使用すべきソルダーマスク拡張値

PCBの最上部に来るソルダーストップマスク層は、表面層の銅箔を覆う保護膜となります。コンポーネントを取り付けはんだ付けができる表面を確保するため、ソルダーマスクを表面層のランディングパッドから引き戻す必要があります。最上層のパッドからソルダーマスクを剥がすと、パッドの端がある程度拡張し、コンポーネントにNSMDまたはSMDパッドが作成されます。

アセンブリの欠陥を防ぎ、はんだ付けのための十分なスペースを確保できるよう、ソルダーストップマスクの拡張をどの程度引き戻す必要があるでしょうか？結局のところ、部品の小型化とレイアウトの高密度化が標準となっているため、ソルダーマスクの拡張によってソルダーマスクに小さなスライバが形成され、表面層に残ります。そのため、ある時点で、ソルダーマスクの最小許容スライバと必要なソルダーマスクの拡張により設計ルールの競合が起き、これら両方を同時に満たすことができなくなる場合があります。

ソルダーマスクの拡張とスライバの間でバランスをとる

ペリメーター・パッド・サイズと位置ずれの許容差

これが、ポジティブなソルダーストップマスクの拡張を適用し、NSMD（Non-Solder Mask Defined）パッドを作成する主な理由です。これを正当化するのは、銅エッチングプロセスと関連しています。というのも、銅エッチングは湿式化学プロセスで、ソルダーマスクの塗布よりも精度が高いためです。そのため、パッドの全領域を常に露出させるために、パッドの周囲に十分な大きさのソルダーマスクの拡張を施しています。

ソルダーレジスト塗布プロセスの精度が低いと位置がずれる可能性があり、ソルダーストップマスクがPCBレイアウトで定義された位置と完全に一致しません。ただし、ソルダーマスクの拡張が十分に大きい場合は、位置ずれが補正され、ソルダーマスクを通してパッドが完全に見えるようになります。私が見てきた中でソルダーマスク拡張の最小推奨値はパッド全方で3milというもので、これにより約2milの位置ずれが補正されます。

パッドがすでに十分に大きい場合は、ソルダーマスクの拡張値を小さくすることができます。より大きなパッドを使い、拡張値を小さくすると、多少の位置ずれがあっても、露出したパッド領域が十分に大きくなることが保証されます。いずれにせよ、近くのパッド/ビアの間にソルダーダムを置く必要性も検討する必要があります。

ソルバーダムの最小サイズ

ソルダーレジストの最小スライバサイズにより、特定のリードピッチに適用できるソルダーストップマスクの拡張開口部が制限されます。リードピッチが十分に大きい場合は、ソルダーダムの限界に達することを心配することなく、いつでも大きなソルダーマスクの拡張を適用できます。リードピッチが狭かったり、コンポーネントが密集したりすると、ソルダーマスクの最小スライバサイズに影響する可能性があります。その場合、位置ずれを補正するか、ソルダーダムを常に確保するかを決定する必要があります。ピッチ配列が細かいコンポーネントでは、後者を選択するのがお勧めです。

ソルダーストップマスクウェブをPCB基板の表面に貼り付けるには少なくとも約3mil必要なので、パッドピッチが20mil以上の場合、パッド周りのソルダーマスクの膨張を最小限に抑えることができます。内部リード（BGAフットプリントの内部ボールなど）では、SMDパッドを使用し、パッドとビアの間に小さなダムを配置するのが適切です。

値の決定は製造会社に任せるべきか？

ブランケット設計ルールを設定し、0milまたは1milの拡張を適用して密度要件を達成できるようにした場合、製造業者は追加の拡張値を適用する可能性があります。この場合、製造業者は貴社にそれを伝えないかもしれません。ですから、表面層のパッドとソルダーストップマスクステンシルの間の位置ずれを補正するために製造業者が拡張値を適用することがあることを知っておくとよいでしょう。

私自身は、次の2つの理由から、ほとんどのプロジェクトでマスクを0milに設定しています。

1. 非常に高密度のレイアウトでない限り、ほとんどのコンポーネントに使用しているフットプリントには十分な大きさのパッドがあり、一般的な程度の位置ずれでパッドのはんだ付け領域が大幅に減少することがないため。
2. 私が契約している製造業者は数社しかなく、彼らがソルダーマスクの拡張値を増やす傾向にあることや、そのプロセスについて私自身がよく理解しており、彼らがDFMレポートを送ってくるときには、どのような修正したいのかを正確に確認する機会があるため。

2点目は、契約先の製造業者や実装業者の作業の傾向やプロセスを貴社が理解しておくべき理由を浮き彫りにしています。当社には、中小規模の顧客プロジェクトに限って使用する製造パートナーが数社あり、彼らが何を期待し、最初のDFM/DFAレビューの後に当社が受け取るかもしれないフィードバックを把握しています。

製造業者に意図を正確に伝えたい場合は、製作図面で明確に指示する必要があります。製作図面には、製造業者が特定の範囲（おそらく+/-3mil）内でソルダーレジストの開口部を変更することができることを明記しておきます。もう1つのオプションは、ソルダーマスク拡張の許容差を設定してから、最小スライバ幅を指定することです。許容差が小さすぎる場合、基板が返送されてくることがあり、その時点で許容差を緩めなければならないことがあります。

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