ソルダーレジストはPCBの大部分を覆い、パッドなど必要な箇所だけを露出させる恒久的な高分子被膜です。適切な仕様は緑や黒といった色の指定だけではありません。露出させる銅、位置合わせ公差の扱い、必要なレジストダム、ビアの処理、適用する性能規格まで定めます。
本ガイドでは、それらを実用的な設計ルールと製造注記に整理します。最小寸法は基板メーカーの材料、露光装置、銅厚、位置合わせ能力に依存します。以下は共通の製造能力表ではなく、製造業者が承認するルールをつくるための枠組みとして利用してください。
ソルダーレジストの役割#
ソルダーレジストは実装時にはんだがぬれる範囲を制限し、取り扱いや汚染から導体を保護し、露出部間を電気的に絶縁します。IPCのSolder Mask Handbookも、製造、実装、使用時の積層板、穴、配線の保護を役割として説明しています。
コンフォーマルコーティングとは別物です。ソルダーレジストはベア基板製造時に塗布され、PCBの一部になります。コンフォーマルコーティングは通常、実装後に部品や露出導体を保護するために施します。どちらも必要な沿面距離、空間距離、環境封止の代わりと考えてはいけません。
PCBに使われるレジストと被覆材#
| 種類 | 一般的な用途 | 設計への影響 |
|---|---|---|
| 液状感光性レジスト（LPI） | 多くのリジッド基板・多層基板 | 工程管理が適切なら微細開口と精密なパターン形成に対応 |
| 感光性ドライフィルム | 一部の微細パターン・特殊工程 | 膜厚とラミネート条件が銅の凹凸周辺の被覆に影響 |
| フレキシブル用ソルダーレジスト | フレキシブル回路の繰り返し屈曲部や曲がる領域 | 屈曲への適合確認が必要。リジッド用材料では割れる可能性 |
| カバーレイ | 従来型のフレキシブル回路 | 機械加工の開口には感光性レジストより大きい公差が必要 |
| 特殊レジスト | 高温、高電圧、光学、化学環境 | 製造リリース前に適格性と用途別試験を合意する |
一般的なリジッド基板ではLPIを想定しますが、図面には必要な適格性、色、仕上がりも記載すべきです。フレックスとリジッドフレックスでは、フレキシブル用レジストとカバーレイを区別し、屈曲部を明示してください。
IPC-SM-840と完成基板の受入基準#
IPC-SM-840は恒久ソルダーレジストとフレキシブル被覆材料の適格性・性能仕様です。IPCの現行標準化状況にはRevision Fが掲載されています。材料とその性能体系を扱う規格であり、個々の基板のパッド開口や製版公差をすべて自動的に定めるものではありません。
完成基板の受入判定には、適用するプリント基板性能仕様、製造図面、合意したクラスも関わります。注記では材料の適格性を指定し、パターン、位置合わせ、被覆、外観判定を別に定めると明確です。「IPC Class 2 solder mask」の一言で被膜を完全に指定できると考えないでください。
高信頼性、高電圧、医療、自動車、過酷環境の製品では、密着性、絶縁抵抗、耐薬品性、温度サイクル、電気化学的マイグレーションの追加試験が必要か確認します。IPC-HDBK-840は、用途固有の特性すべてが一般的な材料認定に含まれるわけではない理由を説明しています。
レジスト開口の拡張量#
レジスト拡張量は、銅パッドの輪郭とレジスト開口の輪郭との差です。正の拡張では開口がパッドより大きくなります。負の拡張ではレジストが銅に重なり、管理されたレジスト定義パッドや特殊な箇所に限って使われます。
正の拡張は位置ずれを吸収し、はんだ付けするパッドへレジストがかからないようにします。露光と層間位置合わせの公差をカバーしつつ、隣接パッド間に必要なレジストを残せる値を選ぶ必要があります。
CADではパッドのクラスや部品種類ごとに拡張量を設定します。BGA、コネクタ、テストポイント、大型機械用パッドへ、引き継いだ一つの既定値を無検討で適用しないでください。例えばAltiumでは、選択したパッドや部品クラスに適用範囲を絞れる製造設計ルールとして設定できます。
SMDパッドとNSMDパッド#
NSMD：銅で接合範囲を定めるパッド
NSMD（Non-Solder Mask Defined）ではレジスト開口が銅ランドより大きく、銅の端がはんだ付け可能な範囲を決めます。パッド上面と側面にはんだがぬれ、銅寸法はエッチング工程で管理されるため、BGAで広く使われます。
SMD：レジストで接合範囲を定めるパッド
SMD（Solder Mask Defined）ではレジストが銅に重なり、開口が露出面積を決めます。機械的に弱いパッドの保持や、特定パッケージの推奨形状に有効な場合がありますが、位置合わせと密着性がより重要になります。
部品メーカーのランドパターン指針と実装業者の推奨工程に従ってください。理由を文書化せず一つのBGA内でSMDとNSMDを混在させると、はんだ量や接合形状が不均一になる可能性があります。
レジストダムの最小幅#
レジストダム、ウェブ、スリバーは、隣り合う二つの開口間に残る細いレジストです。製造工程で再現できる幅より細いと剥がれたり、データ準備時に削除されたりします。その結果、設計者が分離したつもりの開口がつながる場合があります。
次の二つの値を別々に確認してください。
- 形成可能な最小ウェブ：露光・現像でき、その後の工程にも耐えられる最小のレジスト幅。
- 完成品で保証される最小ウェブ：位置合わせと工程公差を含めても残る幅。
両者は同じではありません。微細ピッチBGAでは個別のダムを保証できず、一括開口を意図的に使う場合があります。ペースト設計、検査、はんだブリッジのリスクを一緒に評価できるよう、製造リリース前に決めてください。
位置合わせとレジスト・銅間のクリアランス#
レジストの位置合わせとは、形成したレジストパターンと銅パターン・穴の位置関係です。小さなパッドの周囲に小さな開口がある場合や、開口が別の配線に近い場合にリスクが高まります。
DFMでは公差の両方向を確認します。最大位置ずれでも機能パッドを覆わないだけの開口が必要ですが、逆方向へずれて隣接銅を露出させてもいけません。微細な形状では、公称拡張量だけでなく、実際のパッド、開口、間隔、位置合わせの前提値を提示してください。
IPCの超薄型テストパッケージに関する技術資料は、0.4 mmピッチのランド周辺で位置合わせが重要で、意図したランド面へレジストが重なってはいけないと説明しています。微細ピッチの受入基準は、選定した製造業者の検証済み工程に結び付ける必要があります。
ビア：テンティング、穴埋め、充填、露出#
会話で「ビアを覆う」と言っても、複数の構造が考えられます。用語と図面注記を明確にします。
- テンティング：片面または両面のビア開口をレジストで覆います。
- プラグ処理：指定した材料や工程で穴を埋める、または閉じます。
- 充填・キャップ：穴を充填し、平坦化して銅めっきを施し、ビアインパッドに使います。
- 露出：テスト、はんだ付け、熱接続のため、ビアパッドや穴をレジスト開口で露出させます。
レジストのテンティングだけでは大きな穴を確実に封止できず、薬液残留が問題になる場合もあります。ビアインパッドでは、はんだ流出防止をレジストに頼らず、検証済みの充填・キャップ工程を指定してください。オンラインGerberビューアで完成データを見直し、ドリル表と照合しましょう。
テストポイント、コネクタ、機械要素の開口#
電気的接触が必要なテストポイントは露出させ、位置合わせ公差を考慮してもプローブが当たる平坦な金属面を確保します。テストパッドが配線に近い場合は、レジストだけを絶縁障壁と考えず、銅のクリアランスを広げてください。
エッジコネクタや金めっき端子では、接触面を汚したり面取りを妨げたりしないよう、レジストの後退量を管理します。機械用パッド、シャーシ接点、シールドランドにも意図的な開口が必要です。取り付け穴は、接地、はんだ付け、めっき、絶縁の要否に従って露出または被覆を決めます。
選択はんだ付けや手はんだのコネクタでは、実装工程と合わせて開口クリアランスを検討します。大きすぎる開口は近傍銅の露出やブリッジを招き、小さすぎる開口はぬれを妨げたりパッド端に硬化レジストを残したりします。
色、仕上がり、光学検査#
緑が一般的なのは、多くの工場で工程や検査設定が成熟しているためです。ただしブランド表現や光学特性が重要なら、ほかの色も使えます。色はコントラスト、不透明度、ときには形成可能な微細寸法にも影響します。黒や白は検査しにくい場合があり、白は繰り返し加熱で変色することがあります。
どの色でも最小ダム、位置合わせ能力、納期が同じとは限りません。外観が重要なら色基準や承認見本を指定し、外観のばらつきを許容するか示してください。黒色PCBガイドでは、黒レジスト特有の検査と材料のトレードオフを解説しています。
つや消し・光沢の表現も供給業者によって異なります。普遍的な外観等級ではなく、合意した製造上の属性として指定してください。
レジスト厚と銅の凹凸#
完成したレジストの厚さは完全には均一でありません。液体材料が三次元の表面を流れ、硬化するため、基材上、配線の端、高い銅形状上では厚さが異なる場合があります。厚銅では、導体の角や密集配線間を十分に覆うことが難しくなります。
最小絶縁厚が重要なら、必要な位置と測定方法を指定します。測定位置を示さない一律の公称厚さは曖昧です。選んだレジストと塗布工程が、リリースする銅厚に適合しているか確認してください。
安全絶縁をレジスト厚だけで管理しないでください。沿面距離と空間距離は、適用安全規格、汚損度、電圧、材料グループ、コーティングの適格性を考慮する必要があります。
代表的なレジスト不良#
| 不良 | 主な懸念 | 予防・管理 |
|---|---|---|
| パッドへのレジストかぶり | はんだ付け性や接触面積の低下 | 適切な拡張量と検証済み位置合わせ公差 |
| 隣接する銅の露出 | ブリッジ、腐食、絶縁のリスク | 製造能力内で間隔を広げる、または開口を縮める |
| レジストダムの欠落 | 開口の連結とブリッジリスク増加 | 保証ウェブ幅を守るか、一括開口を承認する |
| 膨れ・浮き | 密着不良、汚染、硬化不足 | 認定された洗浄、露光、硬化工程 |
| ピンホール・欠損 | 局所的な銅の露出 | 塗布、清浄度、検査基準の管理 |
| 配線端のクラック | 特に厚銅部で保護が失われる | 適合材料、十分な被覆、検証済み硬化 |
| ビア上の被膜破れ | 想定外の穴露出や残渣の閉じ込め | 穴径をテンティング能力に合わせるか、プラグ処理を指定 |
製造データに含める事項#
表裏のレジスト層を分け、極性を明確にして出力します。標準的なGerber運用では描画形状が開口を表すのが一般的ですが、ファイル名とジョブ情報で曖昧さをなくしてください。ファイル名だけに頼らず、管理された製造図面とREADMEにもレジスト情報を記載します。
実用的な製造注記には、次を含めます。
- 必要なレジスト種類、色、仕上がり。
- 指定版のIPC-SM-840、または承認された同等規格への適合。
- 製造都合のパターン変更を認めるか、および承認が必要な条件。
- 重要箇所の保証最小ダム幅と位置合わせ要件。
- 特殊なSMD・NSMDランドの要件。
- ビアクラス別のテンティング、プラグ、充填、キャップ要件。
- 接点、テストポイント、治具用形状など、レジストを付けてはいけない箇所。
- 追加の厚さ、絶縁、色合わせ、外観受入要件。
これらは製造用データ一式、実装図、管理された製品改訂版と同期させてください。
ソルダーレジストのDFMチェックリスト#
- 基板メーカーと実装業者が材料と工程に合意しているか確認する。
- 未検討の共通既定値ではなく、パッド・部品クラス別に拡張量を設定する。
- 微細ピッチパッド間の完成品最小ダム幅を確認する。
- 最大位置ずれによるパッドへのかぶりと、意図しない銅露出を確認する。
- BGAのSMD・NSMDを部品推奨仕様と照合する。
- 必要に応じて各ビアの露出、テンティング、プラグ、充填、キャップを明示する。
- テストポイント、接点、シャーシランドを意図的に露出させる。
- 厚銅の端や密集配線の被覆を確認する。
- 緑以外の色でも必要な微細形状を形成できるか確認する。
- 表裏のレジストを銅、ペースト、ドリルデータと重ねて確認する。
- 適用する適格性と完成基板の受入要件を記載する。
- 機能形状に影響するレジストパターン修正は量産前に承認する。
公式の技術資料#
まとめ#
堅牢なレジスト仕様は、CADルールを検証済み製造工程につなぎます。開口、拡張、完成ダム、位置合わせ、ビア処理、材料適格性、特殊な露出箇所を定め、被膜が危険な銅配置を補正してくれるとは考えません。
選定した製造業者から保証値を入手し、形状クラス別に適用し、最終レジストファイルを銅・ドリルデータと一緒に確認してください。小さなパターン上の思い込みが、量産のはんだ付け、絶縁、検査問題になるのを防げます。
ソルダーレジストのよくある質問#
一般的な開口拡張量はいくつですか？
共通の値はありません。製造業者の位置合わせ公差を吸収しつつ、パッド間に十分なレジストを残す必要があります。選んだ製造技術について承認された設計ルールを使ってください。
BGAはSMDとNSMDのどちらにすべきですか？
多くのBGAでNSMDが使われますが、パッケージや信頼性方針によってSMDが必要な場合があります。部品メーカーの推奨に従い、実装業者・基板メーカーと確認してください。
レジストでビアを完全に覆えますか？
小径ビアはテンティングできることが多いものの、プラグや充填とは異なり、大径穴は封止できない場合があります。必要なビア保護構造を明示してください。
IPC-SM-840で開口寸法は決まりますか？
いいえ。同規格は恒久レジストの材料と性能を評価します。実際の開口と公差は設計ルール、製造図面、完成基板の受入要件で定めます。
黒レジストは製造が難しいですか？
検査コントラストが低下し、最小形成寸法や納期が異なる場合があります。緑の標準ルールを適用する前に、メーカーへ具体的な工程を確認してください。
レジストは安全絶縁用コーティングですか？
絶縁性はありますが、適用規格と認定された被膜系が明示的に認めていない限り、安全上の沿面距離・空間距離をレジストだけに依存させてはいけません。