ステンシルは必要ですか？また、お見積もりにはパネル化が含まれていますか？

SMTリフロー実装にはステンシルが必須であり、通常は設計ごとに一度だけ発生する費用として、実装注文の一部として自動的に見積もられます。パネル化も通常はサプライヤー側で対応されますが、別項目として計上されるか、実装費用に含まれるかは業者によって異なるため、明確に確認しておく価値があります。

ここには実際には1つではなく2つのステンシルに関する決定がある

購入者は通常、ステンシルの選択を「枠付きか枠なし」かという一つの問題だと考えますが、実際にはそれはその半分にすぎません。もう半分は製造方法です。ステンシルの開口部がどのように作られるかそもそもとして、多くのサプライヤーは主に 2 つの方式を提供しています。レーザーカットステンシルは、ステンレスに直接開口部をレーザーで切り出す方法で、はんだペーストの離型性に優れた、きれいで均一にテーパーのついたアパーチャを実現します。その代償として、製造プロセスはやや遅くなります。これに対してケミカルエッチステンシルは、酸で開口部をエッチングする方式で、より高速かつ低コストですが、きれいなテーパー形状とはならず、両面よりも中央部が細くなりがちです。この細くなった中央部がペーストの離型性を妨げる可能性があり、微細ピッチ部品では大きな欠点となり得ますが、究極的な精度が求められないシンプルな設計であればまったく問題ありません。

これら2つの選択肢――取り付け方法と製造方法――は本来まったく独立しており、ここを混同してしまうことが、購入者が誤った組み合わせを選んでしまう原因になることがあります。レーザーカットステンシルは枠付きにも枠なしにもできますし、化学エッチングのものも同様です。一般的なピッチの部品を使った量産の繰り返し案件であれば、レーザーカットの高精度はさほど必要ないため、耐久性を優先して「枠付き＋化学エッチング」という選択に落ち着くのはもっともなことです。一方で、細ピッチ部品を含む一回限りの試作であれば、何度も再注文する前提ではないので耐久性より精度が重要になり、「枠なし＋レーザーカット」を選ぶことになるかもしれません。0.4mmピッチのQFNを使ったある購入者は、少しでもコストを抑えようと化学エッチングをデフォルトで選んでしまい、その特定部品で弱く不均一なはんだ付け不良が多発した原因を、ペーストの離型不良にまでさかのぼって突き止めるという痛い経験をしました――まさに、細ピッチで開口部が狭くなると起こりがちな問題です。再注文時にレーザーカットへ切り替えたところ、わずかなコスト増で問題は解消しました。覚えておくべき重要な点は、製造方法は基板全体で最もピッチの厳しい部品に合わせるべきであり、「基板全体で最も安い方法」に合わせるべきではないということです。なぜなら、他の部分の許容誤差がどれだけ余裕あっても、たった1つの問題部品が不良を引き起こしうるからです。

フレーム付きステンシル剛性のあるフレームに取り付けられ、繰り返しの印刷サイクルにわたってテンションを一定に保てるため、大量生産や定期的な生産にはこちらの方が適しています。フレームが、多くのサイクルを重ねることで蓄積していく伸びによる誤差を防いでくれる一方で、その分重量が増し、輸送や保管のコストも高くなります。フレームレスステンシルは恒久的なフレームを用いず、使用時にだけ一時的なフレームに取り付ける方式のため、より軽量で安価、かつ保管もしやすくなります。そのため、プロトタイプや本当に一度きりの生産には理にかなった標準的な選択肢と言えますが、多数回の印刷サイクルにわたる耐久性は劣ります。再注文が発生することが分かっている設計であれば、フレーム付きステンシルは、印刷の一貫性向上とペースト不良の低減によって、数回の再注文のうちに元が取れることが一般的です。

同じ情報を素早く参照できるよう、以下にまとめました。

パネル化は、人々の予想以上にコストへ影響する

パネル化――複数の基板を V カットやタブ・ルーティングで 1 つのアレイにまとめ、SMT ラインで効率よく処理できるようにすること――は、パネルの利用効率を通じて製造コストに直接影響します。最適化されたレイアウトであれば、特に廃棄ロスが発注量に対して相対的に大きく効いてくる少〜中量生産において、製造ロスと単価を有意に削減できます。単体基板のガーバーデータを提出すれば、ほとんどのサプライヤーは自動的にパネル化を行ってくれますが、とくに基板のアスペクト比が特殊で、デフォルト設定では効率よくタイル配置できない可能性がある場合には、思い込みで済ませず確認しておく価値があります。注意すべき提出ミスの 1 つとして、見積もりシステムが本来はパネル全体の寸法を求めているのに単体基板の寸法を入力してしまう（あるいはその逆）ケースがあります。これは見積もりを遅らせるよくある取り違えであり、どちらの寸法が必要なのかをあらかじめ確認するコストに比べれば、当てずっぽうで出して後から判明するリスクの方がずっと高くつきます。

これらの決定に取り組む際に、心に留めておくべき点がほかにもいくつかあります。製造方法と取り付けは同じ選択肢ではありません— そうだと考えがちですが、細かなピッチの設計では、額装されるかフレームレスになるかにかかわらず、レーザーカットの精度が必要になる場合があります。細ピッチ設計で単にコスト削減のためだけに化学エッチングをデフォルト採用するのは、よくある誤った節約策である、特に精度が最も重要となる部分で、そのより狭い開口部がペーストの離型にどれほど大きな影響を及ぼし得るかを考えると。再注文の際には、サプライヤーがまだ自社のステンシルをファイルに保管しているかどうかを明確に確認してください— すでに検証されており、変更される可能性も低い設計であるにもかかわらず、古いものが再利用できるかどうか誰も尋ねないために、買い手は毎回新品に対して代金を支払うことがよくあり、その結果、実質的な利益のないことにお金が費やされている。

よくある質問

1.ファインピッチ設計では、必ずレーザーカットステンシルが必要になるのでしょうか。常にそうとは限りませんが、はっきりと確認しておく価値はあります――ピッチが細かくなるほど、化学エッチングステンシルの狭いアパーチャは、些細な妥協ではなく、実際の欠点として大きく響くようになります。

2.特定のステンシル製造方法を指定することはできますか？それとも、サプライヤーがデフォルトで選択しますか？明確に依頼しましょう。サプライヤーは一般的な使用例に基づいてデフォルトの方法を選ぶことが多いですが、設計上どちらか一方を選ぶ特別な理由がある場合は、レーザーカットか化学エッチングかを指定できるのが普通です。

3.サプライヤーを変更する場合、現在使用しているステンシルを持ち込むことはできますか？一般的には違います。ステンシルは通常、特定のサプライヤーの工具や工程に合わせて作られるため、新しいサプライヤーとの取引関係になると、たとえ古いステンシルが最近作られたものであっても、新しいステンシルが必要になるのが一般的です。

4.同じ基板上で異なる種類の部品を使用する場合、ステンシルの厚さを変更する必要はありますか？混在設計の場合は多くの場合「はい」です。これがステップステンシルの目的であり、単一の一様な厚さではなく、同じ基板上の異なる領域に異なるペースト量を与えることができます。

5.サプライヤーは通常、再注文のためにステンシルをどのくらいの期間保管しますか？これは状況によって異なります。特に再注文のサイクルが数か月以上空く場合は、無期限に保管されると決めつけず、必ず直接確認してください。

便利なリソース

•なぜPCB実装にステンシルが必要なのか？

•PCBA用ステンシル設計要件

ご自身のデザインに最適なステンシルを選ぶ準備はできていますか？PCBアセンブリのお見積もりを依頼する取り付け方式と製造方法の両方を確認してください。