PCB技術 - 枠ありのはんだマスクと枠なしのはんだマスクは違いがありますか。

PCB（プリント基板）製造とSMT（表面実装技術）組立過程において、枠ありのはんだマスクと枠なしのはんだマスクは重要なプロセスツールとして、名称が似ているため混同を引き起こすことが多い。しかし、両者は機能の位置づけ、構造設計、製造技術及び応用シーンに本質的な違いがある。

一、機能の位置づけ

枠ありのはんだマスクのコア機能は半田ペースト印刷制御である。SMT組立の最初の工程として、枠ありのはんだマスクはレーザー切断または電鋳プロセスによってステンレス枠なしのはんだマスクにPCBパッドに対応する穴を形成し、その作用は「精密スクリーン」と類似している。印刷中、枠ありのはんだマスクはPCB表面に貼り合わせ、ドクターブレードは溶接ペーストを穴を通してパッドに均一に塗布し、各溶接点の錫量が正確に制御できるようにする。例えば、0201チップパッケージでは、枠ありのはんだマスクの孔径を0.3 mmまで正確にする必要があり、孔壁の粗さは≦3μmであり、錫膏の残留による短絡リスクを回避する。

枠なしのはんだマスクは主に位置決めと支持機能を担う。精密手動シルク印刷テーブルまたは小型PCB組立において、枠なしのはんだマスクは補助工具としてよく使用される。

位置決め機能：Z軸調整支柱によりPCB位置を固定し、鋼網とPCBパッドの厳密な継ぎ目を確保する。例えば、ある型番の精密スクリーン印刷台は底部ねじによって位置決め柱の高さを調整し、枠なしのはんだマスクとPCBの貼り合わせ誤差を±0.05 mm以内に制御する。

支持機能：フレキシブルPCB（FPC）組立において、鋼片は剛性バックプレートとして、印刷時のPCB変形を防止することができる。ある携帯電話FPCメーカーは、印刷オフセット率を3%から0.5%に下げるために、厚さ0.2 mmのステンレス枠なしのはんだマスクを支持として採用している。

枠ありのはんだマスク VS 枠なしのはんだマスク

二、構造設計

枠ありのはんだマスクは全板被覆構造であり、その寸法はPCB板面と完全に一致し、厚さは通常0.1-0.3 mmの間である。プロセスのニーズに応じて、枠ありのはんだマスクは3つの種類に分けることができます。

錫ペースト枠ありのはんだマスク：穴は直接パッドに対応し、リフロー溶接に使用される。あるハイエンドサーバーPCBは階段枠ありのはんだマスクを採用し、BGA領域で局所的に0.05 mm薄くして、大サイズ半田ボールの錫量を制御する。

赤膠枠ありのはんだマスク：穴は素子パッドの中間に位置し、ピーク溶接前のディスペンサー固定に用いられる。ある工業制御板は赤膠枠ありのはんだマスクを通じて素子の変位率を15%から2%以下に下げた。

二重技術枠ありのはんだマスク：錫ペーストと赤ゴム機能を組み合わせ、混合組立技術に適用する。ある自動車電子メーカーは二層はんだマスク構造を採用し、上層に錫ペーストを印刷し、下層に赤膠を塗布し、単回炉通過による全板組立を実現した。

枠なしのはんだマスクは局所的に使用される小サイズのシートが多く、一般的な規格は50 mm×50 mmから200 mm×200 mmである。その設計特徴は以下を含む：

エッジ処理：面取りまたは研磨プロセスを採用し、手作業時の傷を避ける。ある実験室のテストによると、面取りされていない鋼片は拭き取り清掃時に30%の操作者の手の切り傷を引き起こし、面取り処理後のリスクはゼロになった。

厚さのカスタマイズ：支持ニーズに応じて厚さを調整し、フレキシブルPCB支持枠なしのはんだマスクの厚さは通常0.1-0.5 mmであり、高精度位置決めはんだマスクは1.0 mmに達することができる。

三、製造技術

鋼網製造は超精密加工分野に属し、核心技術は以下を含む：

レーザー切断：ファイバレーザーを用いて304ステンレスはんだマスクに穴を切断し、精度は±0.02 mmに達することができるが、穴壁はスラグを発生しやすい。あるメーカーは電解研磨技術により穴壁粗さを8μmから3μmに下げ、錫ペーストの放出率を12%向上させた。

電鋳成形：ニッケルめっき層により孔壁を形成し、0.3 mm以下の超微細ピッチ素子に適用する。ある半導体パッケージ企業は電鋳鋼網を採用し、QFNデバイスの空溶接率を5%から0.3%に下げた。

混合プロセス：レーザー切断と化学エッチングを結合し、枠ありのはんだマスクの局所領域で異なる厚さを実現する。ある鉱機PCBメーカーは混合プロセスはんだマスクを通じて、高消費電力チップ領域の放熱パッドの錫量を30%増加させた。

鋼板製造はコストと効率のバランスを重視し、主な技術は以下を含む：

プレス成形：金型を用いて位置決め穴または支持構造をプレスし、コストはレーザー切断より60%減少したが、精度は±0.1 mmしか達成できなかった。

CNC加工：NCフライス加工により複雑な輪郭を加工し、異形PCB支持に適用する。ある医療機器メーカーはCNC鋼片を採用し、円形FPCの印刷オフセット率を0.1 mm以内に制御している。

表面処理：サンドブラストまたは陽極酸化プロセスを用いて耐摩耗性を向上させる。ある消費電子メーカーは硬質陽極酸化処理により、鋼片の使用寿命を500回から2000回の印刷サイクルに向上させた。

四、業界応用

枠ありのはんだマスクはハイエンド電子製造のコア消耗品であり、その応用シーンは以下を含む：

サーバーとデータセンター：あるクラウドコンピューティングメーカーは厚さ0.08 mmの電鋳はんだマスクを採用し、XeonプロセッサーPCBのBGA溶接良率を99.95%に引き上げた。

自動車電子：ある新エネルギー自動車企業は枠ありのはんだマスク孔径補償技術を通じて、IGBTモジュールの溶接空洞率を8%から1%以下に下げた。

航空宇宙：ある衛星PCBメーカーはチタン合金鋼網を採用し、−55℃〜125℃の温度サイクル試験において寸法安定性を維持し、溶接点の信頼性を確保した。

枠なしのはんだマスクは中小ロットと原型製造に広くサービスしている：

研究開発実験室：ある大学実験室は可変式鋼片支持体を採用し、異なる厚さの鋼片を交換することによりPCB厚さシミュレーションを実現し、新製品の開発周期を40%短縮した。

フレキシブルエレクトロニクス：あるウェアラブルデバイスメーカーは0.1 mm厚はんだマスクをFPCに採用し、0.3 mmピッチ素子の印刷合格率を70%から95%に向上させた。

修理市場：ある第三者修理企業がモジュール化鋼片倉庫を開発し、主流携帯電話の型番の90%をカバーし、BGA修理時間を2時間から30分に短縮した。

枠ありのはんだマスクと枠なしのはんだマスクの違い、本質は精密製造と柔軟性生産のバランスである。枠ありのはんだマスクはミクロンレベルの精度制御により大規模な工業化生産を実現し、枠なしのはんだマスクはミリレベルの許容差で多様なカスタム需要を満たす。PCBが高密度、柔軟性化の方向に発展するにつれて、両者は融合の傾向を呈している：あるメーカーが開発したスマート鋼網システムは、内蔵センサーを通じて鋼片の変形をリアルタイムで監視し、印刷オフセット補償精度を0.01 mmレベルに引き上げた。将来的には、AIアルゴリズムと新材料技術の応用に伴い、鋼網と鋼片の境界はさらに曖昧になるだろうが、電子製造生態における補完的価値は持続的に存在するだろう。