SMTステンシルの選び方
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- SMTステンシルとは？
- SMTステンシルの種類
- 自分に合ったSMTステンシルの選び方
- 結論
SMTステンシルの選び方
SMTステンシルとは？
SMTステンシルは、SMT（Surface Mount Technology：表面実装技術）のはんだ付けプロセスで使用される薄い金属板であり、SMTはんだ付け工程において不可欠な役割を果たします。SMTステンシルは、はんだペーストをPCBのSMDパッドに直接塗布できるため、リフローはんだ付けプロセスでのエラーや欠陥を防ぐのに役立ちます。これにより、作業完了後に正確なはんだの被覆量が得られます。
SMTステンシルの種類
はんだペーストの適用方法に応じて、一般的に使用されるステンシルには3つの異なるタイプがあります。
フレーム付きSMTステンシル
フレーム付きPCBステンシルは、ほとんどの場合すぐに使用できる状態で提供されます。フレーム付きステンシルは、通常のレーザー切断ステンシルシートを金属フレームに固定したものです。このタイプのステンシルは、フレームが安定性を高め、ステンシル自体の再利用を可能にするため、大量のSMT実装に最適です。
ステンシルのフレームは、PCBとステンシルの位置合わせプロセスをより良く、より速く行うことを可能にします。フレーム付きステンシルのコストは、追加のフレームサポートが必要なため比較的高くなります。また、フレームは追加の保管スペースを必要とし、管理が複雑になることがあります。さらに、ステンシルを重くし、送料も増加させます。
フレームレスステンシル
フレーム付きステンシルとは異なり、フレームレスステンシルには周囲のフレームがないため、フレーム付きステンシルよりも経済的です。この設計により、ステンシルをPCBに直接配置でき、主に趣味用や繰り返し使用しない用途に適しています。フレームレスステンシルは非常に軽量であるため、輸送に優れています。
追加のフレームサポートが不要なため、小ロットのPCB印刷に適しており、カスタムサイズに対応できます。フレーム付きステンシルと同様に、フレームレスステンシルも特定のPCB設計や部品配置に合わせてカスタマイズ可能です。
ステップステンシル：
PCBにはさまざまな部品が搭載されており、各部品ははんだ付けプロセスで異なるはんだペースト量を必要とします。通常のレーザーステンシルは、開口部のサイズを調整することでのみはんだペースト量を調節でき、ステンシルの全体の厚さはどこでも同じです。
はんだ付けの効果と品質に対する高い基準や要求を満たすために、一部のエンジニアは、同じSMTテンプレート上で複数のはんだペーストの厚さを必要とし、はんだペースト量の精密な制御を実現します。この要求により、ステップステンシルの使用が生まれました。これにより、同じステンシル上で異なるはんだペーストの厚さを印刷でき、はんだ量を正確に制御できます。
自分に合ったSMTステンシルの選び方
SMTステンシルの厚さ
ステンシルの厚さは、PCBパッドに塗布されるはんだペーストの量を決定する重要な要素です。ステンシルの印刷プロセス中、ステンシルシートの底面がPCB基板の上面に接触するため、ステンシルの厚さがPCBパッド表面に印刷されるはんだペーストの厚さを決定します。
- SMTステンシルの厚さは、PCB部品の密度、パッケージ形態とサイズ、ピン間隔（またはBGAはんだボール）に基づいて決定する必要があります。部品間の間隔が狭い場合は、より薄いステンシルを使用します。PCB全体の部品が比較的大きい場合は、より厚いステンシルを使用できます。
- 同じPCB上に、1.0mm以上の一般的なピッチ部品と狭ピッチ部品の両方がある場合、PCB基板上の大部分の部品の状態に基づいてステンシルの厚さを選択する必要があります。はんだパッド上に塗布するはんだペースト量を減らしたり増やしたりする一般的な方法は、ステンシル上のパッド開口部を調整することです。PCB設計ソフトウェアでは、これは「Solder Paste」レイヤーで行われます。
- 部品によってはんだペースト量が大きく異なる必要がある場合、狭ピッチ部品用にステンシルを局部的に薄くする方法が採用されます。ただし、薄くするプロセスは製造コストが高くなります。そのため、中間の厚さのステンシルを選択して、はんだペーストの要求を決定するという妥協案もあります。
- 一般的なピッチ部品の場合、開口部は1:1にできます。ただし、大量のはんだペーストが必要な大きな部品の場合、開口部面積を10％〜20％増やす必要があります。0.65mmおよび0.5mmのピン間隔を持つOFPなどの部品の場合、開口部面積を10％減らす必要があります。
SMTステンシル材料
レーザー切断SMTステンシルに使用される主な材料は、ステンレス鋼と銅です。ステンレス鋼は硬度が高く、寿命が長く、耐食性に優れています。一方、銅は電気伝導性が良く、生産効率を高めることができます。ステンレス鋼は、PCBステンシル製作に最も一般的に使用される材料であり、PCBステンシル製作に最適な材料です。
SMTステンシルのサイズ
SMTステンシルの外形サイズは、PCB基板の実際のサイズに基づいて選択する必要があります。具体的には、PCB基板の形状や間隔（線幅/線間隔）などのパラメータに基づいて、適切なサイズのステンシルシートを選択し、製造プロセスでのエラーを防ぐ必要があります。
ステンシルは、基板データをステンシルの有効エリア内に収めるのに十分な大きさである必要があります。有効エリアとは、SMTパッドをシートに切断できる中央の領域を指し、残りのスペースはステンシルの余白となり、切断できません。では、どのように選択すればよいでしょうか？
SMTのサイズ仕様は多種多様です。
以下に、JLCPCBで一般的に使用されるフレーム付きステンシルの仕様とサイズを示します：
一部の電子エンジニアの場合、PCBプロトタイプが10x10cm以下のサイズであることがあります。現在の一般的なステンシルを使用すると、以下に示すようにステンシルシートの面積の大部分が無駄になり、非常に非経済的な状況が生じます。また、サイズが大きく重いため、輸送や保管が不便です。
このような状況を回避し、コストを削減するために、JLCPCBはカスタマイズされた外形サイズのフレームレスSMTステンシルの製作をサポートしており、価格は$3から！フレームや異なるタイプの接着剤がないため、プロセスが簡素化され、生産効率が向上します。カスタマイズサイズが200x200mm未満の場合、PCBと一緒に輸送することで送料を節約することもできます。
以下のビデオで、jlcpcbでのSMT注文方法を学びましょう。
結論
SMTステンシルは、PCB組立プロセスで重要な役割を果たします。はんだペーストの付着量を制御し、電子部品の精密なはんだ付けを実現できます。適切なステンシルの選択は、PCB組立の品質と信頼性に大きな影響を与えることができます。
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