基板パッドとは？表面実装・スルーホール・BGAの設計

基板パッドとは？#

基板パッドとは、部品の端子をはんだ付けするために回路基板上に設けた露出銅部のことです。部品の電気的な接続はパッドを介して行われます。パッドの形状や配置は、はんだ付け性、部品の固定、熱伝達に大きく関わります。

使用する部品やパッケージに応じて、一般にスルーホール用パッドと表面実装用パッドに分類されます。

部品を基板表面に直接実装するためのパッドが、表面実装用パッドです。スルーホール用と比べて小型部品に適しており、限られた面積に多くの部品を配置して、機能と性能を高められます。

複雑な多層基板の設計では、この省スペース性が大きな利点になります。ただし、高発熱部品では通常のパッドだけで十分とは限らず、専用の放熱設計も必要です。

挿入部品の実装に使うのがスルーホール用パッドです。部品のリードをパッド中央の穴に通してから、はんだ付けします。

スルーホール用パッドによる接合は、部品と基板の間に機械的・電気的に安定した接続を形成します。一方で、部品のリードと多数の穴によって、多層基板で配線に使える領域が制限されることがあります。

BGA部品を実装する場合、製造性を確保するために適切なパッド設計が欠かせません。代表的な形状は、ソルダーマスクで定義するSMDパッドと、銅形状で定義するNSMDパッドの2種類です。

SMDパッドでは、BGAパッド上のソルダーレジスト開口によって、はんだ付け可能な領域を決めます。開口は銅パッドより小さく、周囲のレジストが銅の一部に重なります。この重なりはパッドの剥離や移動を抑える助けとなり、BGAの接合位置を規定します。

ただし、露出する銅の面積は小さくなります。また、隣接する銅パッド間の余裕が減るため、パッド間を通せる配線幅やスルーホールの配置が制約される場合があります。

NSMDはNon-Solder Mask Definedの略で、銅定義ランドとも呼ばれます。レジスト開口ではなく、銅パッド自体の径で接合部の寸法を決めます。パッドの縁とレジストの間には小さな隙間があり、パッド表面の銅が全面露出します。

この形状では、はんだが接合できる表面積やパッド間のクリアランスを確保しやすく、高密度・狭ピッチのBGAで広く使われます。一方、熱応力や機械的応力によるパッド剥離には注意が必要です。

パッドは基板のパターン設計と製造で重要な役割を果たします。その設計を理解することが、確実に動作する効率的な回路基板につながります。基板製造を一括して相談したい場合は、PCBPitをご利用ください。

パッドは部品端子と銅配線を接続し、所定のはんだ接合を形成します。適切な寸法は端子の公称サイズだけでは決まりません。部品公差、はんだ付け工程、レジスト方式、メタルマスク開口、検査、リワークまで考慮します。

いいえ。通常は部品寸法と実装位置の公差に加え、必要なはんだフィレットを形成するための余裕を設けます。

銅パッドより小さいレジスト開口を使い、はんだ付け可能な面積をレジストで決める方式です。一部のBGA設計でよく使われます。

可能ですが、穴が開いたままだとはんだが吸い込まれます。狭ピッチの用途では、ビアを充填して銅キャップを施すビア・イン・パッド処理が一般的です。