ステンシル発注書の「Multilayer / Step」という欄は、多くの場合ふたつの心境のどちらかで選ばれます。混載基板にはステップが必要だと聞いて、保険としてチェックする。あるいは最初のプリントで狭ピッチのペースト不足とコネクタ部のボイドが出るまで、そもそも検討していない。
どちらも判断ではなく反応です。ステップステンシルは混載基板の標準装備ではなく、印刷結果が悪かったときの応急処置でもありません。適用条件が明確で、代償も明確な工法選択です。SKPCB の公開済みページ SMT ステンシル製造 は、これを四つの製作形態（Laser Cut、Electroformed、Multilayer / Step、Nano-coated）のひとつとして挙げ、その役割をはっきり記載しています。一枚のステンシル上に厚みの異なるゾーンを設け、コネクタの大パッドには多く、狭ピッチ領域には少なくペーストを乗せる。
この一文で適用範囲はすでに区切られています。本稿ではこれを、発注前に自分で一度たどれる判断へ展開し、代償も併せて示します。
1. ペースト量の問題を二種類に分ける。ステップが担うのは一方だけ
「ペースト量が合わない」という症状は初品報告書ではどれも似て見えますが、ステンシル側では無関係な二つの問題です。
第一種：基板全体の系統的なずれ。 全体的に少ない、あるいは全体的に多い。特徴は、ずれの向きがどこでも同じであること——大パッドでも狭ピッチでも同じ側に寄ります。原因は通常、選んだ箔厚の段、基板全体に対する開口の補正、あるいは印刷条件と離型挙動にあります。いずれも「局所」の話ではありません。ここでステップは効きません。ステップが変えるのはゾーン間の*相対的な*ペースト量であって、基板全体の絶対水準ではないからです。
第二種：同一基板内部の相反する要求。 大パッド側が不足し狭ピッチ側が過多、あるいはその逆。特徴は両端が同時に外れ、向きが逆であることです。根は幾何にあります。箔厚はステンシル全体の属性ですが、ペースト量の要求は部品ごとです。面積比 = 開口面積 ÷ 開口壁面積であり、壁面積には厚みが含まれる——つまり厚みは分母にしか現れません。一段厚くすれば基板上のすべての開口の面積比が同時に下がり、狭ピッチ群が最初に IPC の経験値 0.66 を下回ります。一段薄くすれば大パッドの供給体積が一緒に減ります。ひとつのグローバルな値で相反する二つの局所要求を満たすことはできません。成立する設定が存在しないのです。
ステップステンシルの対象は第二種だけです。 判別は単純で、測定したペースト量の偏差を部品パッケージごとにグループ化し、向きが揃っているかを見ます。向きが揃っている → 局所箔厚には手を付けず、箔厚の段と開口補正に戻る。向きが逆で、かつ両端ともすでに許容外 → このとき初めて以降の流れに進みます。
この一手は省けません。第一種を第二種と誤判定してステップステンシルを発注すると、ずれはそのまま残り、ステップの代償だけが上積みされます。
2. 局所箔厚を変える前に、この三つを使い切る
ステップは相反する要求を解く手段のひとつですが、最初の手ではありません。理由は次節にあります。幾何的に平らなステンシルを平らでないものに変えるため、代償がスキージと洗浄に落ちる——この二つはその後の一回一回の印刷がどれだけ揃うかを左右します。したがって順序は、幾何に触れないまま余地を探すことが先です。
手順その一：開口の寸法と形状を変える。 狭ピッチ側の困りごとは面積比の低さであり、面積比は分子が開口面積、分母に開口周長が入ります。同じ開口面積でも、角形を角丸や長円に変えれば周長が変わり、面積比も変わります。パッドが許す範囲で開口をわずかに大きくすることも面積比を上げます。大パッド側は逆で、面積比が足りないのではなく体積が足りないのが普通です。そして体積は厚みではなく開口面積で稼げます。「ステップが必須」と判定された基板の多くは、実際にはライブラリの既定開口をそのまま使い、群ごとに面積比を確認していなかっただけです。/ja/smt-stencil/ ページの開口設計参考表は部品種別ごとの出発点を示しており、同ページには実際の開口はエンジニアリングレビュー後に出図されたステンシルデータに従うと明記されています。
手順その二：厚みではなく離型条件を変える。 同じ開口・同じ厚みでも、開口壁の形状と表面状態は離型挙動を大きく変えます。ステンシルページが挙げる二つのオプションはまさにここに効きます。電解研磨（オプション、ペーストの離型性を改善）とナノコーティング（オプション、拭き取り頻度を下げ寿命を延ばす）です。加えて製作形態そのものも変数です——Electroformed と Laser Cut の開口壁は同じものではありません。狭ピッチ側の問題が「ペーストが開口に残る」ことであれば、厚みに手を付けるよりこちらが明らかに安く済みます。ある開口群がどこまで改善するかは、入稿データと設備条件に基づきエンジニアリングレビューで確認が必要です。
手順その三：設計側に戻る。 混載基板の一部では、ペースト量の相反の根がその基板のパッド定義そのものにあります。たとえばコネクタの大パッドが隣接する狭ピッチ部品に近すぎて、開口を大きくすることも厚くすることもできない場合。あるいはパッケージ差が極端な部品を同一基板に詰め込んでいるが、配置にはまだ調整余地がある場合です。こうしたときに最も手間の少ない解はステンシルではなく基板側にあります。判断基準は、開口と離型条件を使い切ってもなお両端の偏差が許容外なら、問いはすでに「どう印刷するか」ではなく「この基板をこう並べる必要があるのか」に移っているということです。
三つとも試してなお揃わない——ここが初めてステップの位置です。
3. ステップは何を変え、代償はどこにあるか
原理は単純です。一枚の箔に厚みの異なるゾーンを設け、各ゾーンがそれぞれの開口群を受け持ちます。ステンシルページの表現は「Different thickness zones on one stencil let large connector pads take more paste while fine-pitch areas take less」——厚みの異なるゾーンが大パッドには多く、狭ピッチ領域には少なくペーストを乗せる、です。「ひとつのグローバル値対相反する二つの要求」という行き詰まりが、「二つの局所値がそれぞれの群を受け持つ」形に置き換わります。
代償は同じ事実から生じます。ステンシル面がもう平らでないこと。
代償その一：スキージ密着。 接触印刷はスキージとステンシル面の密着に依存します。スキージは面を押さえながらペーストを送る必要があり、そのために連続した均一な接触を前提とします。ゾーン境界では面に段差があり、スキージが通過する際にその密着が途切れます。結果として境界付近のペースト挙動はゾーン中央と異なり、潜り込むこともあれば、掻き切れないこともあり、段差の風下側に残ることもあります。ここから重要な制約が出ます。ステップの分区境界は任意には引けません。 境界は部品間の空白領域を通し、いずれの開口群も横切らず、総延長と折れの数を可能な限り小さくすべきです。分区を細かくすればするほどスキージが越える段差が増え、印刷の揃いを保つのが難しくなります。
代償その二：洗浄と保守。 段差とステップの根元はペーストが溜まりやすい場所であり、とくに裏面（基板と接する側）で顕著です。これは拭き取りの有効性に影響し、洗浄工程への要求を高めます。ステンシルページはナノコーティングの役割を「拭き取り頻度を下げ寿命を延ばす」と記載しています——つまり拭き取り頻度はもともと管理すべき量であり、ステップはその負担を増やす側に働きます。あるステップステンシルにどの拭き取り方針を採るべきかは、実際の分区形状と設備に応じてエンジニアリングレビューで決める必要があります。
代償その三：データと出図が重くなる。 ステップステンシルのはんだペースト層データは開口だけでなく、各厚みゾーンの範囲も含みます。この情報は入稿データで表現されているか、レビュー時に明確に取り決められている必要があります。ステンシルページの入稿ファイル要件は Gerber RS-274X（はんだペースト層＋ソルダーレジスト層＋外形層）、ODB++、DXF であり、発注数量と見積は Gerber データ・数量・工程要求のレビュー後に確定します。ステップステンシルのレビューは平板より一巡多く、開口だけでなく分区境界が部品配置と両立するかも確認します。
代償の共通点は、いずれも再現性に作用し、「初品が印刷できるか」には作用しないことです。ステップステンシルの初品はしばしば良好に見えます。問題は 50 回目、200 回目の印刷が 1 回目と同じかどうかです。だからこそステップは混載基板の既定値にすべきではありません。
4. 判断条件のまとめ
以上三節を、発注前に自分でたどれる条件に圧縮します。次の四つが同時に成立するとき、ステップは行う価値があります。
- 偏差の向きが逆。 大パッドと狭ピッチのペースト量偏差が同じ側にない。これにより基板全体の系統的なずれが除外されます。
- 開口と離型条件を使い切っている。 各群を面積比で確認済み（狭ピッチ群は可能な限り IPC 経験値 0.66 以上に引き上げ）、形状は最適化済み、電解研磨やナノコーティングなどの選択肢も評価済み。
- 分区境界が引ける。 相反する二つの部品群が基板上で空間的に明確に分かれており、境界が空白領域を通り、いずれの開口も横切らず、形が細かくならない。この条件はしばしば否認要因になります——大パッドと狭ピッチ部品が入り混じって配置されていれば、ステップは物理的に刃を入れる場所がありません。
- 生産形態が保守負担に耐える。 このステンシルの印刷回数、段取り替え頻度、洗浄サイクルが、ステップの拭き取り要求と両立することをレビューで確認できる。
条件 3 が成立しないときの答えは、通常は第 2 節の手順その三、つまりステンシルではなく基板配置を変えることです。条件 4 が成立しないときに検討できるのは、相反する二面を二枚のステンシルに分けることです（ステンシルページは Top / Bottom / Top+Bottom の出図に対応しており、具体的な分割方針は基板と工程のレビューで確認が必要です）。細かい分区を無理に作ることではありません。
5. 発注前に伝えるべきこと
最終的にステップを行うかどうかにかかわらず、発注側が明確に伝えるべきは結論ではなく問題です。「基板上のどの部品群のペースト量要求が相反しているか、各群のパッケージと位置、初品偏差の向きとグループ分け」を入稿説明に書くことは、「Multilayer / Step」に単にチェックを入れるよりはるかに有効です。分区境界が引けるか、どこに引くかはレビュー段階で初めて決まることであり、それを決めるための情報は設計側にあるからです。
併せて用意すべきものは、完全なはんだペースト層データ（ソルダーレジスト層と外形層を含む）、基板外形と基準マーク、そしてこのステンシルの想定使用場面（試作か量産か、印刷頻度、長期間の拭き取り低減が必要か）です。フレーム規格と材質は /ja/smt-stencil/ ページの公開記載に従って選びます。箔厚の段の選び方は別の問いであり、本サイトには別稿があります。条件付きの能力値はすべてエンジニアリングレビューでの確認を前提とします。
より広い製造可能性の境界——最小線幅・間隔、穴径、外形公差——は 製造能力 と 公差基準 の二ページにあります。ステンシルと実装を併せて発注する場合は PCB 実装 サービスをご利用ください。
FAQ
Q1：混載基板はすべてステップステンシルにすべきですか。
いいえ。ステップが解くのは「同一基板内でペースト量の要求が逆向きに相反している」種類の問題だけであり、しかも開口と離型条件を使い切ってから検討すべきものです。多くの混載基板は群ごとに面積比を確認し、開口形状を最適化するだけで揃います。
Q2：厚みを変えるべきか開口を変えるべきかはどう見分けますか。
偏差の向きを見ます。基板全体が同じ側に寄っている → 箔厚の段または開口補正というグローバルな問題であり、局所厚みとは無関係です。大パッドと狭ピッチが逆向き → これが相反です。相反の場合も、まず開口と離型条件に手を付け、局所厚みは最後です。
Q3：ステップの分区境界にはどんな制約がありますか。
境界はいずれの開口群も横切らず、部品間の空白領域を通し、総延長と折れを可能な限り少なくすべきです。境界では面に段差があり、そこでスキージの密着が途切れるため、細かく分けるほど揃いを保つのが難しくなります。引けるか、どこに引くかは実際の配置に基づきエンジニアリングレビューで確認が必要です。
Q4：ステップステンシルはペースト残りが増えますか。
段差とステップの根元はペーストが溜まりやすい場所であり、拭き取りの有効性に対する要求が高まります。/ja/smt-stencil/ ページはナノコーティングの役割を拭き取り頻度の低減と寿命延長と記載しており、選択肢として併せて評価できます。具体的な拭き取り方針は分区形状と設備に応じて決める必要があります。
Q5：分区境界が引けない場合はどうしますか。
相反する部品が基板上で入り混じって配置されており、ステップは物理的に刃を入れる場所がないということです。この場合に検討できるのは基板配置の変更、または相反する二面を別のステンシルに分けることです。細かい分区を無理に作っても安定した印刷の揃いは得られないのが通例です。
Q6：ステップステンシルの発注にはどのデータが必要ですか。
/ja/smt-stencil/ ページの記載に従い、入稿ファイルは Gerber RS-274X（はんだペースト層＋ソルダーレジスト層＋外形層）、ODB++ または DXF です。ステップステンシルではさらに、相反する部品のグループ分け、パッケージ、位置の説明が必要で、レビュー時に分区境界を決める材料になります。発注数量と見積はデータ・数量・工程要求のレビュー後に確定します。