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社内メタルマスク開口部修正でのノウハウ/品質向上/コストダウン

メタルマスクとはプリント基板実装工程内の一部の役割でクリームはんだ印刷工程で使用する治工具で
表面実装工程(SMT工程)品質の70%を占める重要な治工具です。

はんだ付けと聞くとはんだコテでを想像しますがクリーム状のはんだをプリント基板実装工程で【はんだ】を供給する治工具の出来栄えが重要です。

クリームはんだ印刷で使われるメタルマスクという治工具があり、プリント基板実装工程の70%の品質を占めると言われている工程で使う治工具です。

このメタルマスクの出来栄えが重要なので日々改善をしていきます。

メタルマスクというには単に改善を行うだけではなく改善した内容を今後に繋げて行く事が重要になるので今回メタルマスク改善の重要性を詳しく記事にしました。

まっさん
まっさん

基板実装に従事して30年の実装技術者です。
新製品や工場監査の悩み解決になればと思いブログを書いています。
大量生産品は海外生産が多いですが
現代を支える産業なので国内生産することが技術発展にも繋がります。
基板実装業界の発展が未来を支えるので
この業界に関わる方が増えることを望んでいます。

まさこ
まさこ

年間500~1,000版作成/改善してきた経験からの記事となります。

まっさん
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メタルマスク手配担当の方や基板実装工程で実際に使われている方へ向けた記事です。

まさこ
まさこ

メタルマスク改善の知識や使った経験が無い方
管理職の方にも是非読んで頂きたい記事です。

まっさん
まっさん

プリント基板実装に全般(SMT工程)に関する記事もご覧ください。
メタルマスク改善にはSMT(表面実装)工程全般も理解していると改善し易いですよ~

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目次

メタルマスクの品質改善

クリームはんだ印刷工程は SMT(表面実装)で最重要な工程で品質改善で最初に対象になるのはメタルマスク改善になる事が多いです。

基板アートワーク設計のデータベース改善が必要な事が多いのですが既に基板設計が完了し量産化されている場合が殆どなので現実的に厳しいです。

量産化に舵を切っている場合はメタルマスク開口部修正で解決する必要があります。

基板設計で改版があればその時に提案する方法もあります。

メーカー推奨形状は絶対ではない

基板アートワーク設計に部品データベース登録をします。

部品メーカーが推奨するランドパターンやメタルマスクの形状や寸法が絶対だとか言う方がいますが、メーカー推奨形状は初期設定として、ここから改善と考えるべきです。

10年以上前にリリース前パッケージの実装テストを外部委託で経験していますが数百個程度の実装テストを行った工場での結果を推奨条件としてそのまま記載している所が多いです。

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メタルマスク開口部修正

改善対象になる不良内容として、はんだボール、ブリッジ、はんだ少等があると思います。

また最近ではクリームはんだがIC部品(QFN)など放熱ランドのビアからTOP面側にクリームはんだがボール状になり平面性を削ぐ事例も増えてきています。

クリームはんだ印刷形状やはんだ量を調整する事により10μm単位でアレンジする事で劇的に変化する大幅改善が出来ます。

メタルマスク改善のイメージは過去の経験値による事が多く、結果をデータベースに反映させることが重要です。
基板アートワーク設計に関しては後項で紹介してます。

メタルマスク開口例

メタルマスク開口部修正例

メタルマスク開口部修正の例ですが上図は形状変更、開口統合、開口拡大という単純例になりますが
上記以外にも数多くの形状や開口サイズを変更する場合があります。

色んなメタルマスク開口形状の修正や改善を経験をして経験値を積み上げて行くことが重要で失敗を気にせず継続する事でメタルマスク開口ノウハウが積み上げられていきます。

メタルマスク改善は経験が必要なのですが経験を積むには失敗する場合もあります。
完璧を求めて手を出さないのは成長に繋がりませんので失敗を恐れずチャレンジしましょう!

メタルマスク ~プリント基板実装の品質左右する治工具はこちら

自社で開口部修正のメリット

メタルマスク開口部修正の経験を積んで行くとリフロー工程でのはんだ付け動きが想像出来るようになり開口部修正結果をある程度創造出来るようになります。

経験を積んでいくと初めて経験する部品パッケージの場合でもメタルマスク開口改善が容易に実行できます。

基板アートワーク設計へのフィードバック

基板アートワーク設計時の部品登録でパターンデータと同時にメタルマスク開口形状データも登録します。

自社設計の基板では、改善したメタルマスクでの品質結果で良い傾向となれば基板アートワーク設計のデータベースにフィードバックして次回から同じ開口形状部品については全て最適化された開口形状でメタルマスクを作成することが出来ます。


社外基板アートワーク設計基板(基板支給時も含む)ではパターンと同サイズの開口部の事が多く、メタルマスク作成時には、開口部のデータ修正を指示し品質の確保をする必要があります。

自社には基板アートワーク設計がない工場でもデータベース積み上げが出来ます。
その内容は次項で紹介します。

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社内で開口部修正を行いノウハウ積み上げ 

メタルマスク開口を自由に編集が出来き、議論しながら開口部修正検討が出来るメタルマスク開口部修正が出来るソフトが存在しており、データベース構築も可能で一括編集も出来る優れものです。

社内に基板アートワーク設計が無くても開口ノウハウ積み上げを実現できるソフトがダイナトロンというメーカーから発売されています。

ダイナトロン製ソフトが2種あり当時は【PC-AutoCAM】しかありませんでしたが
現在は【メタルマスク開口編集システム ステンシルCAM】もあります。

メタルマスクメーカーも使っているソフトでクリームはんだ印刷難易度のアスペクト比設定で
抜け難いメタルマスク開口箇所も可視化され分かります。

 

開口部修正費用のコストダウンと品質向上

自社での開口部修正はメタルマスク開口技術ノウハウ積上げに有効ですがノウハウ以外にも外部費用圧縮にも繋がります。

1種開口部修正に数千円コストが必要ですがそれもゼロにできます。

社内開口部修正を取り入れると初期実装品質が格段に向上が最大のコストダウン。

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メタルマスクアスペクト比について

アスペクト比の構図
アスペクト比の構図

メタルマスク開口のクリームはんだ抜け性難易度を示す係数をアスペクト比と言います。

メタルマスク手配や改善を検討する場合はアスペクト比も考慮する必要があります。
関係性としては下記3つの要素の関係性になります。
【メタルマスクとクリームはんだの粘り】【はんだの吸着性】
【基板とメタルマスクの離れる力】

計算式としてはアスペクト比=開口側面積/開口面積という数式で計算され係数が小さい方向で難易度が高くなります。

私が経験した中で標準的なメタルマスクで難易度の厳しくなる値としては”1.5”が境目と認識しこの数値以下になると難易度が高くなり量産工程でルーチン的に扱うには厳しくなります。

アスペクト比1.5は、どこでも安定的に生産できる数値となります。
工場によってはクリームはんだが出来るという意味で1.8とか2.0でも生産できると言う工場もありますので工場見学などで確かめましょう。

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まとめ

まとめ

社内メタルマスク開口部修正を行うメリットを記事にしました。

工場人材不足で技術的要素が大きい内容でも外部委託する事が増えている傾向ですね。

それによって自社技術力が低下の恐れがありますので注意が必要です。

一度無くした技術は取り戻せません。

一人でも多くの方が社内技術の重要性を理解できるように希望します。

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この記事を書いた人

【気が付いたら30年】
プリント基板量産: 6年
プリント基板試作: 2年
生産技術    :17年
営業技術    : 5年
【ブログ歴】  2021年6月開設
『プリント基板実装』や『ビジネス』などを発信しています。

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