まず「このステンシルは何回使うのか」を決める
ステンシルの引き合いで最も多く欠けている情報は箔厚ではなく、そのステンシルが何ロット分の生産に耐える必要があるかです。これが不明なままでは、材料・フレーム・研磨のいずれも確定できません。
理由は単純で、ステンシルには性格の異なる2つの役割があります。
ひとつは使い捨て治具です。試作基板を2枚印刷する、パッド設計の1版を検証する、手印刷で数枚のサンプルを作る、そして保管して終わり。コストは最小に抑えるべきで、寿命よりも保管スペースが重要になり、フレームなし箔が標準的な答えになります。
もうひとつは長期の生産資産です。1機種を1年間流し、毎週のように装着・取り外し・清掃を繰り返す。装着のたびに機械的な外乱が加わり、箔のテンション、基準マークの視認性、開口壁の状態は回数とともに変化します。この場合の選定順序は逆になります。維持できる一貫性が先で、コストは後です。
したがって順序は、「何回装着するか・どれだけの期間使うか」を答える → フレーム有無 → 材料 → 最後に箔厚・研磨・コーティングとなります。逆から進めると、試作前提で見積もったフレームなし箔を量産に使うという典型的な手戻りが発生します。
3種類の材料それぞれの適用範囲
公開中のステンシルサービスページには3種類の材料が示されています。これは価格帯の区分ではなく、3つの異なる工法です。
ステンレス箔（レーザーカット・標準） — 大多数の案件における既定値です。ペーストデータから各開口をレーザーで切り抜くため開口位置はデータに従い、箔はスキージの繰り返しせん断に耐える剛性を持ちます。検索語の laser surface mount stencils はこの種類を指します。明確な理由がない限り、ステンシルはレーザーカットのステンレスです。
ニッケル（電鋳） — 「上位のステンレス」ではなく、開口の形成方法が異なるものです。電鋳では金属が開口壁に沿って成長するため、レーザー切断とは異なる壁面状態が得られ、ペーストの抜けに有利になります。適用場面は開口が小さく面積比が厳しい場合で、算出した面積比が経験則の 0.66 に張り付いており、箔厚もこれ以上薄くできないときです。この工法が必要かどうかは、Gerber データを審査する段階でエンジニアリングが確認します。基板が「密に見える」ことを根拠に決めてはいけません。
Kapton / PET — 手印刷用です。フィルム系材料は金属箔の剛性を持たず、自動印刷機のテンション治具に入らず、量産水準のスキージ回数にも耐えません。これが解くのは別の課題、つまりごく少数の基板にほぼゼロの治具コストでペーストを載せることです。安価なステンレス代替として設備で使うのは選定の誤りです。
判断基準を一行で：既定はステンレス、面積比が厳しいときだけ電鋳ニッケルを検討、手印刷のサンプルのみ Kapton/PET。
フレーム有無が変えるのは価格だけではない
発注書の上では安いか高いかの選択に見えますが、実際に変わるのは4点です。テンションのかけ方、装着の再現性、保管コスト、そして適合するロット規模です。
フレーム付き（glue-in）：箔はメッシュ枠を介して恒久フレームに接着・張架され、目標テンションの状態で出荷されます。公開ページの記載では、開口が滑らかで剛性が高く精密な印刷が得られる、高摩耗用途に対応する両面接着、褪色しない基準マーク、高ロットおよび長期生産に適する、とされています。代償は機種ごとにフレーム1枚分の保管スペースと、フレーム自体のコストです。
フレームなし箔：納品されるのは箔のみで、現場の再利用フレームに装着して使い、使用後に取り外します。公開ページの記載では、保管スペースが小さい、スクリーン印刷と手印刷に対応、材料が少なく環境負荷が低い、フレーム付きより低コスト、印刷性能が良好、とされています。実質的には「張架」という工程を治具から現場の再利用フレームへ移すことになります。選定時に最も見落とされる帰結です。
したがって分岐点はロット規模そのものではなく、このステンシルが今後何回装着され、その都度のテンションが再現できるかです。年に数十回装着する機種でフレームなし箔を使えば、数十回の張架が現場のフレームと作業に依存します。フレーム付きはこの変数を出荷時に固定します。
一回限りの検証、頻繁な設計変更、試作段階 → フレームなし箔。1機種を長期に繰り返し生産し、ロット間の一貫性を要求する → フレーム付き。中間の場合は、現場の再利用フレームの寸法が基板サイズを網羅しているか、ラインにテンション確認の定常手順があるかで判断します。
箔厚とフレーム寸法：外部条件に合わせる2つの数値
箔厚は単位面積あたりのペースト量を決め、0.08 / 0.10 / 0.12 / 0.15 / 0.20 mm から選べます。単独では決められず、基板上の最小開口と合わせて面積比を算出します。面積比 = 開口面積 ÷ 開口壁面積で、IPC の経験則では 0.66 以上を保ちます。これを下回るとペーストが開口内に残りやすく、ペースト不足やオープンにつながります。0.2 mm ピッチの BGA や 0.3 mm ピッチの QFN/QFP（当社実装が対応する最小ピッチ）がある基板では薄い側へ寄せます。大きなパッド、コネクタ、厚いペーストを要する基板のみ 0.15–0.20 mm へ向かいます。
問題が起きるのは同一基板に狭ピッチ部品と大型パワーパッドが同居する場合です。薄い箔は狭ピッチで綺麗に抜けますが大きなパッドがペースト不足になり、厚い箔では逆になります。出口はステップ（多層）ステンシル、または上下面を別々のステンシルに分けることであり、どちらも満たさない中間値を取ることではありません。この判断は工程レベルの決定に属し、工程選択に関する別記事で扱うため、ここでは繰り返しません。
フレーム寸法（フレーム付きの場合）は 370×470、420×520、450×550、550×650、584×584 mm が一般的です。合わせる対象は単体基板ではなく、面付け後の外形寸法に印刷機が必要とするクランプ余白とスキージ移動量を加えたものです。比較するのは面付け図であり、単体基板ではありません。外形層が無い場合はフレーム適合を確認できず、これはステンシル発注で最も多い確認手戻りのひとつです。通常範囲を超える特注フレームや規格外箔は個別に評価します。
面の構成もこの段階で決めます。上面のみ、下面のみ、上下面を1枚にまとめる、または別々の2枚にする。1枚にまとめればコストは下がりますが、両面が同一の箔厚を共有します。両面のペースト量要求が大きく異なる場合は分けるべきです。
研磨とナノコーティングはそれぞれ何を解決するか
いずれも有償オプションとして並記されますが、作用する箇所が違います。
研磨は開口壁の状態に関わります。研削研磨が標準で、電解研磨はオプションであり、ペーストの抜けを改善します。面積比が閾値付近にある場合、あるいは特定の開口種別で転写不足が繰り返される場合、電解研磨は検討すべき手段のひとつです。位置づけは「箔厚を薄くした後、パッド設計を見直す前」です。
ナノコーティングは使用期間中の安定性に関わります。公開ページの記載は、拭き取り頻度を減らし使用寿命を延ばすオプション、というものです。開口形状は変えず、ペーストが開口壁やステンシル裏面に付着する傾向を変えます。したがって価値は印刷回数に比例します。使い捨ての試作ステンシルでは得るものが少なく、長期に流れる機種で拭き取りがタクトを食っている場合は稼働時間を取り戻します。
拭き取り間隔や印刷回数での寿命はここでは示しません。ペースト、基板設計、ライン条件に依存し、エンジニアリング審査での確認事項です。確かなのは方向性です。研磨は「そもそも印刷できるか」に効き、コーティングは「200回目が1回目と同じか」に効く。
テンションと清掃：運用中の責任範囲
選定が扱うのは納品の瞬間までです。一貫性の問題はその後に起きるため、境界を明示します。
出荷状態はステンシル供給側の責任です。箔は目標状態に張架され（フレーム付きは出荷時点で完了、フレームなし箔は再利用フレームの装着要件に合わせて納品）、重要開口の寸法と位置偏差を抜き取り検査し、基準マークはバリがなく清浄であること。
使用期間中の状態はライン側の責任で、管理できるのは次の3点です。
- 装着の再現性。毎回の装着が同一の方法で同一のテンションと位置合わせに到達しているか。フレームなし箔では張架が現場側で行われるため、依存度が高くなります。
- 清掃と拭き取り。開口内の残渣は実効開口面積を直接変えます。つまり、せっかく算出した面積比を変えてしまいます。拭き取り頻度はステンシルの仕様ではなくラインの条件であり、ナノコーティングはそれを緩和できても無くすことはできません。
- 状態判定のタイミング。ステンシルの状態変化は、ステンシルの外観よりも先にペースト印刷結果に現れます。
3点目が検査方針を決めます。ステンシルを目視して可否を判断せず、印刷後のエビデンスで判断する。 実装側にはエビデンスの連鎖が既にあります。SPI → インライン2D AOI → リフロー後3D AOI → X線 → ICT / FCT、判定は IPC-A-610 クラス3、BGA など隠れ接合部のボイド率は窒素リフローで <10% を基準に確認し、完成品には 100% 電気検査を行います。SPI は最前列の見張り役です。同一機種・同一開口データで SPI の体積分布が振れ始めたら、パッド設計に手を付ける前にステンシルの状態と清掃を疑います。
具体的なテンション値やたわみ量、洗浄剤の銘柄や希釈比、印刷回数による寿命は本文では示しません。設備、ペースト、基板設計に対してエンジニアリングが確認する事項です。
提出物と、エンジニアリングからの回答
ステンシル発注の入力は明確です。
- ファイル：Gerber RS-274X（ペースト層、ソルダーレジスト層、外形層を含む）、または ODB++、DXF。ソルダーレジスト層が無いと開口とパッドの対応を照合できず、外形層が無いとフレーム適合を確認できません。この2点が確認手戻りの大半を生みます。
- 発注時に確定する仕様：材料（ステンレス箔／電鋳ニッケル／Kapton・PET）、フレーム有無、箔厚（0.08–0.20 mm から選択）、フレーム寸法（フレーム付きの場合）、面の構成（上面／下面／1枚にまとめる／分ける）、数量。
- オプション：研磨方式（研削が標準、電解はオプションで抜けを改善）、ナノコーティング。
- 併せて伝えるべき前提：想定装着回数と生産期間、印刷設備と再利用フレームの寸法、基板上の最小ピッチと大型パッドの混在有無。この3点が上記すべての判断を左右します。
数量と価格は、Gerber データ・数量・工程要求を審査した後に確定します。この工程は省略できません。面積比の検証、ステップや分割の必要性、フレーム適合はいずれもデータから読み取る必要があるためです。
仕様の全体と発注窓口はSMTステンシル製作サービス、実装側の能力と検査手段はPCBA実装、開口設計は基板自体が実現できる線幅・穴径・外形公差と整合させる必要があるため製造公差と製造能力一覧、合否判定と検査方法は品質保証およびPCB品質検査方法を参照してください。
FAQ
Q：フレーム付きとフレームなしは具体的にどう選びますか。
A：装着回数と、テンションを再現できるかで選びます。一回限りの検証、頻繁な設計変更、小ロット試作はフレームなし箔が適します（保管スペースが小さく、フレーム付きより低コストで、スクリーン印刷と手印刷に対応）。1機種を長期に繰り返し生産し、ロット間の一貫性を求める場合はフレーム付きです。箔はメッシュ枠を介して恒久フレームに接着・張架され、目標テンションで出荷され、高摩耗用途に対応する両面接着で、基準マークは褪色しません。ロット規模は代理指標にすぎず、実際の変数は装着回数です。
Q：レーザーカットのステンレスと電鋳ニッケルの違いは何ですか。上位品に替えるべきですか。
A：等級の違いではなく開口形成の違いです。レーザーカットのステンレス箔が標準オプションで、大多数の基板を網羅します。電鋳は開口壁を成長させるため抜けに有利な壁面状態になり、適用場面は面積比が経験則 0.66 に張り付き、かつ箔厚をこれ以上薄くできない場合です。基板が「密に見える」ことを理由に替えないでください。まず最小開口と目標箔厚から面積比を算出し、Gerber データを基にエンジニアリングが確認します。
Q：ナノコーティングはどんなときに費用対効果がありますか。
A：印刷回数に比例します。コーティングは開口形状を変えずに拭き取り頻度を減らし、使用寿命を延ばします。使い捨ての試作ステンシルでは得るものが少なく、長期に流れる機種で拭き取りがタクトを消費している場合は稼働時間を取り戻します。どこまで緩和できるかはペースト・基板設計・ライン条件に依存し、エンジニアリング審査が必要なため、ここでは間隔の数値を示しません。
Q：フレーム寸法は基板サイズから選ぶのですか。
A：いいえ。面付け後の外形に、印刷機が必要とするクランプ余白とスキージ移動量を加えた寸法から選びます。一般的な寸法は 370×470、420×520、450×550、550×650、584×584 mm で、比較対象は面付け図であり単体基板ではありません。外形層が無いとフレーム適合を確認できず、これが最も頻発する確認手戻りです。特注フレームや規格外箔は個別評価が可能です。
Q：テンションと清掃はステンシルの仕様ですか、ラインの条件ですか。
A：出荷時のテンション状態、重要開口の寸法・位置偏差の抜き取り検査、バリのない清浄な基準マークは納品内容です。運用中の装着再現性、拭き取りと清掃の頻度はラインの条件です。状態はステンシルを見て判断せず、印刷後のエビデンスで判断してください。SPI の体積分布が最初に動き、その後にインライン2D AOI、リフロー後3D AOI、X線、ICT/FCT が続き、判定は IPC-A-610 クラス3 です。開口データが変わっていないのに SPI が振れる場合は、パッドを変更する前にステンシル状態と清掃を確認します。
Q：コスト削減のため Kapton / PET でステンレスを代替できますか。
A：できません。これらのフィルムは手印刷用です。金属箔の剛性がなく、自動印刷機のテンション治具に入らず、量産水準のスキージ回数にも耐えません。ごく少数の基板にほぼゼロの治具コストでペーストを載せるために存在します。設備で使うのは選定の誤りで、ペースト量のばらつきとして直接現れます。
Q：基板に 0.3 mm ピッチの QFN と大型パッドが混在します。箔厚はどう決めますか。
A：通常、単一の箔厚では成立しません。薄い箔は狭ピッチで綺麗に抜けますが大型パッドがペースト不足になり、厚い箔では逆になります。出口はステップ（多層）ステンシル、または上下面の分割で、厚さの異なる領域がそれぞれの要求を満たすようにします。当社実装は BGA 0.2 mm ピッチ、QFN/QFP 0.3 mm ピッチ、最小部品 01005 に対応します。ステップか分割かは Gerber 審査後にエンジニアリングが確認します。