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PCBの試作や量産工程のフィードバックで最もよく聞かれる苦情は、「ショートが多すぎて歩留まりが低い」というものです。多くの人は、ステンシルの設計が適切ではない、リフロー炉の温度プロファイルが適切ではない、はんだペーストのブランドが適切ではないなどと真っ先に考えます。しかし、実際に基板を手に取ってよく観察してみると、ステンシルを作成した時点でショートが事前に決まっていたことが分かります。ソルダーマスクブリッジが欠落していたからです。
ソルダーマスクブリッジ（またははんだダム）とは、隣接する2つのパッドの間にある薄い緑色のインクの帯です。厚さは通常20～30μm、幅は0.1～0.15mmと肉眼ではほとんど見えません。しかし、このブリッジが、0402、0.5mmピッチQFN、0.4mmピッチBGAが1回のリフローで99%の歩留まりを達成できるかどうかを左右するのです。
なぜ現代のPCBはソルダーレジストブリッジと切っても切れない関係にあるのでしょうか？
かつては、両面基板やスルーホール部品を製造する際、パッド間隔は2.54mmであることが多く、グリーンソルダーレジストを非常に広く設定しても問題ありませんでした。ウェーブソルダーリングでさえ、ソルダーレジストがはんだをブロックしていました。しかし、鉛フリー+SMTの登場により、すべてが変わりました。
図 ソルダーマスクブリッジ
パッドは小さくなり、間隔はより密になりました。
0.4mmピッチのICは、ローエンドからミッドレンジのコントローラでは標準となり、0.35mmピッチのPMICやDDR4チップはどこにでも見られ、0201や01005の抵抗器やコンデンサが数十個も簡単にまとめて実装されています。2つのパッド間の物理的な間隔は、わずか0.15～0.2mmです。はんだペーストが印刷されると、それは連続した線状になります。リフロー温度をわずかに（5℃）上げるか、リフロー時間を3秒長くするだけで、すぐにはんだブリッジが発生します。
はんだペーストの量が制御されていないことが、ショートの根本的な原因です。はんだペーストは、溶融する前に表面張力によってパッド上に「滞留」します。2つのパッドの間にはんだマスクがない場合、液状のはんだはすぐに銅配線に沿って上昇し、ブリッジを形成します。はんだマスクブリッジはダムのように機能し、液状のはんだを各パッドの領域内に閉じ込めます。
テストとリワークの必要性。はんだマスクブリッジがないと、ICTベッドに取り付けられたプローブは、2つ、あるいは3つのパッドを同時に貫通してしまうことが多く、その結果、すぐにテスト不合格となります。リワーク中は、はんだ除去ワイヤが取り外せなくなり、ホットエアガンを使用するとリード線列全体が溶けてしまい、最終的には基板全体が使用不能になります。
はんだマスクブリッジの影響を最も受けやすい部品はどれですか？
ピッチ0.5mm以下のQFP/QFN/LGA/DFNパッケージ
BGAボールピッチ0.8mm以下（特に携帯電話およびタブレットのマザーボード向け）
ピッチ0.4mm/0.5mmのSOIC、SOP、SOTパッケージ
0402/0201/01005表面実装抵抗器およびコンデンサの高密度実装領域
Type-C、HDMI、FPCコネクタ用のファインピッチパッド
中央にヒートシンクを備えたQFN（周辺ピンにははんだペーストブリッジが必要です。そうでないと、ヒートシンクからのはんだペーストが周囲のピンを完全に覆ってしまいます）
多くのハードウェアエンジニアは、設計時に回路図とレイアウトの見た目のみを重視し、デフォルトのはんだマスク拡張幅0.05mmでは、0.5mmピッチのICでは実際にははんだペーストブリッジ用のスペースが0.5 - 0.1 = 0.4mmしかないことに気づいていません。アライメント公差を差し引くと、わずか0.05mm、あるいはマイナスの値になる場合もあり、その結果、工場でウィンドウ全体が開いてしまい、ショートの原因は完全にお客様の責任となります。
正しい設計方法
パッド間隔が0.5mm以上の場合、ソルダーマスクの膨張を0.04～0.05mmに抑え、少なくとも0.1mmのソルダーマスクブリッジを維持することを推奨します。
パッド間隔が0.4mm以下の場合、ソルダーマスクの膨張は0.035mm以下、あるいは0.025mm以下である必要があります（高精度部品を扱うメーカーに事前に確認してください）。
QFNセンターヒートシンクは、グリッド分割またはウィンドウ分割を使用し、ウィンドウを完全に開放しないでください。
重要な部品にティアドロップを追加すると、ソルダーマスクの密着性が大幅に向上し、ソルダーマスクブリッジの破損を防止できます。
ガーバー出力を行う前に、CAMツールを使用してソルダーマスクレイヤーを確認し、誤って結合されたウィンドウがないことを確認してください。
ソルダーマスクブリッジは、単なる「美観設計」ではなく、SMTプロセスにおける最後の防御線です。
