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クリームはんだ印刷 ~地味だが重要な基板実装工程の要

クリームはんだ印刷

プリント基板実装工程ではチップマウンターでプリント基板に電子部品を実装するが、その前工程に部品搭載場所へクリームはんだ印刷を行う工程があります。

チップマウンターとの動作を比べるとかなり地味工程だが最重要な工程です。
工程品質の70%を占めると言われておりクリームはんだ印刷で製品良し悪しが決まる大事な工程です。

うし
うし

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。

うしこ
うしこ

プリント基板実装経験が浅い方は是非読んでください。

経験した内容の記事なのできっと参考になります。

うし
うし

ファブレスメーカーでプリント基板実装委託していて

プリント基板実装を知りたい方も是非参考にしてください!

うしこ
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クリームはんだとは

プリント基板にはんだを印刷する場合に使用する電子材料ではんだ合金粉とフラックスを混ぜたのペースト状のはんだ材料の事です。

クリームはんだをソルダーペーストとも言い、下記関連記事に詳しく説明しています。

関連記事

クリームはんだの種類についての話。 ~基板実装工程の代表的な材料はこちら

クリームはんだ印刷工程

正しい位置に、正しい量と形状で、安定して印刷する」
「正しい形状」「充填条件」「版離れ条件」を調整して正しい印刷するのがクリームはんだ印刷です。

クリームはんだ印刷のパラメーターについて説明して行きます。

印刷 :メタルママスク開口部に、きれいに、はんだを入れる。
版離れ:メタルマスク開口部と、同じ形状で、はんだを抜く。

クリームはんだ印刷パラメーター

主なクリームはんだ印刷のパラメータとして4つあり「印圧」「スキージ速度」「クリアランス」「版離れ」などがあり他にもパラメータがあるが主に4つパラメータでコントロールが出来ます。

最近のクリームはんだ印刷パラメータにはスキージ角度もありますがシンプルに考えた方が分かり易いです。

印圧とスキージ速度

印圧とはスキージへ付加する加重の事で上げすぎると掻き取るがエグレが発生し弱すぎると印刷(充填)が不十分になる。

メタルマスク上のクリムはんだ残りを確認して印圧を調整してください。

メタルマスクについては後項で説明しています。

クリアランス

クリームはんだ印刷機メーカー、メタルマスクメーカーによってクリアランス値が変わりますので目安としては目視/触って確かめて数値設定をします。

イメージは図のようにクリアランス設定を正しく設定する事により均等な状態を保てます。

自動クリアランス設定が出来る装置もありますが基礎的な内容なので体感して間隔を掴めばトラブル時にも対応できます。

クリアランスを阻害する物としては基板上のシルク印刷、歪み、メタルマスクセット部の異物や治工具に付着した異物等の感覚的には問題無いと思う事でも微細部品に対しては致命的になる場合があります。

版離れ動作/版離れ速度

版離れとはメタルマスクとプリント基板の密着性を解除する動作でクリームはんだ印刷工程の最後の動作を言います。

この動作でクリームはんだ印刷の形状が決まるため注意してください。

主な動作は大きく分けて「等速度」「加速度」等の動作があります。

 等速度:設定された一定速度で密着性解除
 加速度:最終速度が設定速度

最近の部品微細化により版離れ速度の重要性が増しています。 ただ印刷するのではなく印刷形状(はんだ形)により品質が変わってきます。

クリームはんだ印刷 ~地味だが重要な基板実装工程の要はこちら

マスククリーニング

クリーニング:良好な印刷状態を維持する事でメタルマスクをきれいにする事ではない。

 吸引性 :メタルマスク開口部から、はんだを吸い出す。
 裏拭き性:メタルマスク裏面を、きれいに拭き取る。

クリームはんだ印刷状態をSPI(はんだ印刷検査)結果からパラメータ修正する事も重要です。

関連記事

クリームはんだ印刷検査(SPI)の重要度 ~基板実装工程で地味だが重要はこちら

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クリームはんだ印刷に必要な道具

クリームはんだ印刷工程で使う治工具としては、メタルマスク、スキージ、印刷受け台です。ひとつひとつの治工具の完成度が重要で今まで培ってきたノウハウの固まりです。

関連記事

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

メタルマスク

メタルマスク

メタルマスクは、プリント基板上にクリームはんだを印刷する用途治具で一般的なステンシル厚さは80μm~200μmの非常に薄いステンレス板に微細な切り欠きパターンを作り、ここにクリームはんだを印刷(充填)して部品装着部にはんだパターンを形成します。

現在0603サイズチップ部品が主流となっており、 大型部品との混載が多くなりクリームはんだ印刷難易度が格段に上がっています。

メタルマスク製法も様々あり現在はYAGレーザーで製作するものが主流です。

社内メタルマスク開口部修正でのノウハウ/品質向上/コストダウンはこちら

あわせて読みたい

http://www.sun-craft.jp/

バックアップ治具

SMT実装に使用治具でメタルマスクとセットで使用するバックアップ治具で試作や小規模量産基板では汎用ピンで部品接触しないように汎用ピン立てを行う事がありますが作業スキルで品質が変動するというリスクがあります。

段取り時間が掛かりピン立てにより部品とピンが接触した場合、ロット生産したすべての製品が部品破損のするリスクがある。

クリームはんだ印刷バックアッププレートについてはこちら

スキージ

スキージとはメタルマスクとセットで使う道具でメタルマスク上のクリームはんだをスキージを使いはんだ充填をするための道具です。主な種類として3種類あります。

ウレタンスキージ

ウレタンスキージは最近は余り見なくなりましたがスキージの中では一番柔軟性があるスキージです。

大開口部ではんだを掻き取ってしまう欠点があるのと摩耗が早いので劣化すると印刷品質に影響があります。

メタルスキージ

メタルスキージはウレタンスキージに比べて、大開口部へのえぐりが少ないのが特徴でウレタンと比べて寿命が長く、トータルで印刷品質が高くコストを削減できます。

どんな開口にも対応出来るメリットがありますがハーフエッチングや凹凸開口に追随出来ない欠点があります。

メタルマスク開口ノウハウや条件出しが最重要になります。

プラスチックスキージ

プラスチックスキージはウレタンマスク追随性とメタルスキージ対応力をバランス良いスキージです。

大開口でのエグれ、ハーフエッチングや凹凸開口にも対応出来るスキージです。

あえて欠点を言うと印圧設定を間違えると割れます。中々ないですけど

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クリームはんだ印刷の難しさ

クリームはんだ印刷工程は実際の動作はとても単純ですが冒頭でも書いたように
プリント基板実装工程動作としては地味ですが
最重要工程なので技術力向上に力を注ぐべき技術です。
基板実装会社で蔑ろにすると未来が無くなりますので
人材育成には計画性を持って技術伝承が必要です。

まとめ

summary

記事を通して繰り返し重要性を記載しました。
どんなに海外での実装が安くても品質が伴わないとトータルコストが高いです。
国内工場の強みは品質です。今は価格しか目に行かないかもしれませんが国内技術が無いと海外で不良問題解決するには国内の技術が重要で小規模でも自社技術の醸成に実装拠点が必要です。
その為には人材育成です。

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