スプレー vs スクリーン 溶接 マスク PCB の 違い,用途,選び方

はんだレジストは、PCB製造の縁の下の力持ちであり、銅配線の腐食から保護し、組み立て中の短絡を防ぎ、長期的な信頼性を確保します。しかし、すべてのはんだレジストの適用が同じように作られているわけではありません。業界では、スプレーはんだレジストとスクリーンはんだレジストの2つの主要な方法が主流であり、それぞれに独自の強み、制限、および理想的な使用事例があります。

スマートフォン用の高密度HDIボードを設計する場合でも、産業用制御用のシンプルな単層PCBを設計する場合でも、適切なはんだレジストの適用方法を選択することは、コスト、精度、および耐久性に影響します。このガイドでは、スプレーはんだレジストとスクリーンはんだレジストの主な違いを解説し、プロジェクトに最適なオプションを選択するのに役立ちます。

はんだレジストとは何か、なぜ重要なのか？
はんだレジストは、エッチング後にPCBに塗布されるポリマーコーティングであり、3つの重要な役割を果たします。

1.電気絶縁：露出した銅配線を覆い、隣接する導体間の意図しない短絡を防ぎます。
2.腐食保護：銅を湿気、ほこり、および化学物質から保護し、PCBの寿命を延ばします。
3.はんだ制御：はんだが付着する領域（パッド、ビア）と付着しない領域（配線、スペース）を定義し、組み立てを合理化します。

はんだレジストがないと、PCBは頻繁な短絡、急速な銅酸化、および一貫性のないはんだ付けに悩まされ、電子機器の信頼性を損なう問題が発生します。

スプレーはんだレジスト：複雑な設計のための精度
スプレーはんだレジストは、自動または手動のスプレーシステムを使用して、PCB表面全体に液体ポリマーコーティングを均一に塗布します。このプロセスは塗装に似ており、マスクは、事前に定義されたパッドとビア（一時的なレジストまたはテープで保護）を除くすべての領域に付着します。

スプレーはんだレジストの仕組み
1.準備：PCBを清掃して、付着を妨げる可能性のある油、ほこり、および残留物を取り除きます。
2.マスクの塗布：加圧スプレーガンまたは自動ノズルが、液体はんだレジスト（通常はエポキシまたはウレタンベース）を細かいミストで塗布します。
3.硬化：マスクはUV光または熱（120〜150℃）で硬化され、耐久性のある均一な層を形成します。
4.露光と現像：フォトイメージング可能なスプレーマスクの場合、UV光がフォトマスクを通してマスクを露光し、未露光領域（パッド、ビア）が洗い流され、正確な開口部が残ります。

スプレーはんだレジストの主な利点
1.均一なカバレッジ：スプレーは、不均一な表面、複雑な形状、または高さが異なるPCB（すでにコンポーネントが実装されているなど）でも、一貫した厚さ（10〜30μm）を保証します。
2.微細な機能のための精度：スクリーン印刷が汚れやギャップのブリッジングを引き起こす可能性がある、狭い配線間隔（≤50μm）または小さなビア（≤0.2mm）のHDI PCBに最適です。
3.適応性：ステンシルが届かない、不規則な形状のPCB（湾曲した自動車パネルなど）または切り欠きのあるボードで機能します。
4.廃棄物の削減：最新の静電スプレーシステムは、オーバースプレーを最小限に抑え、古いスプレー方法と比較して材料の使用量を削減します。

スプレーはんだレジストの最適な使用事例
1.高密度相互接続（HDI）PCB：小型コンポーネントと高密度配線レイアウトを備えたスマートフォン、ウェアラブル、およびIoTデバイス。
2.複雑な多層ボード：均一な絶縁が不可欠な8層以上のテレコム機器またはデータセンタースイッチ。
3.不規則な形状のPCB：非長方形設計の自動車センサー、航空宇宙コンポーネント、または医療機器。

スクリーンはんだレジスト：シンプルな設計のための費用対効果
スクリーンはんだレジスト（「スクリーン印刷」とも呼ばれます）は、ステンシル（スクリーン）を使用して、特定の領域にのみはんだレジストを塗布します。ステンシルには、PCBの配線パターンに一致する開口部があり、マスクが配線を覆い、パッドとビアを露出させます。

スクリーンはんだレジストの仕組み
1.ステンシルの作成：金属またはメッシュステンシルは、PCBの設計に合わせてレーザーカットされ、パッドとビア用の開口部が設けられています。
2.アライメント：ステンシルは、フィデューシャルマークを使用してPCBに正確にアライメントされ、開口部がパッドと一致するようにします。
3.マスクの塗布：スキージが液体はんだレジストをステンシルの開口部を通して押し込み、配線にマスクを堆積させます。
4.硬化：マスクは熱またはUV光で硬化され、PCB表面に接着します。

スクリーンはんだレジストの主な利点
1.コスト効率：ステンシルは再利用可能であり、スクリーン印刷は大量生産（10,000ユニット以上）に最適であり、ユニットあたりのコストが大幅に削減されます。
2.速度：自動スクリーン印刷機は、シンプルな設計の場合、スプレー方法よりも高速で、1時間に50〜100枚のPCBを処理できます。
3.厚さの制御：スキージ圧力を変えることで、マスクの厚さ（20〜50μm）を簡単に調整でき、追加の絶縁が必要なアプリケーションに役立ちます。
4.シンプルさ：スプレーシステムと比較して、技術的な専門知識が少なく、オペレーターのトレーニング時間を短縮できます。

スクリーンはんだレジストの最適な使用事例
1.低密度PCB：産業用制御、電源、または広い配線間隔（≥100μm）の家電製品。
2.大量生産：コストと速度が微細ピッチの精度よりも重要な電化製品、おもちゃ、または基本的なセンサー。
3.単層または二層ボード：複雑な形状が問題にならない、層数の少ないシンプルな設計。

スプレー vs. スクリーンはんだレジスト：直接比較

環境への影響：スプレー vs. スクリーン
1.スプレーはんだレジスト：古いシステムは、オーバースプレーにより多くの廃棄物を生成し、一部の液体マスクに含まれる揮発性有機化合物（VOC）には適切な換気が必要です。ただし、最新の水性スプレーマスクと静電システムは、VOCを50〜70％削減します。
2.スクリーンはんだレジスト：ステンシルがマスクを正確に堆積させるため、廃棄物が少なく、水性スクリーンマスクが広く利用されています。これにより、スクリーン印刷は、大規模生産にとってより環境に優しいものになります。

適切なはんだレジスト方法を選択する方法
スプレーはんだレジストとスクリーンはんだレジストの選択は、4つの主要な要因によって異なります。
1. PCB設計の複雑さ
PCBに次のものがある場合は、スプレーを選択してください。
    配線間隔≤50μm
    ビア≤0.2mm
    不規則な形状または切り欠き
    すでにコンポーネントが実装されている（リワークまたはアセンブリ後のマスキング）
PCBに次のものがある場合は、スクリーンを選択してください。
    配線間隔≥100μm
    シンプルな長方形の形状
    マスキング中にコンポーネントが実装されていない

2. 生産量
    少量（≤1,000ユニット）：ステンシルのセットアップコストが節約を上回るため、スプレーが好ましいことがよくあります。
    大量（≥10,000ユニット）：スクリーン印刷の再利用可能なステンシルは、ユニットあたりのコストを大幅に削減します。

3. パフォーマンス要件
    高い信頼性が求められるアプリケーション（航空宇宙、医療）：スプレーマスクの均一な厚さと精度により、不均一な絶縁による故障のリスクが軽減されます。
    コスト重視のアプリケーション（家電製品）：スクリーンマスクは、品質と手頃な価格のバランスをとっています。

4. 材料の互換性
    高温PCB（自動車のフード下）：150℃以上の温度に耐える耐熱スプレーマスク（シリコンベースなど）を選択してください。
    標準PCB（電化製品）：エポキシベースの材料を使用したスクリーンマスクはうまく機能し、コストも安くなります。

はんだレジストを成功させるための専門家のアドバイス
    付着性のテスト：どちらの方法でも、PCBを清掃する必要があります。マスキング前にX線蛍光（XRF）を使用して残留物がないか確認してください。
    厚さの制御：薄すぎる（≤5μm）とピンホールのリスクがあり、厚すぎる（≥50μm）と、はんだ付けを妨げる可能性があります。10〜30μmを目指してください。
    マスクをはんだに合わせる：鉛フリーはんだ（融点が高い）には、剥離を避けるために耐熱マスク（Tg≥150℃）が必要です。

よくある質問
Q：スプレーはんだレジストは大量生産に使用できますか？
A：はい、ただし、10,000ユニット以上の場合、スクリーン印刷ほど費用対効果が高くありません。静電システムを備えた自動スプレーラインは拡張できますが、ステンシルは大量生産の方が安価です。

Q：スクリーンはんだレジストはHDI PCBに有効ですか？
A：まれです。スクリーン印刷は、配線間隔≤50μmに苦労し、配線間のマスクブリッジングやパッドのカバーのリスクが高まります。

Q：どちらのはんだレジスト方法がより耐久性がありますか？
A：どちらの方法も、適切に適用すれば耐久性のあるマスクを生成しますが、スプレーマスクの均一な厚さは、湿気や熱サイクルに対するより優れた耐性を提供することがよくあります。

Q：どちらの方法にも環境に優しいオプションはありますか？
A：はい。水性スプレーマスクとスクリーンマスクはVOCを削減し、多くのメーカーが現在、RoHS準拠のハロゲンフリー配合を提供しています。

Q：同じPCBでスプレーマスクとスクリーンマスクを混在させることはできますか？
A：特殊なケースでは、はい。たとえば、スクリーンマスクは、大きくてシンプルな領域をカバーし、スプレーマスクは微細ピッチセクションを処理する場合があります。ただし、これにより、複雑さとコストが追加されます。

結論
スプレーとスクリーンのはんだレジストは、それぞれ特定のシナリオで優れています。スプレーマスクは、複雑で少量生産の設計に精度を提供し、スクリーンマスクは、シンプルで大量生産のPCBに費用対効果を提供します。設計の複雑さ、生産量、およびパフォーマンスのニーズに合わせて選択することで、業界標準を満たす、信頼性が高く、費用対効果の高いPCBを確実に実現できます。

最先端のHDIボードを構築する場合でも、基本的な産業用制御PCBを構築する場合でも、これらの違いを理解することが、適切なはんだレジスト方法を選択するための鍵であり、最終的に製品の耐久性、パフォーマンス、および最終的な利益に影響を与えます。