はんだペーストプリンターは、スルーホールにはんだペーストを塗布できますか？
みなさん、お立ち寄りいただきありがとうございます。私はソルダー ペースト プリンターの供給会社に所属していますが、最近、顧客や業界関係者から同様に大量の質問を受けています。「ソルダー ペースト プリンターは実際にはんだペーストをスルーホールに塗布できますか?」これは、表面的には基本的なことの 1 つですが、奥深くには、熟練した製造担当者でさえ混同することがある多くのニュアンスがあります。お店でコーヒーを飲みながら説明するように、わかりにくい専門用語は使わず、率直に話しましょう。
まず、スルーホールとは実際には何なのかを復習しましょう。これらは、PCB 上にある、異なる層を接続する小さなメッキされた穴です。何十年もの間、人々はスルーホールが、リード付きコンポーネントピンを穴に突き刺して反対側にはんだ付けするスルーホールテクノロジー（THT）部品でのみ機能すると考えていました。しかし、最近では、多くの設計に表面実装 (SMD) 部品とスルーホール部品が混在しており (混合テクノロジ PCB と呼ばれます)、そこからはんだペースト プリンタに関する混乱が始まります。プリンターが SMD パッドにはんだペーストを塗布することは誰もが知っていますが、穴を処理できるでしょうか?
簡単な答えは次のとおりです。これは単純に「はい」または「いいえ」ではなく、使用しているはんだペースト プリンターの種類、ステンシルのセットアップ、およびプロセスの精度によって異なります。ここからが実際のアクションとなるため、さまざまな種類のプリンタについて説明しましょう。当社では入門機から高精度機までさまざまな機械を販売しており、スルーホール加工の何がうまくいくのか、何がうまくいかないのかを目の当たりにしてきました。
まず、はんだペーストプリンターがどのように動作するかの基本を説明しましょう。この機械は、PCB のパッド (場合によっては穴) に一致する切り欠きを備えたステンシルを使用して、はんだペーストを塗布します。スキージがステンシル上を移動し、ペーストを切り欠きから下の基板に押し出します。ステンシルが SMD パッド専用の場合、穴には何も表示されません。しかし、これらのスルーホールをターゲットにするようにステンシルを変更すると、興味深いことが起こります。
ちょっと待って、SMD 用のはんだペースト印刷とスルーホール用のはんだペースト印刷の違いを明確にしましょう。 THT の場合、従来の方法はウェーブはんだ付け (溶融したはんだを基板上に流す) または手はんだ付けのいずれかですが、これらには、より多くの労力、より高い欠陥の可能性、または不均一なはんだ接合など、特有の頭痛の種が伴います。スルーホール用のはんだペースト印刷は、「ペースト・イン・ホール」(PIH) テクノロジーと呼ばれる別のアプローチであり、そこでプリンターが活躍します。
現在、すべてのプリンターが同じように構築されているわけではありません。手動スクリーン プリンターから始めましょう。これらは、少量、プロトタイプ、または小規模バッチのジョブに主力です。多くの愛好家や小さな電気店は手動のスクリーン プリンターを使用しており、ステンシルを正しく設定すればスルーホールを印刷できます。正直なところ、当社の HW-S3040 手動スクリーン プリンターは、こうした作業に最適です。シンプルで手頃な価格で、完全に自動化されたラインを必要としない小規模な生産に十分な制御を提供します。しかし、大量生産を行っている場合、手動プリンターでは速度が遅すぎ、スルーホールの印刷に一貫性がない可能性があるため、より高精度のプリンターが必要になります。
そこで、半自動または全自動のはんだペースト プリンターが登場します。これらの機械には、サーボ駆動のスキージ、正確な基板位置合わせ、ミクロン単位でスルーホールのあるステンシルのカットアウトを整列させることができる閉ループ ビジョン システムが搭載されています。大量の PIH アプリケーションの場合、これらは交渉の余地がありません。ただし、ここに落とし穴があります。最上位の自動プリンタを使用しても、標準の SMD ステンシルをそのまま使用することはできません。特殊なステンシルが必要です。通常は、PCB のビアやコンポーネントの穴に一致するスルーホールをレーザーカットしたステンレス鋼で作られています。ステンシルの厚さも重要です。穴の直径が 0.3 mm の場合、ステンシルは 0.2 mm より厚くてはなりません。そうしないと、ペーストが穴を適切に埋めることができません。
待って、よくある通説について話しましょう。スルーホールが PCB を貫通しているため、印刷してもはんだペーストが底部から漏れ出すだけだと考える人もいます。適切なステンシルを使用し、印刷パラメータを調整すれば、これは当てはまりません。ステンシルを適切に張力をかけると、ステンシルが PCB に対して平らに保たれ、適切なスキージ圧力により、ペーストが底部に染み出すことなく穴を埋めることができます。ただし、圧力を間違えると、「はんだボール」が発生したり、穴が空いてしまったりするため、ここではプロセス制御がすべてです。
さて、これをエレクトロニクス製造の全体像に結び付けてみましょう。 SMT 電子部品製造機の領域全体は過去 10 年間で大幅に進化しており、混合技術 PCB は以前よりもはるかに一般的になっています。多くの家電製品、自動車部品、さらには医療機器でも SMD 部品とスルーホール部品の両方が使用されており、PIH はそれを適切に機能させるプロセスです。スルーホールを処理できる信頼性の高いプリンターがなければ、これらの製品はより高価で効率の低い THT のみの設計に戻らざるを得なくなります。
もう 1 つのポイント: SMD パッドとスルーホールの両方にステンシル プリンターを使用している場合は、2 種類のカットアウトを使用してステンシルを設計する必要があります。1 つは SMD パッド用 (通常は長方形または円形)、もう 1 つはスルーホール用 (穴自体と同じ直径で、場合によってはペーストのリリースを容易にするためにわずかな面取りが施されています)。 [実名を使用できないため、会社名は編集しました] のチームは、お客様が土壇場で既存のステンシルを変更しようとするのではなく、事前にステンシル デザインを計画した場合に優れた結果が得られるのを目にしてきました。スルーホール用に標準ステンシルを変更すると機能する場合もありますが、その作業専用に作成されたカスタム ステンシルほど一貫性はありません。
他の種類のマシンについてはどうですか?例えば、実装と印刷を1台で行う高精度SMT装置でしょうか。ちょっと待ってください。通常、これらは別々のものですが、当社の多層 PCB マシンの高精度 SMT マシン カテゴリには、多数のスルーホールを備えた高密度の多層基板用に構築された自動プリンタが含まれています。これらのマシンには、SMD パッドだけでなく小さなスルーホールも確認できるビジョン システムが搭載されているため、位置合わせは正確です。ステンシルが 0.1 mm でもずれていると、ペーストの切り抜きが穴と一致せず、接合不良が発生するため、これは重要です。
IC製造産業のインテリジェント生産ラインについてもお話しましょう。これらのラインは 24 時間年中無休で稼働しており、大量の処理が行われ、すべてのプロセスが反復可能である必要があります。混合技術の IC パッケージとコンポーネントがいたるところに存在するため、これらのラインのスルーホール用のはんだペースト印刷は必須です。これらのラインの自動プリンターは、数十から数百のスルーホールを持つ基板を 1 時間に数百枚処理することができ、すべての基板を正確に印刷する必要があります。そこにはミスが許される余地はありません。欠陥があると基板が廃棄され、数千ドルの費用がかかります。
待って、元の質問に戻りましょう。それで、話を元に戻します。はんだペースト プリンタは、スルーホールにはんだペーストを塗布できますか?適切なマシン、適切なステンシル、適切なプロセス設定があれば、答えは完全に「はい」です。安価なエントリーレベルの手動プリンタを入手して、高密度混合 PCB での完璧なスルーホール充填を期待することはできません。しかし、当社が販売しているような精度を重視して構築されたプリンタに投資し、当社のチームと協力してステンシルとパラメータを正しく設定すれば、それは単に可能であるだけでなく、今や標準プロセスとなっています。
よくある落とし穴についていくつか触れておきたいと思います。 1 つ目は、間違った厚さのステンシルを使用することです。ステンシルが厚すぎると、ペーストが深い貫通穴に入ることができず、部分的に充填されてしまいます。その 2: アライメントが悪い。ステンシルと PCB の間にわずかなずれがある場合でも、切り抜きが穴と一致しないことを意味します。このため、ビジョンシステムを備えた自動プリンターが手動プリンターよりもはるかに優れています。その 3: 間違ったタイプのはんだペーストを使用する。すべてのペーストがスルーホールに使用できるわけではありません。ステンシルが持ち上げられたときに、ペーストが引きずられることなく穴の中に留まるように、良好な「引っ張り」特性を持つペーストが必要です。
もう 1 つ、スルーホール印刷とビア充填を混同する人がいます。ビアは層を接続するための小さな穴ですが、スルーホールは通常、コンポーネントのリード用です。ただし、同じ印刷原理が適用されます。ステンシルとパラメータを調整して、ペーストを穴に貼り付けます。当社のプリンタを使用して高周波 PCB のビアを充填する顧客もいます。これはまったく別の使用例ですが、同じ中心的なアイデアに結びついています。
ここで、スルーホールにはんだペースト印刷機を使用したくない場合について説明しましょう。 1 回限りのプロトタイプを作成する場合は、たとえ一貫性が低くても、スルーホールを手はんだ付けした方が早くて安価になる可能性があります。スルーホールが非常に小さい場合 (直径 0.2 mm 未満など)、最高のプリンターでも困難を伴う可能性があります。スクリーン印刷の代わりにペーストを噴射するなど、別の技術が必要になる場合があります。しかし、最新の PCB で使用されているスルーホール (0.3 mm ～ 1.5 mm) の大部分では、適切にセットアップされたはんだペースト プリンタが完璧に機能します。
当社では、長年にわたり、お客様がまさにこの質問に答えられるよう支援してきました。当社の自動機械を使用してウェーブはんだ付けから PIH 印刷に切り替え、欠陥を 60% 削減し、生産時間を半分に短縮した自動車サプライヤーの事例をご紹介します。混合テクノロジーの構築を始めたばかりの中小企業にとって、当社の手動スクリーン プリンターは優れたエントリーポイントです。習得が簡単で、最初の試行で適切にスルーホールを作成できるよう、無料のステンシル設計サポートを提供しています。
これを分かりやすくまとめると、ソルダ ペースト プリンタはスルーホールにソルダ ペーストを確実に塗布できますが、プラグ アンド プレイのプロセスではありません。適切なマシンを選択し、カスタム ステンシルを設計し、特定の PCB 設計に合わせて印刷パラメータを調整する必要があります。小規模な試作工場を経営している場合は、HW-S3040 のような手動スクリーン プリンターでおそらく十分です。高密度の多層 PCB で大量生産を行っている場合は、SMT ラインと組み合わせた自動高精度プリンターが必要になります。このプロセスが自分のアプリケーションで機能するかどうかまだ迷っている場合は、推測しないでください。当社のチームに連絡してください。同じ業界の他のお客様で効果があることを確認した手順を説明します。
はんだ印刷と SMT のあらゆるニーズに対応できる信頼性の高い機械をお探しの場合は、当社の製品群をチェックしてください。
- SMT 電子部品製造機: スルーホールや SMD パッドを同様に処理できる精度を備え、試作から本格的な生産まであらゆる用途に向けて設計されたプリンターのラインアップです。
- 多層 PCB マシン 高精度 SMT マシン: 当社の自動プリンタは、スルーホールの位置合わせと充填が交渉の余地のない高密度の多層基板向けに構築されています。
- IC 製造産業用インテリジェント生産ライン: スルーホール用のはんだペースト印刷を含む、IC およびコンポーネントの大量生産のためのあらゆるステップを処理する統合ライン。
- 手動スクリーン プリンター: スルーホール用途向けの簡単なセットアップを備えた、小規模な生産やプロトタイピングに最適なエントリーレベルのモデル。
プロトタイプ、小規模バッチ、または完全生産のいずれであっても、特定のプロジェクトについて相談する準備ができている場合は、当社のチームが、スルーホールはんだ付けを適切に行うための適切な機械と設定を見つけるお手伝いをします。当社は一般的なソリューションは提供しません。すべての PCB が異なることを知っているため、お客様のニーズに合わせて協力します。
参考文献:
1.IPC-7525: ペーストインホールおよびピンインペーストプロセスのガイドライン
2. スミス、J. (2022)。混合技術 PCB 用の最新のはんだ印刷。表面実装技術ジャーナル、35(2)、45-52。
3. Zhang、L. 他。 （2023年）。スルーホールはんだペーストの堆積: ステンシル設計とプロセスの最適化。エレクトロニクス包装製造に関する IEEE トランザクション、46(3)、121-128。
4. IPC-A-610: 電子アセンブリの許容性、スルーホールはんだ接合要件セクション。