直前に混合されます。 これにより、材料を別々に保管することで早期の硬化や劣化が防止され、材料の保存寿命が長くなります。
LPI はんだマスクは、カーテン コーティング、スクリーン印刷、スプレー塗布など、さまざまな方法で塗布できます。 これらのマスクは、さまざまなポリマーと溶媒を組み合わせて配合され、その結果、PCB 上のターゲット領域の表面に付着する薄いコーティングを形成できるブレンドが得られます。 LPI はんだマスクの注目すべき利点の XNUMX つは、多くの場合、追加の表面仕上げの必要性がなくなり、PCB 製造プロセス中の時間とコストを節約できることです。
従来のエポキシインクとは異なり、LPIソルダーマスクは紫外線に敏感です。マスクをPCBに塗布した後、短い「タックキュアサイクル」を実行してマスクを部分的に硬化させます。その後、UVレーザーまたはフォトリソグラフィプロセスを使用してパネルに紫外線を照射します。この紫外線照射によりLPIマスクがさらに硬化し、耐久性と耐エッチング剤・耐溶剤性が向上します。
マスクを貼り付ける前に、パネルは洗浄され、酸化の兆候がないかチェックされます。 これは、化学溶液、酸化アルミニウム溶液、または懸濁した軽石を使用してパネルをこすって行われます。
ドライフィルムソルダーマスクは、はんだ付け中に特定の領域を保護するためにプリント基板の表面に適用される既製のフィルムです。 これは感光性ポリマー材料でできており、PCB にラミネートされ、UV 光に露光して目的のパターンを定義します。 残ったはんだマスク パターンははんだブリッジを防止し、PCB を保護します。 ドライフィルムソルダーマスクは、均一性、正確な解像度、優れた接着性、耐薬品性、熱安定性を提供します。 さまざまな製造プロセスに対応し、プリント基板の信頼性と耐久性に貢献します。
ソルダーマスクの選択は、アプリケーション要件、製造プロセス、PCB に求められる性能特性などの要因によって異なります。
ほとんどの基板には、銅の表面を保護し、組み立て中のコンポーネント間のはんだショートを防ぐために、各面にエポキシインクのはんだマスクが印刷されています。
パネルはまず洗浄され、表面の変色を取り除くためにブラッシングされ、その後黄色の部屋に搬送されます。
各パネルは、表面の埃を取り除くために最終洗浄され、垂直コーターにセットされます。コーティング装置は、パネルの両面にエポキシソルダーマスクインクを同時に塗布します。この二重塗布により、インクが銅配線を完全に覆い、通常、パネル表面より35～40ミクロン高い位置まで確実に被覆します。
出典: https://www.youtube.com/watch?v=bjhBa7VdTEM
プリント基板を設計する際には、ソルダーマスクが正しく適用され、意図したとおりに機能するように、特定のガイドラインに従うことが非常に重要です。以下に、ソルダーマスクの設計に関する一般的なガイドラインを示します。
クリアランス仕様：ソルダーマスクの開口部と隣接するパッドまたは配線との間に十分な間隔を設けてください。この間隔はクリアランスと呼ばれ、製造工程の位置合わせ精度に応じて、少なくとも0.2mm以上とする必要があります。これは、潜在的な短絡を防止するためです。
クリアランスの均一性：パッド周辺のクリアランスが均一であることを確認してください。クリアランスが不均一だと、ソルダーマスクがパッドや配線に近づきすぎてショートの原因となることがあります。
鋭角を避ける：ソルダーマスクとパッドの間に鋭角が生じないようにしてください。鋭角があると、熱サイクル中にソルダーマスクが基板から剥がれ、配線が露出して故障の原因となる可能性があります。
開口部のサイズ設定：組み立て時に適切な量のソルダペーストが塗布されるよう、マスク開口部のサイズを正しく設定してください。ソルダペーストの適切な塗布を確保するため、ソルダマスクダム（2つの開口部の間のスペース）を約0.1mmにするのが一般的です。
基準マーク：銅層とソルダーマスク層の両方に基準マークを設けてください。これらのマークは、製造工程における層の位置合わせや、組み立て時の部品配置に不可欠です。
最小配線長／間隔に関する規則：ソルダーマスクプロセスの解像度限界によって規定される、最小配線長と間隔に関する規則に注意してください。これらの規則を遵守することで、間隔の狭い配線間にブリッジングを起こさずにマスクを適用できます。
酸化防止：ソルダーマスクは、プリント基板上の銅配線が酸化するのを防ぐ保護バリアとして機能します。空気や湿気にさらされると銅が酸化し、電気伝導性が低下してプリント基板全体の性能に影響を与える可能性があります。ソルダーマスク層は、これらの環境要因から銅配線を保護し、長期的な信頼性を確保します。
不要な接続の防止： PCBの異なる層間の接続を確立するために、ビアやスルーホールめっきなどの特殊なPCB相互接続部を使用することが一般的です。ソルダーマスクは、これらの層間の意図しない接続を防止する上で重要な役割を果たします。ソルダーマスクは、意図しない領域を覆うことで、はんだがブリッジしたり、不要な電気的接続が生じたりするのを防ぎ、回路設計の完全性を確保します。
粉塵・汚れからの保護：ソルダーマスク層は、電気接続部やPCB基板から粉塵、汚れ、その他の汚染物質を遠ざける物理的なバリアとして機能します。これらの汚染物質は、短絡、信号干渉、またはPCBの電気的性能の低下を引き起こす可能性があります。ソルダーマスクは保護シールドとして機能し、PCBの清浄度と信頼性を維持します。
腐食防止：ソルダーマスクは、電気接続部の腐食防止にも役立ちます。湿気や腐食性環境にさらされると、露出した金属表面に腐食が発生する可能性があります。ソルダーマスクはバリアとして機能し、下地の銅配線やはんだ接合部を腐食から保護することで、プリント基板の長期的な機能性と信頼性を確保します。
ソルダーマスクの具体的な厚さの要件は、特定の PCB 設計、製造プロセス、業界標準によって異なります。 さらに考慮すべき点がいくつかあります。
ソルダーマスクの最小許容厚さは、業界標準またはPCBメーカーによって規定されることが多い。一般的に、ソルダーマスクの最小厚さは約0.3ミル（7.6マイクロメートル）以下である。より薄いソルダーマスク層は、通常、配線の端付近や、部品または配線間の間隔が狭い領域に適用される。
最小厚さは規定されていますが、十分な被覆と保護を確保するためには、ソルダーマスク層をやや厚めにすることが一般的に推奨されます。一般的な目安としては、配線上に約0.5ミル（12.7マイクロメートル）のソルダーマスク層を設けることが挙げられます。これにより、絶縁、保護、およびソルダーブリッジ防止に十分な層が確保されます。
ソルダーマスクの厚さは、特に複雑な形状、微細な配線、または高密度コンポーネントのある領域では、PCB 全体で変化する可能性があります。 厚さは、塗布方法 (スクリーン印刷、カーテン コーティング、スプレー塗布など) や使用する特定のはんだマスク材料などの要因によって影響される可能性があります。
PCB ソルダーマスクはさまざまな色と仕上げが用意されており、設計とカスタマイズに柔軟性をもたらします。 ソルダーマスクの色と仕上げの選択は、機能性と美観の両方に影響を与える可能性があります。 VictoryPCB が提供する一般的なオプションをいくつか示します。
光沢仕上げ
（緑字）
黒
赤
黄
白
ピンク
オレンジ
紫色
青
マット仕上げ
（緑字）
黒
白
青
VictoryPCBは、お客様のご要望にお応えするため、最高品質のソルダーマスク付きプリント基板を製造する専門メーカーです。ご質問がございましたら、[email protected]までお気軽にお問い合わせください。喜んでお手伝いさせていただきます。
