当記事では、メタルマスクとは？と使い方、メーカーを紹介しています。
私は、基板設計をしています。基板設計が完了するとプリント基板制作に必要なガーバーデータを作成と同時にメタルマスク制作用のガーバーデータも作成しています。
プリント基板は同じものを複数枚作成しますが、メタルマスクはプリント基板で表面実装部品を搭載している側だけ作成します。
表面実装部品が、片面だけであればメタルマスクが１枚。両面であれば２枚製作することが一般的です。
メタルマスクとは
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メタルマスクは、基板実装の際に用いられる重要な治具の一つで、表面実装技術ではんだペーストを基板に適切に塗布する（はんだ印刷）ために使われます。
かつて挿入実装が一般的だった時代から、省スペースと小型化を目指すために表面実装部品が導入されたことで、これらの部品を機械で実装する際にはメタルマスクの作成が不可欠となっています。
メタルマスクは基板に表面実装部品を実装する時に使用する治具の呼び名です。
出典：太陽誘電ケミカルテクノロジー株式会社
基板とメタルマスクを置いてスキージと呼ばれるへらのようなもので メタルマスクの穴の中にペーストを流し込み、基板を下にさげます。 そうすると穴の開いた形にペーストが残り、実装機と呼ばれるもので部品をのせると部品の電極と 一致するようになります。その後リフロー炉と呼ばれる炉に基板ごと入れて熱で乾燥させることにより ペースト状のハンダが硬くなり部品が固定されます。 （メタルマスクの呼び名は金属の穴の開いた板なのでメタルマスクとなったと思われます。）
引用元：メタルマスクとは
又、英語でStencil（ステンシル）と呼ばれています。名前のとおり金属で出来ており、表面実装部品のパッド部分が開口しています。
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メタルマスクの使い方
・プリント基板にメタルマスクを載せます。
・メタルマスクにクリームはんだを塗り、スキージと呼ばれるヘラを使ってメタルマスクから基板側へクリームはんだを刷りこみます。
そのため、開口部の穴にはメタルマスクの厚み分だけ、はんだが残ります。狭い開口部でメタルマスクが厚いと、部品パッドに対してはんだ量が多くなってしまうというわけです。上記の理由から、はんだ量を少なく抑えたいピッチが狭い部品には薄い厚みが向いています。
基板設計上でのメタルマスク
メタルマスクの良し悪しで実装に影響を及ぼしてしまいますので、特に小さな部品では初めて登録する時に意外に気を使います。
部品メーカーのデータシートにメタルマスクの開口寸法が載っていることもありますが、変わった形状の部品やとても小さな部品は、その形状で問題ないか？の確認をとるようにしています。
基板設計のCAD上では、メタルマスク用に割り当てられたレイヤーに形状をあらかじめ入力しています。部品データに入力していますので部品を移動すればメタルマスクのデータも移動します。
基板設計が完了したら、メタルマスク用に割り当てられているレイヤーだけをメタルマスク作製用のガーバーデータとして出力しています。
基板設計をしている環境では実際に設計したプリント基板やメタルマスクを見るという機会は少ないと思います。
設計変更がある時に参考で変更前の基板を借りることがあります。自分が苦労して設計したプリント基板を見る事は時々ありますが、メタルマスクの実物を見る機会は、ほとんど無いんじゃないかなと思います。
幸いなことに、私が働いている部署では試作基板とメタルマスクの製作を代行しているので見ることが出来る環境にあります。
メタルマスクの開口と厚さが実装ノウハウ
メタルマスの開口の大きさや形状は、表面実装パッドと同一の大きさだったり、補正をかけたりと会社ごとに実装のノウハウにより蓄積されている形状になると思いますので一概にこうだ。とは言い切れません。
刷り込むはんだペーストの量を左右するので、メタルマスクを手配する時に気を遣うのがメタルマスクの厚みです。
メタルマスクの開口の大きさと形状は、長年の実装経験が蓄積された形状だと思っています。
メタルマスクのメーカー
日本にどのくらいのメタルマスクのメーカーがあるのでしょうか。
まとめ
メタルマスクは、プリント基板に表面実装の部品を実装するための治具です。
開口の大きさや形状は、実装現場のノウハウもあるので、一概にこうだ。とは言えません。
メタルマスクのメーカーは、紹介しているサイトがありますので参照してください。
以上、お役にたてたら幸いです。
コメント
弊社コラムの引用ありがとうございます。
一緒に基板業界を盛り上げていきましょう！！
山口様、コメントありがとうございます。メタルマスクのことは詳しくないので、もっと勉強して深い記事がかけたらいいなと思います。基板業界をもりあげましょう。