PCBにおけるハンダブリッジは、単一要因で発生するものではなく、設計-工法-材料-操作といった全プロセスが適切に制御されていない結果として生じます。設計段階でのパッド間隔不足、製造段階での印刷パラメータ異常、材料段階でのはんだペースト粘度不良、実装段階でのマウンター精度不足など、あらゆる要因がハンダブリッジを誘発します。統計によると、40％は設計不良、35％は製造プロセスの制御不良、25％は材料および操作上の問題に起因しています。したがって、一部工程だけを改善しても、ハンダブリッジを根絶することはできません。本稿では、基板設計から製造までの全体的な視点から、PCBハンダブリッジの発生要因を解析し、具体的な事例と数値を交えて原因を特定します。

一、設計段階の欠陥：ハンダブリッジの「源流的要因」

基板設計はハンダブリッジ抑制の第一防衛線であり、パッド設計-部品配置 - フットプリントが製造基準を満たさなければ、その後の工程でいかに精密制御を行ってもブリッジを防ぐことは困難です。

• パッド間隔不足
  パッド間隔はハンダブリッジを防ぐ基本パラメータです。IPC-2221などの国際規格に準拠しなければ、ブリッジ率は急上昇します。例えば0402部品は最小0.15mm、0603は0.2mm、0805は0.3mm以上の間隔が必要です。あるスマートウォッチの基板では0402抵抗の間隔を0.12mmに設計した結果、リフロー後20％がブリッジ不良となりました。

• パッドサイズの不適合
  パッド寸法が大きすぎると過剰なはんだ量、小さすぎると溢れを招きます。0402部品では標準幅0.2?0.25mmに対し0.3mmに設計したケースで、ブリッジ率は12％に達しましたが、0.22mmに修正すると1％に低減しました。QFPでは引脚長+0.3mm、BGAでは錫球径の70--80％が標準であり、逸脱すると隣接パッド間で融着しやすくなります。

• ソルダーレジスト設計不良
  レジスト開口が過大、または膜厚不足の場合、絶縁効果が失われます。0603部品でレジスト厚が15μmしかない事例ではブリッジ率8％でしたが、20μmに改善することで2％に低減しました。

二、製造プロセスの不良：ハンダブリッジの「直接的要因」

設計が適切であっても、製造条件の逸脱によってハンダブリッジは発生します。主なリスク工程は、印刷、実装、リフロー／波形はんだ付けです。

• 印刷工程の制御不良
  印刷圧が25N/cm2（標準10--20N/cm2）に達するとペーストが隣接パッドへ滲出します。印刷速度が10mm/sと遅すぎる場合も、開口内でペーストが堆積し過量印刷となります。また、ステンシル開口をパッドと同寸で設計すると、ペースト量が10％増加し、ブリッジ率が5％上昇することが確認されています。

• 実装精度の不足
  マウンター精度は±0.01mmが基準ですが、±0.03mmに低下すると部品が0.02mm以上ずれ、ペーストが圧縮されてブリッジを誘発します。さらに、片面部品の標準実装圧力5--15N/cm2を超えて20N/cm2で実装すると、ペーストが溢れ隣接部へ流動します。

• リフロー／波形はんだ付けの異常
  リフローのピーク温度は250--260℃が標準ですが、270℃を超えると粘度が下がり流動性が増大します。ある事例ではピーク265℃で0402部品のブリッジ率が5％に上昇し、255℃に調整することで1％まで改善されました。波形はんだ付けにおいても、錫温が260℃を超えると流動過多となり、隣接パッドで溶融が起きやすくなります。

三、材料と操作要因：ハンダブリッジの「助長因子」

• はんだペースト特性の異常
  粘度は100--200Pa·s（25℃）が標準ですが、80Pa·sに低下すると印刷時に滲出しやすくなります。フラックス含有量も8--12％が適正で、15％を超えると流動性が増し、広範囲に拡散してしまいます。

• 操作の不備
  ステンシル清掃を10--20枚ごとに行う必要がありますが、50枚以上清掃せずに印刷を続けると、開口残渣により過量印刷となります。また、基板搬送時に反りが0.75％を超えると、ペーストが局部的に偏り、ブリッジ発生率が急増します。

まとめ

PCBハンダブリッジの発生は、設計-工法-材料-操作の複数要因が複雑に絡み合った結果です。設計不良が「源流的要因」、製造プロセスの逸脱が「直接要因」、材料と操作の問題が「助長因子」となり、全体的な管理を欠いたときに不良が顕在化します。したがって、全プロセスの視点から原因を特定し、設計基準-製造条件-材料特性-作業規範を統合的に最適化することが、歩留まり改善と品質向上の唯一の解決策です。