PCBにおけるソルダーマスクとペーストマスクの違いと役割

プリント基板（PCB）

PCB上のソルダーマスクとペーストマスクの厚さは、回路基板の電気的特性を決定する重要な要素です。また、PCBアセンブリの安全性と実行可能性を決定することができます。推奨される厚さは8～15μmです。

Cadence Allegro PCB Editor では、ペーストマスクとソルダーマスクのレイヤ構成を制御できます。また、各レイヤーの幅や材質も定義できます。これは、製造のためのレイヤスタックアップを計画するのに役立ちます。このツールには、レイヤスタックアップ戦略に関する情報が記載されたE-Bookも含まれています。

ソルダーマスクのカラーバリエーションは幅広い。緑色のほか、青色や白色もあります。設計者の中には、基板をより識別しやすくするため、または試作品と完成品を区別するために、異なる色のソルダーマスクを使用することを好む人もいます。しかし、ソルダーマスクの使用はPCB製造において様々な問題を引き起こす可能性がある。適切に使用しないと、基板の品質が低下したり、寿命が短くなったりします。

ソルダーペーストマスクは均一に塗布すること。ペーストマスクの厚さは、0.2～4ミルの許容範囲内でなければなりません。このルールは、はんだペーストを均一かつ完全に塗布するために重要です。はんだペーストと銅線の間のクリアランスも重要です。このルールは一般的なCADソフトウェアで利用可能であり、高品質のPCBソルダーマスクを製造するために不可欠なルールです。

ソルダーレジストまたはペーストマスクは、PCBの表面にある薄い材料の層で、はんだが銅トレースに漏れるのを防ぎます。マスクはまた、酸化によるPCBへのダメージを防ぎます。さらに、化学物質への暴露による損傷を防ぐことで、腐食を防ぎます。

クリティカルなアプリケーションには最高レベルのパフォーマンスが要求される。これらのボードは、サービスが中断しないように設計されている必要があります。これらは通常、高性能な商業用または工業用製品です。しかし、ライフクリティカルである必要はありません。例えば、装置が継続的に機能する必要がある場合、PCBペーストマスクが両方とも再利用可能であることを保証する必要があります。

ソルダーマスクはスキージまたは真空ラミネーションプロセスで塗布することができます。大規模生産の場合は、ステンシルを使用することができます。ステンシルは通常、ペーストマスクと同じデータでレーザー加工されます。さらに、ステンシルは高精度と耐久性を確保するために、さまざまな材料で処理されます。

PCBペーストマスクとソルダーマスクは、基本的にプリント回路基板自体の一部です。ペーストマスクは、実際のPCBパッドよりも小さいステンシル層です。はんだペーストマスクには、はんだ接合部に対応する穴が開いています。

ソルダーマスクは様々なプロセスで作られる。ソルダーマスクはドライフィルムとして塗布する方法と、薄い不透明なフィルムとして塗布する方法がある。どちらのマスクも塗布工程は似ていますが、それぞれの方法で完成品を作る方法が異なります。LPSMと呼ばれる最初の方法は、写真フィルムを使用してソルダー・マスクを露出させます。この工程でフィルムを硬化させ、気泡を除去する。

フレックスリジッドプリント基板の製造フローと長所・短所

フレックスリジッドPCBの製造フローは、従来のリジッドPCBに比べて非常に複雑で、多くの課題があります。特に、フレックス回路の屈曲線は配線を困難にし、屈曲線上に配置された部品は機械的ストレスを受ける。これを軽減するために、スルーホールのプレーティングがしばしば使用され、パッドを固定するためにカバーレイが追加されることもあります。

ブラインド・ビア

フレックスリジッドPCBは、医療機器、画像機器、携帯型モニター、軍用機器などによく使用される。1個あたりのコストが低く、柔軟性があり、温度変化にも耐えることができる。これらの基板は、無線通信システムやレーダー機器にも使用されています。また、ノイズや振動の試験システムにも使用されています。

リジッド・フレックスPCBの製造フローは、基板の設計とレイアウトから始まる。レイアウトは電気的導通をチェックしなければならない。フレックスエリアは、弱点やたわみがなく、曲げに耐えられるように設計されなければならない。この工程で、トレースは曲げ線に垂直に配線される。可能であれば、ダミー・トレースを追加して屈曲部を強化する。

高温

リジッドフレックスPCBは、フレックス基板に粘着テープでPCBを接着したものである。この粘着テープは高温材料で作られている。これらの材料は高温に耐え、放射線、ラマン散乱、赤外線による悪影響に耐えることができる。

リジッドフレックスPCBは通常、基板にPIフィルムとPETフィルムを組み合わせて使用する。ガラス繊維コアも一般的ですが、一般的に厚くなります。

化学物質

リジッドフレックスPCBにはさまざまな用途があり、小型の民生用電子機器から高度な軍事／防衛システムまで、あらゆるものの重要な部品となっています。非常に汎用性が高く、高温や絶え間ない動きが存在するアプリケーションに最適です。非常に柔軟であることに加え、これらの基板は耐薬品性、耐溶剤性にも優れています。

銅は最も一般的な導体材料として使用され、広く入手可能である。また、電気的特性や加工性にも優れている。銅箔は圧延されたものと電解めっきされたものがある。銅箔は、接着性を向上させ、酸化から保護するために表面処理が施されることが多い。

振動

リジッドフレックスPCBの製造工程は長く、リジッドPCBよりも多くの材料と人手を必要とする。このタイプの回路基板は通常、医療機器、無線コントローラー、薬物送達システムで使用される。また、航空宇宙産業では、モーション・センシングシステム、無線通信システム、環境試験室などにも使用されている。

このタイプのPCBは、従来のリジッド基板よりも信頼性が高い。高振動環境に耐え、小さなプロファイルに折り畳むことができます。さらに、狭いスペースにも設置しやすく、高密度アプリケーションに最適です。

ショック

このタイプの回路基板は、従来のリジッドPCBよりも複雑であり、設計上のさまざまな課題があります。例えば、フレックス回路の曲げ線は配線に影響を及ぼし、その上に配置される部品は機械的なストレスをもたらす可能性があります。幸いなことに、スルーホールプレーティングと追加カバーレイは、この問題を軽減するのに役立ちます。

リジッド・フレックスPCBのもう一つの利点は、既存のデバイスと互換性があることだ。回路にダメージを与えることなく、曲げたり折ったりすることができる。さらに、信頼性も高い。このタイプの回路基板は、信頼性の高いアプリケーションに最適です。

コスト

リジッド・フレックスPCBのコストは、使用するフレックス・ボードのタイプや層数など、いくつかの要因に左右される。また、コストは基板の開発メーカーや製造業者によっても異なります。一部のPCBメーカーは非常に高い価格を請求しますが、それは彼らが提供する並外れた品質と細部へのこだわりによって正当化されます。

フレックスPCBは、より厳しい要件を満たす必要があるため、ますます複雑になっています。例えば、REACH指令、EMC要件、新規格はすべて、使用されるコンポーネントの専門的なテストを必要とします。これらのテストに伴う追加コストは、フレキシブルPCBのコストに直接影響します。

品質を維持しながらPCBアセンブリコストを削減する方法

PCBアセンブリのコスト削減をお考えなら、いくつかの戦略があります。これには、ビジネス規模に合わせたメーカーの選択、ニーズを満たせるPCBアセンブラーの選択、リードタイムの計算などが含まれます。これらのステップを踏むことで、品質に妥協することなく、PCBアセンブリ全体のコストを削減することができます。

プリント基板組立コストを削減する設計戦略

PCBアセンブリのコストを削減するには、エラーを最小限に抑え、効率を高める設計戦略を使用します。多くの場合、これらの戦略には、コンポーネントを識別するためにフィデューシャルマーカーを使用することが含まれます。さらに、このような戦略により、コンポーネント全体の数を減らし、アセンブリの工数を削減することができます。

例えば、カスタム形状の代わりに一般的な形状を使用することで、より効率的にPCBを設計することができます。こうすることで、組立チームはより多くの標準部品を使用することができ、コストを削減することができます。また、ライフサイクルの終わりに近い高価な部品の使用も避けるべきです。より手頃な部品を使用することで、PCB1枚あたりのコストを削減することができます。

プリント基板を設計する際には、部品と工程のコストを考慮する。多くの場合、高価な部品は設計にとって過剰です。あなたの仕様を満たし、より安価な代替部品を探しましょう。同様に、数量に対して最低価格を提供するPCBメーカーを選びましょう。これらの戦略は、品質を犠牲にすることなくPCBアセンブリコストを削減するのに役立ちます。

ビジネスに合わせて拡張できるメーカーの選択

PCBの組み立てにはコストがかかりますが、ビジネスに合わせて規模を拡大し、ニーズに応えられるメーカーを選ぶことで、製造コストを削減することは可能です。複数の部品供給元を持つメーカーを選ぶと、コスト面で有利になります。PCBのサイズも重要な考慮事項のひとつで、小さければ小さいほど高価になります。さらに、PCBのコストは個々の部品点数にも左右されます。アセンブリに使用される独自の部品が多ければ多いほど、価格は下がります。

PCBの組み立てに使用される技術は、メーカーによって異なる。例えば、表面実装技術（SMT）はスルーホール技術よりもコスト効率が高く、効率的です。しかし、どちらの技術にも長所と短所があります。

PCBアセンブラーの選択

ー製造技術におけるー競争がー競争がー競争がー激化するー設計者はーーそのーそのーーそのーーーーーーーーーーPCBアセンブリは、ハードウェアエンジニアリングの重要なコンポーネントであり、全体的なコストに大きな影響を与えます。ーPCBアセンブリーはーPCBアセンブリー業者とーPCBアセンブリー業者とーPCBアセンブリー業者ー

PCBアセンブラーを選ぶ際には、顧客と長期的な関係を築いているところを探すべきです。そうすることで、彼らの仕事の質を確かめることができる。さらに、SMT部品を配置するためのロボットなど、組み立てプロセスを実行するための適切な設備を持っている必要があります。

PCBアセンブリのコストは、PCBに使用される電子部品の種類にも影響される。部品によって必要なパッケージの種類は異なり、より多くの工数を必要とします。例えば、BGAパッケージは従来の部品よりも完成までに多くの時間と労力を必要とします。これは、BGAの電気ピンをX線で検査する必要があるためで、アセンブリ・コストが大幅に増加する可能性があります。

リードタイムの計算

リードタイムを計算する際の主な問題は、PCBアセンブラーによってその方法が異なることです。リードタイムを計算するには、注文の開始日と部品を受け取った日を決定する必要があります。一般的なルールは、リードタイムが長ければ長いほど、PCBアセンブリは安価になるということです。

リードタイムを計算することは、いくつかの理由から重要である。第一に、プロジェクトの完了にかかる時間を理解するのに役立つ。生産工程では、リードタイムとは、依頼から最終納品までにかかる時間を指します。例えば、2週間のリードタイムで製品を発注した場合、2週間後には在庫切れになってしまうリスクがあります。さらに、製造工程での遅延や不都合は、リードタイムに影響を与える。最終的には、顧客満足度にも影響する。

結局のところ、リードタイムを短縮することはビジネスの効率化にとって不可欠です。待ち時間を減らすだけでなく、全体的なコストも下げることができます。特に小さな商品の場合、誰だって待つのは好きではありません。

片面、両面、多層フレックスPCBの違いは？

片面フレックス、両面フレックス、多層フレックスPCBの違いは何かと疑問に思うかもしれません。ここでは、これらについて知っておくべきことをいくつか説明します。まず、これらはより高価です。しかし、2層PCBに比べ、耐久性が高く、作業も簡単です。

2層PCBとの比較

PCBに関して言えば、2層フレックスPCBと4層フレックスPCBには多くの共通点と相違点があります。どちらのタイプのPCBも軽量でコスト効率に優れていますが、設計の複雑さが異なります。2つのPCBは表面積が異なりますが、プロトタイピングや開発には同等の性能を発揮します。さらに、どちらのタイプもPCB設計ソフトウェアや専門的な設計サービスの助けを借りて簡単に設計することができます。

フレックスPCBとリジッドPCBの主な違いの一つは素材です。フレックスPCB材料はリジッドPCB材料に比べて寸法安定性が低い。したがって、適切なフレックス材料を選択することが重要です。フレキシブルPCBを検討している場合、金属が役立ちます。金属を使って取り付け穴やエッジコネクタを補強することができ、コストを下げることができます。

両者のもう一つの違いは厚さである。2層フレックスPCBは厚みが薄く、太陽電池に最適です。低厚のフレックス基板は、コンピューターシステムや電力用途にも使用される。薄いフレックス基板は、RFIDシステムにも有用です。

より耐久性がある

両面フレックスPCBは2つの独立した導電層を持ち、その間にポリイミド絶縁層がある。通常、銅パッドとコネクターが装備され、導電層に加えてスティフナーや回路トレースを持つことができます。これらのPCBは非常に柔軟で軽量であり、片面PCBと比較して多くの利点があります。

片面フレキシブルプリント基板は、1層の導電性金属から作られている。両面フレキシブルPCBは、各面に導電性金属の層があり、単位面積当たりの配線密度が高くなります。両面バージョンは配線オプションも向上します。両面に実装された回路は、表面実装やスルーホール実装で電気的に接続できます。多層フレックスPCBは、2枚または3枚の両面FPCを貼り合わせたものです。絶縁層は通常、柔らかい材料で作られています。

多層PCBは片面PCBよりも頑丈に作られています。従来の基板よりも重量と熱に耐えることができます。また、多層にすることで、コネクタの高密度化や表面積の縮小が可能になります。また、様々な色で製造することができます。

仕事がしやすい

フレックスPCBは、三次元空間で曲げたり、折ったり、巻いたり、広げたりすることができる多用途で柔軟な回路基板です。その柔軟性により、高密度で高信頼性の製品に最適です。高い熱伝導性、シグナルインテグリティ、EMI耐性など、いくつかの利点があります。

フレックスPCBは層数が異なる。片面、両面、多層があります。また、フレキシブルPCBを製造するために使用される材料によって、耐熱性も異なります。フレキシブルPCBの耐熱性を決定するもう一つの要因は表面仕上げで、これは様々です。特定の用途に適した表面もあれば、そうでないものもあります。

片面PCBは一般的に多層PCBよりも柔軟性に欠けるが、それでも非常に手頃な価格である。両面PCBは、より柔軟で耐久性があり、一般的に、より高度なアプリケーションで使用されます。

より高価

片面フレックスPCBは単一の導電層のみで構成され、両面フレックスPCBよりも柔軟性があります。また、製造と設置が容易で、障害トレースに要する時間も短い。しかし、製造工程は他のフレックスPCBタイプよりも高価です。

片面PCBは一般的に高価ですが、両面および多層フレックスPCBはより手頃な価格です。両面PCBは、より複雑な回路設計に対応でき、最大2つの異なる回路設計を持つことができます。

両面PCBはまた、より多くの穴とビアがある。

片面PCBはFR4絶縁コア基板で構成され、底面に薄い銅コーティングが施されている。スルーホール部品は基板の部品面に取り付けられ、リード線は底面まで貫通して銅のトラックまたはパッドにはんだ付けされる。表面実装部品は、はんだ面に直接取り付けられ、導電性部品の配置が異なる。

また、片面FPCBは軽量でコンパクトであり、複数の構成でスタックされることが多い。また、ワイヤーハーネスやコネクターよりも柔軟性があります。形状を変えたり、ねじったりすることも可能です。FPCBの価格は、使用する材料や注文数量によって異なります。

冷間溶接を知るためのヒント

冷間溶接はソリッド・ステート・プロセスであり、リフローはんだ付けよりも強度の高い接合部が得られる。ただし、きれいな表面が必要である。冷間溶接を成功させるには、金属表面に酸化 膜が完全にないことが必要である。また、表面は完全に滑らかで、腐食やその他の汚染物質がない状態でなければならない。

冷間溶接は固体プロセスである

このプロセスでは、圧力を加えて表面の粗さを滑らかにすることで、2つの部品を接合します。

世界的なークラスチャンネルでークラスのークラブのーク溶接はーーテッドのーまた、金属表面を完璧に洗浄し、酸化 膜を除去する必要がある。冷間溶接ワイヤーには、適切な接合形状も必要です。ワイヤーがきれいになれば、正確に接合できる。

この方法は、はんだ付けよりも柔軟性がある。

疑似はんだ付けよりも安全

生ずる力を生ずる。この生ずるプロセスとは生ずるプロセスは生ずるプロセスは生ずるプロセスは生ずるプロセス。生ずるプロセスの生ずるプロセス。生ずるプロセス、生ずるプロセス。生ずる原子は生ずる原子は生ずる原子の生ずる原子を生ずる原子を生ずる原を生ずる。

この方法は何世紀も前から存在し、考古学者たちは青銅器時代の道具をつなぐのに使ってきた。冷間溶接が初めて正式に科学的に検証されたのは17世紀のことである。ジョン・テオフィラス・デサグリエ牧師が、2つの鉛球を接合するまでひねった。試験の結果、接合強度は母材と同じであった。冷間溶接はまた、熱影響部を作らないため、母材への変化を最小限に抑えることができる。

冷間溶接は、すべての材料に推奨されるわけではない。真鍮やアルミニウムのような特定の金属の接合には、炭素を多く含むため使用できない。さらに、冷間溶接は、他の工程でひどく硬化した材料の接合には使用できない。したがって、溶接を始める前に、どのような種類の金属を溶接したいのかを知っておくことが重要である。

清潔な表面を必要とする

冷間溶接は、金属表面間に冶金的結合を形成するプロセスである。このプロセスは、金属の表面が不純物のないきれいな状態である場合に最も効果的です。きれいな表面は、冷間溶接ワイヤーが不純物を正確に押し出すことができるため、冷間溶接には重要である。きれいな表面は、疑似はんだ付け反応を避けるためにも必要である。

冷間溶接には、材料の種類などいくつかの制限がある。このプロセスに使用する材料は、延性があり、カーボンを含まないものでなければならない。硬化プロセスを経ていない非鉄金属に冷間 溶接を施すのが最適である。軟鋼は、このプロセスで最も一般的な金属である。

このプロセスが適切に機能するためには、両方の金属がきれいで、酸化物やその他の汚染物質がない状態でなければならない。金属表面は平らで、十分にクリーニングされていなければならない。そうでなければ、接合はうまくいかない。金属を洗浄した後、高圧で押し付け合います。このプロセスは、金属間の微細構造レベルに作用し、ほぼ完全な接合を生み出す。ただし、酸化被膜が電気化学的接合を妨げるため、不規則な表面や汚れた表面には冷間溶接は不向きである。

リフローはんだ付けよりも強固な接合部が得られる。

冷間溶接は、接合部の強度が弱いリフローはんだ付けに代わる優れた方法です。リフローはんだ付けは、はんだを溶かすための熱に頼っており、はんだはワークピースに接着します。冷間溶接では、金属酸化物と戦う冷間溶接用フラックスを使用する。高温になるとワークピースが再酸化するため、フラックスの使用は強力なはんだ接合に不可欠である。これにより、はんだが適切に接合されなくなる。一方、木炭は還元剤として働き、はんだ付けの過程でワークピースが酸化するのを防ぎます。

冷間溶接では、はんだ付けのために基板を準備する。基板の表面は、汚染物質がなく、きれいでなければならない。良いはんだ接合部は、低角度の境界である凹状のフィレットを持つべきである。敏感な部品の過熱を避けるため、接合部は非常に低角度の境界でなければならない。接合部の角度が高すぎると、部品が故障することがある。そのような場合は、基板を再加熱するとよい。良いはんだ接合部は、表面が滑らかで明るく、はんだ線の輪郭が小さい。

リフローはんだ付けは、多くの用途、特に小型アセンブリーにおいて優れた選択肢です。一方、コールド・ジョイントは、母材と同等の強度を持つ。ただし、接合部の強度は部品の金属特性に依存し、不規則な形状では接合部の強度が低下する可能性があります。しかし、一般的な冷間圧接の用途で強度の高い接合部を得ることは不可能ではない。冷間圧接は、接触面が大きく平坦な用途に 最適である。冷間圧接は、接触面積の大きい重ね継手や突合せ継手にも最適である。