プリント基板（PCB）組立は、高精度を基盤とした製造プロセスであり、各工程が最終製品の信頼性に影響を及ぼします。はんだペーストのステンシル印刷は、最も基本的な工程の一つですSMTプロセスステンシル印刷プロセスは、使用可能なはんだの量、そのはんだの位置、および部品が実装またははんだ付けされる前のリフロー中における部品の安定性を規定する。
はんだペーストの量や位置合わせのわずかな変化でも、ショート、不十分な接合、部品不良などの不具合を引き起こす可能性があります。PCB 設計がより細かいピッチと高密度へと進む中で、歩留まりを確保し、手直しを最小限に抑えるためには、現在ではステンシル印刷の管理が不可欠となっています。
なぜPCB実装においてステンシル印刷が重要なのか
ステンシル印刷の用途では、金属スキージーブレードを用いて、一連の高精度にカットされた開口部を通してはんだペーストをPCBのパッド上に塗布します。このプロセスは、次の精度に直接影響を及ぼします。
はんだ接合部の導電性と強度
部品のリフロー自己アライメント
初回成功率と組立歩留まり
長期的な製品信頼性
下流工程では不十分なペースト印刷を補正できないため、実際のところ、ほとんどのSMT不良は印刷工程で発生します。成功する印刷には、次の3つの重要な要因があります。
適切なステンシル設計と厚さ
連続印刷コマンド（速度、圧力、角度）
状態の良いはんだペースト、清潔な設備
これらの変数のいずれかが変化すると、欠陥はすぐに明らかになる
一般的なステンシル印刷不良
はんだペーストの不足または過多
最も一般的なステンシル印刷の問題の一つは、ペースト量の不適切さです。ペーストが不足していると、不良または欠陥のあるはんだ接合につながり、逆にペーストが多すぎると、ブリッジや汚染が発生しやすくなります。
原因
開口サイズまたはステンシル厚さが不適切です
不適切なスクイージー圧力の調整
はんだペーストの粘度が高い、または材料の有効期限切れ
開口部の詰まりによるステンシルの不良な離型
ソリューション
アパーチャ設計を最適化し、通常は微細ピッチのコンポーネントの10～20％に対して行う
一定のスキージ圧と一定の印刷速度を維持する
はんだペーストは最適な条件で保管し、使用前に温度を安定させてから使用してください
詰まりを防ぐために、定期的なステンシル清掃のルーティンを導入する
一貫したはんだ接合の基礎は、一定したペースト量にあります
はんだブリッジ
はんだブリッジは、隣接するパッドが余分なはんだによって誤って接触し、リフロー後に電気的な短絡が発生することで起こります。
原因
はんだペーストの過剰塗布
PCBパッド上のステンシル位置ずれエラー
過度な印刷圧力により、ペーストがステンシルの下に押し込まれる
基板上のペースト層の不均一さ
ソリューション
位置合わせマークを用いたビジョンシステムによる、より高精度なステンシル位置合わせ
細ピッチデバイスを使用する場合は、絞りを狭くしてください
ペーストのにじみを防ぐために、スキージ圧を最大限に高める
はんだペースト検査（SPI）システムを使用して、体積の一貫性を監視する。
ブリッジングは特に高密度実装において発生しやすく、印刷工程の段階で管理する必要があります。
コールドまたは弱いはんだ接合
コールドはんだパッド コールドはんだパッドは、はんだがパッドや部品リードを十分に濡らさない場合に発生し、その結果、信頼性の低い電気的接続を引き起こします。
原因
多くのコールドジョイントは、リフロー後に目視で確認できる形で形成されるものの、その原因は印刷工程の問題である場合があります。
ペーストの塗布不足または不均一な塗布
感染したパッドまたは腐食した部品
リフロー時の熱特性が不十分で、ペースト量が一定しない
ソリューション
均一なペースト塗布でプリンターをキャリブレーションする
はんだペーストの鮮度と取り扱い手順を確認する
ペースト合金のリフロー温度プロファイルを最適化する
リフロー前に部品の配置が正しいことを確認する
安定したはんだペーストの印刷部は、加熱時にはんだが均一に溶融・流動することを可能にします。
トゥームストーニング
トゥームストーニングとは、小さな受動部品が一方のパッド上に立ち上がり、リフロー中に垂直方向に持ち上がって回路上に空隙を生じさせる代替効果のことです。
原因
コンポーネントパッド間のはんだペースト量の違い
非対称パッドまたは開口部の設計
リフローにおける不均一な加熱
ソリューション
2つのパッド上に常に一定量のペーストを塗布してください
対称的なステンシル開口モデルを適用する
適切な位置決めと熱プロファイルを提供する
トゥームストーニングはリフローの結果として発生する問題ですが、その原因はしばしば不正確なステンシル印刷にあります。
ペーストの塗り広がりまたはこぼれ
スミアリングとは、はんだペーストが目標とするパッド領域を越えて広がり、隣接するパッドを汚染し、システムを短絡の危険にさらす現象を指します。
原因
ステンシルとPCBの接触不良
スキージ速度が高すぎる、またはスキージ圧が高すぎる
ステンシル裏面の残留ペースト
PCBのたわみに対するサポートが不足している
ソリューション
ボードを平らな状態に保つために、ボードサポート用の工具を正しく使用する必要があります。
印刷速度を落とし、ペーストの制御されたローリングを可能にする
自動アンダーステンシルクリーニングサイクルを使用する
最新のコンタクトプリンティングでは、スナップオフ距離を最小限に保つこと
直接堆積を行う前に、ステンシルとPCBを分離し、完全に清掃してください。
ストリーキングまたはステンシルドラッグ
ステンシルドラッグは、PCB 表面に筋状や不規則なはんだペーストのラインとして現れます。
原因
スクイージーの角度が不適切、またはブレードが損傷している
印刷中の過圧
乾燥している、または汚染されているステンシル面
ソリューション
スクイージーの角度を45°から60°に保ってください
古い刃は定期的に交換しましょう
ステンシルの清掃頻度を向上させる
印刷中にペーストがスムーズに転がっていることを確認する
初期段階での目視検査は、不良が下流工程へ広がる前に、筋状欠陥の検出に役立ちます。
プロセス制御とトラブルシューティングのベストプラクティス
ステンシル印刷の欠陥が検出された場合、系統的な手法を用いることで、根本原因を迅速に特定することができます。
ペーストの堆積を確認し、その後、実装またはリフローを検査してください。
チェック用ステンシルの清浄度、平坦度および開口状態。
最近の変更点について印刷パラメータを確認してください。
はんだペーストの保管記録と粘度を確認する。
SPIデータの傾向を利用して不具合を検証する。
組立後に欠陥を修正するよりも、工程を管理して不具合を未然に防ぐ方がはるかに望ましい。
ステンシル印刷の欠陥防止
高収率のPCB組立は、厳格なプロセス管理に依存しています。
高品質なレーザーカットまたは電鋳製ステンシル使用されるべき
検証済みのプリンター設定をロックして標準化する
厚い基板では、5～10回印刷するごとにステンシルを拭き取ってください
量産前検査を実施する
環境（温度と湿度）を適切に保つこと
一緒に働く量産性設計（DFM）レビュー
設計段階でパッドの形状と間隔を調整することで、多くの印刷上の問題を解消することができます
PCB実装の成功はステンシル印刷に基づいています。はんだ不良、ブリッジ、コールドジョイント、ツームストーニング、にじみ、ステンシルドラッグなどは、一般的にステンシル設計、印刷パラメータ、または材料の取り扱いの違いによって引き起こされます。
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役立つリソース
•PCBA の最適な性能を実現するための QFN コンポーネントにおけるステンシル設計要件
•今すぐはんだ不良を減らすか、それとも後で見つけるか？SPI が教えてくれます。
・PCB組立における一般的な不良とその防止方法
・プリント基板組立工程
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•PCBの製造および組立のための設計と、それが準拠する一般規則
