どのパッドが「大開口」か、なぜ別種の問題なのか
ここでの「大きい」は絶対寸法ではなく関係です。開口幅が箔厚より十分大きくなると、壁がペーストの挙動を支配しなくなります。
同じステンシル上で、0402 抵抗の小開口二つと QFN 中央サーマルパッドの大開口一つは箔厚が同一ですが、内部のペーストの境遇はまったく異なります。小開口ではペーストは四方から挟まれます。大開口では金属に触れるのは細い周縁だけで、大部分は無支持のまま、自らの粘度だけで形を保っています。
実務で大開口が集中するパッドは限られます。
- シールドフレーム — 長尺または周回する連続パッド。周長が長く細長比が大きい。
- サーマルパッド — QFN、DFN、LGA および多くの電源 IC 裏面の大型中央パッド。
- パワー素子の裏面パッド — MOSFET、IGBT、パワーモジュールのドレイン／コレクタ大面積パッド。
- バスバー用パッドと大面積グランド銅箔 — 厚銅・大電流設計で多く見られます。
- 大型コネクタの固定パッドや機構部品のはんだ付け面。
共通するのは面積が大きいこと、そして多くの場合はんだ層厚の均一性とボイド率の管理が要求されること — まさに単一の大開口が苦手とする二点です。
機序の逆転：スキージによる掻き取りと、離型時のだれ
大開口の典型的な三つの不具合は、いずれも「離型不足」では説明できません。
一つ目：スキージの掻き取り（スクーピング）。 スキージは箔面を斜めに走ります。小開口では充填して通過するだけですが、大開口では刃先が開口内部に入り込み、スプーンのように塊の中央から溝を削り出します。印刷されるのは平らなペーストブロックではなく、中央が薄く両端が厚い形状です。硬い金属スキージより軟質ゴムスキージで起こりやすく、走行方向に対して開口が長いほど顕著になります。
二つ目：離型時のだれ。 版が離れた瞬間、大きなペースト塊は側壁の支えを失い、自重で外側へ広がります。印刷輪郭は設計開口より明らかに大きくなり、隣接パッドとのクリアランスを食い潰します。
三つ目：揮発成分の閉じ込め。 リフロー時、大きな連続ペースト塊の中央にあるフラックス揮発成分は外へ出る距離が最も長く、ボイドは縁ではなく中央に集中します。SKPCB の PCBA ラインでは、はんだボイド率は窒素リフロー条件下で 10% 未満という条件付きのプロセス能力であり、任意のパッド形状に対する無条件の保証ではありません。この水準に到達するには、ベタパッド上のペーストが排気経路を持つ複数の塊に分割されている必要があり、一枚の板状では成立しません。
三つを並べると結論は明確です。大開口の問題はすべて「ペースト塊が大きすぎ、拘束が無さすぎる」ことに由来します。対策は小さくし、拘束を取り戻すことです。 これが桟の役割です。桟は主にペースト量を減らすためではなく（結果として少しは減りますが）、側壁を再び与え、揮発成分の通路を開くためにあります。
判断基準：分割が必須の場合、不要な場合
寸法から始まらない三つの問いで判断します。
第一に、このパッドはんだ層厚とボイドを管理する必要があるか。 サーマルパッドとパワー素子裏面パッドは必要です。はんだ層が放熱経路と機械的接合を兼ね、ボイドが熱抵抗を直接左右するためです。これらはほぼ例外なく分割します。逆に、純粋な機構固定パッドや電気的・熱的機能を持たない大面積銅箔は層厚均一性に鈍感で、分割しないか輪郭内縮だけで足ります。
第二に、上に部品が載るか、浮きやずれが起きうるか。 裏面に露出パッドを持つ部品（QFN、パワー素子）はリフロー時に溶融ペーストの上に着座します。ペースト分布が不均一だと部品が傾き、周囲の細いリードを引き剥がすことがあります。SKPCB の実装能力は最小 01005、BGA 最小ピッチ 0.2 mm、QFN/QFP 最小ピッチ 0.3 mm に対応します。ピッチが細いほど、隣接する大パッドから流れ出すペーストに敏感になり、分割の必要性が高まります。
第三に、スキージ走行方向に対して開口がどれだけ長いか。 走行方向に長い開口 — スキージに直交して置かれたシールドフレームの直線部が典型 — は、同面積の正方形開口よりはるかに掻き取られます。分割方向を正すだけで解決する場合もあります。
見落とされやすい基準がもう一つあります。隣接パッドとのクリアランスです。大パッドが細ピッチリードの直横にある場合、ペーストの広がりの結果は「はんだが少し厚い」ではなく、ブリッジです。この場合、パッド自体に層厚要求がなくても、分割と輪郭内縮でペースト境界を抑える必要があります。
方法一：バー桟（一方向分割）
最も単純な分割です。一つの大開口を一軸方向に複数の平行な細長開口に切り分け、その間に箔の桟を残します。
解決するもの — 主に掻き取りです。桟がスキージ経路を横切って配置されていると、刃は各開口の後で再び箔面に乗り、刃先が塊に入り込み続けられません。同時に各ペースト帯の幅が狭くなり、だれも減ります。
適する場面 — 細長いパッド（シールドフレームの直線部）、細い大電流接続面、掻き取りが問題で排気が重要でないパッド。
注意点 — 桟方向はスキージ方向と併せて決める必要があり、パッドの長辺に沿って安易に切ってはいけません。実生産ではパネル配置によりスキージ方向が変わるため、分割案はパネル面付けと一体で確定すべきで、単板だけで決められません。またバー桟は一軸しか拘束せず、他軸ではペーストが長いままで、排気経路も一方向のみです。
方法二：格子桟（二方向分割）
大開口を両軸の桟で切り、碁盤目状の小開口群にします。
解決するもの — 三つの不具合すべてに効く唯一の方法です。各小開口は四方が金属で、ペーストは完全な側壁拘束を取り戻します。だれは一マス内に収まります。そして最も重要なのは、桟がリフロー時にフラックス揮発成分の排気路となり、合流するペースト塊の間からガスが抜けられる点です。板状の中央に閉じ込められることがなくなります。
適する場面 — サーマルパッド、パワー素子裏面パッド、ボイド率管理が必要なあらゆる大面積はんだ部。QFN 中央パッドでは標準的な処置です。
注意点 — 格子分割は総ペースト量を減らします。開口総面積はパッド面積から桟面積を引いた値です。そのパッドに実際どれだけのはんだが必要かを把握しておく必要があります。分割しすぎるとはんだ層が薄くなり、熱抵抗の上昇や接合強度の低下につながります。したがって格子密度は「密なほど良い」パラメータではなく、拘束・排気と総ペースト量の間の釣り合いです。釣り合いの位置は部品種類、パッド寸法、箔厚に依存し、当該パッドについてステンシルメーカーと実装側が共同で決めるべきもので、流用できる汎用比率はありません。
格子の対称性も重要です。非対称な格子はペーストを片側に偏らせ、リフロー時に部品を傾けます。格子中心はパッド中心に合わせ、縁の残りマスが狭すぎる場合は隣接マスに統合するか、周縁を一律に内縮させる方が良いです。
方法三：周縁内縮と輪郭縮小
三つ目は内部を切らず、開口輪郭全体をパッド輪郭の内側へ引き込む、またはパッド周囲に未開口の箔リングを残す方法です。
解決するもの — ペーストのはみ出しとブリッジリスク。開口がパッドより小さければ、だれたペーストもパッド範囲内に収まります。
適する場面 — 大パッドが細ピッチの隣にある場合、ソルダレジスト開口と銅縁の関係が複雑でペーストがレジストダムに乗り上がる場合、分布形態を変えずに単にペースト量を減らしたい場合。
注意点 — 内縮量はステンシルメーカーと実装プロセスの共同判断であり、ペースト種類、箔厚、レジスト開口方式、部品要求に依存します。製品を越えて流用できる数値はありません。本稿では内縮量を示しません。「一律に何 mm 内縮」という主張は、ペーストのレオロジーと開口方式の差異を無視しているため、疑ってかかるべきです。
実際のステンシルでは三つが同時に現れます。シールドフレームは直線部にバー桟、コーナーに輪郭内縮。大型サーマルパッドは格子を持ち、かつ全体がパッド輪郭より内縮している、という具合です。
分割 vs 箔厚低減 vs 段差ステンシル
ベタパッドのペーストが「多すぎる・厚すぎる」ときの方向は三つあり、互換ではありません。
分割（桟・格子） が変えるのはペーストの平面的な分布形態です。同じ厚みで一塊を複数に分け、副次的に量も少し減ります。排気路を作れる唯一の手段であり、掻き取りとだれを同時に扱える唯一の手段でもあります。
箔全体を薄くする のは基板上の全パッドのペースト厚を変えることです。大パッドには効きますが、細ピッチ部品や小部品も同時に薄くなり、それらの開口はすでに離型限界付近にあるかもしれません。大パッドと細ピッチが同一基板上に共存する場合、一律の薄化は通常答えになりません。
段差ステンシル は一枚の箔上に厚さの異なる領域を作り、大パッド部は薄く、細ピッチ部は厚くします。「一枚で二つの要求」の矛盾を解きますが、段差境界の印刷課題を持ち込みます。スキージが段を越える瞬間に密着を失い、段差近傍パッドの印刷品質は個別評価が必要で、段差領域のレイアウトはスキージ方向と段差間隔に制約されます。段差ステンシルの工程詳細は別稿に譲り（内部リンク参照）、ここでは選択の境界のみ示します。
実務上の順序は、まず分割で分布と排気を解決し、分割で総量を十分下げられない場合に局所薄化を検討し、基板上に大きく離れた二種類の厚み要求が実在し分割で埋められない場合にのみ段差ステンシルを使うというものです。順序を逆にすると、高価で印刷しにくいステンシルになりがちです。
実施後に監視すべき項目
分割案は図面上で決まりますが、正しいかどうかはラインの三か所に現れます。
印刷後のペースト形状と体積（SPI）。 すべての小開口が形になっているか、連結や欠落がないか、パッドごとの総体積が想定範囲にあるか。新しい分割案の初回は、目視だけでなく SPI データで確認する必要があります。
リフロー後のボイド（X 線）。 格子が実際に排気路を開いたかは X 線で見る問題です。大パッド下のボイド分布と割合を確認します。ボイドが依然中央に集中していれば、格子が粗いか、排気に不利な向きです。SKPCB の PCBA ラインは SPI、インライン 2D AOI、リフロー後 3D AOI、X 線、ICT、FCT を備えており、大パッド分割案の検証は主に SPI と X 線に依拠します。
部品位置とコプラナリティ。 リフロー後に部品が傾いていないか、ずれていないか、大パッドから流れたペーストで隣接細リードがブリッジまたははんだ不足になっていないか。部品が大きいほど重要です。SKPCB の実装能力は対角 74 mm の大型 BGA/QFP に対応しますが、この寸法では裏面パッドのペースト不均一が明確なコプラナリティ問題へ拡大します。
受入は IPC-A-610 Class 3、素基板は IPC-6012 Class II & III に従い、工程には 10 以上の品質関門があります。ただし一点付言します。これらの規格が規定するのははんだ接合の許容性であり、ステンシル分割案の正しさではありません。 分割案が外観受入を通っても、熱抵抗や長期信頼性に問題を残すことはあり得ます。だからこそ大パッドの分割には、一度の目視合格ではなく SPI と X 線の裏付けが必要です。
発注時に渡すべき入力
ステンシルメーカーが受け取るペースト層がパッド層の複製にすぎない場合、大開口の分割は推測に委ねられます。それを避けるため、発注時に次を明示してください。
- どのパッドが機能パッドか — サーマルパッド、パワーパッド、シールドフレームを特定し、それぞれの機能（放熱／通電／シールド／機構固定）を記載します。機能が分割の可否と程度を決めます。
- 部品型番と裏面パッド構造 — 露出パッドの有無、はんだ層厚要求、ボイド率要求。
- 既存の分割案があれば — 文章説明ではなくペースト層に桟と格子を描き込みます。文章の注記は多者間の受け渡しで失われやすいためです。
- 案がない場合はメーカーへの提案依頼を明示 — 各ベタパッドの機能と制約を併せて伝え、提案の根拠を与えます。
- パネル向きとスキージ方向の取り決め — 分割方向はスキージ方向に依存し、パネルを回転させると正しいバー桟案が最悪の案に変わり得ます。
- 隣接する細ピッチ部品の位置 — どのベタパッドが 0.2 mm ピッチ BGA や 0.3 mm ピッチ QFN/QFP の隣にあるか。該当箇所のペースト境界は厳しく抑える必要があります。
- 実装側の検査要求 — SPI 全数の要否、大パッドの X 線抜取の要否、ボイド判定基準の出典（例：IPC-A-610 Class 3）。
ペースト層の提出形式、原点定義、ステンシルデータの完全性チェックリストは別の話題です（内部リンク参照）。ここで強調すべき点は一つ、分割の意図はデータと共にステンシルメーカーへ届かなければならず、設計者の頭の中に留めてはいけないということです。
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画像 alt: 加工台に平らに置かれたステンレス製 SMT ステンシル箔と、その上方にある円形レンズ付きの加工／検査ヘッド。箔にはパッド列と部品輪郭が切り抜かれ、複数の大きな角形開口の間に金属の桟が残されている。
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FAQ
すべてのベタパッドを分割する必要がありますか。
いいえ。基準は寸法ではなく機能です。熱や電流を担う、上に部品が載る、細ピッチの隣にある — これらは分割が必要です。純粋な機構固定パッドやはんだ付けしない銅箔面は通常不要で、必要なら輪郭内縮のみです。
格子は密なほど良いのですか。
いいえ。密にするほど桟の占有面積が増え、ペースト量は減ります。分割しすぎるとはんだ層が薄くなり、熱伝導と機械強度の両方に影響します。密度は拘束・排気と総量の釣り合いであり、当該パッドについてステンシルメーカーと実装側が決めます。
バー桟と格子はどう選びますか。
掻き取りが問題で、パッドが細長く、排気が重要でなければバー桟。ボイド管理が必要で、パッドがほぼ正方形で、上に部品が載るなら格子。サーマルパッドとパワー素子裏面パッドは通常格子です。
分割で接合強度は落ちませんか。
分割が減らすのはペースト量であり、はんだ付け面積ではありません。リフローで各塊は合流し、桟の位置に隙間は残りません。強度リスクは分割しすぎてはんだ層が薄くなることに起因し、分割そのものではありません。だからこそ「このパッドに必要なはんだ量」を先に決めます。
すでに製作したステンシルで大開口が未分割だと分かりました。救済できますか。
ステンシル製作は除去加工であり、箔は取り除けても足せません。既存ステンシルに後から桟を追加することはできません。短期的には印刷工程側で緩和できますが（スキージ種類とパラメータ、パネル向き）、応急措置にとどまります。分割はステンシルの構造事項であり、最終的には作り直しが必要です。だから発注前の確認が欠かせません。
分割案は他プロジェクトへ流用できますか。
同一部品、同一箔厚、同一ペースト系であれば出発点にはなりますが、当該基板のパネル向きと隣接部品に対する再確認は必要です。あるプロジェクトの格子パラメータを一般規則として持ち込むことはできません。