ソルダーペースト体積計算ツール
ステンシル印刷およびリフローはんだ付けプロセスのSMDソルダーペーストの体積、ステンシル開口面積、およびIPC-7525Aの面積比を計算します。
公式
参考: IPC-7525A Stencil Design Guidelines
仕組み
この計算機は、パッドの寸法とステンシルパラメータに基づいて、表面実装技術（SMT）アセンブリ用のはんだペーストの量を決定します。PCB アセンブリエンジニア、プロセス技術者、製造エンジニアは、これを使用して印刷品質を最適化し、信頼性の高いはんだ接合を実現します。ソルダーペーストの体積は、開口面積にステンシルの厚さを掛けたものに等しく、V = L W T* (1-削減%) です。重要な品質指標は、ペースト剥離の信頼性を予測する面積比 AR = 開口面積 /壁面積 = (L*W)/(2*T* (L+W)) という面積比です。IPC-7525B規格では、信頼性の高いリリースのためには面積比が0.66を超える必要があります。ファインピッチの部品には0.75を超える比が推奨されます。Indium CorporationとKesterの調査によると、ペーストの量が不十分（0.66 AR未満）だと、はんだの欠陥（オープン、トゥームストーニング、ヘッドインピローの故障など）の 67% の原因となります。体積が大きすぎると、欠陥の 23% がブリッジの原因となります。IPC アセンブリガイドラインに基づく最適なステンシル設計では、転写効率 (実際/理論上の体積) は 85～ 95% の範囲です。
計算例
問題:標準で面積を 10% 削減した100 um (0.1 mm) ステンシルを使用して、0402 メートル (0.4 mm x 0.2 mm) のチップコンデンサパッドのソルダーペーストの体積と面積比を計算します。
解決策: 1。パッド寸法:長さ = 0.4 ミリメートル、幅 = 0.2 ミリメートル 2.ステンシルの厚さ:T = 0.1 mm (100 um-ファインピッチの標準) 3.面積削減:10% (開口部はパッドサイズの 90%) 4.アパーチャーエリア:A_Paper = 0.4* 0.2* 0.9 = 0.072 mm^2 5.ペーストボリューム:パッドあたりV = 0.072 * 0.1 = 0.0072 mm^3 = 7.2 nL 6.コンポーネントあたりの合計:2 パッド * 7.2 = 14.4 nL
面積比の計算: -開口部の寸法 (縮小後): 0.38 ミリメートル x 0.19 ミリメートル -壁の面積:A_wall = 2 0.1 (0.38 + 0.19) = 0.114 mm^2 -面積比:AR = 0.072/0.114 = 0.63
アセスメント: -AR = 0.63 は IPC-7525B の最小値である 0.66 を下回っています。わずかなペーストリリースが予想されます -ソリューションオプション: a) ステンシルを 80 um に縮小:AR = 0.072/0.091 = 0.79 (良好) b) 絞りを 5% 増やす:AR = 0.076/0.114 = 0.67 (許容範囲) c) ステップステンシルを使用:0402 には 80 um、より大きいコンポーネントには 100 um
ペーストの重量推定 (タイプ 4 SAC305、密度 7.4 g/cm^3): -ボリューム:0.0072 mm^3 = 7.2e-6 cm^3 -金属含有量:88-92重量%、体積パーセントで約 50% -ペーストの重量:パッドあたり7.2e-6* 7.4* 0.5 = 26.6 ug
実践的なヒント
- ✓250 um未満の開口部には、レーザーカットされたステンレススチールステンシル（化学的にエッチングされていない）を使用してください。レーザーカットでは +/-5 um の寸法精度が得られますが、エッチングでは +/-25 um の寸法精度が得られます。DEK/ASMアセンブリの研究では、台形開口壁 (レーザーカット特性) はストレートウォールと比較してペーストの剥離性が10～ 15% 向上しています。
- ✓生産の信頼性向上のための目標面積比は0.70〜0.80です。AR = 0.66 (IPC 最小) では、ばらつきが大きくなると伝達効率は 70 ～ 80% に低下します。AR = 0.75+では、体積が一定であっても伝達効率は90～ 95% に達します。この 15 ～ 20% の効率向上により、クックソン/アルファアセンブリデータあたりの欠陥率が大幅に低下します。
- ✓BGAおよびファインピッチQFN（0.4〜0.5 mmピッチ）の場合は、ステンシルの厚さを75〜100 umに減らし、開口部を5〜10％減らします。ボリュームが小さいほど、リリース性が向上し、ブリッジが減少することで補われます。IPC-7093によると、適切な合体のためには、BGAペーストの高さはボールの直径の50〜75％でなければなりません。
- ✓IPC-7525Bに従ってキャリブレーションされたSPI（ソルダーペースト検査）システムでペースト量を確認します。目標体積許容誤差:プロセス制御では+/ -25%、cpk > 1.33体積が公称値の -40%/+50% を超えると、欠陥と強く相関します。最新のSPI（コ・ヤング、サイバーオプティクス）は、15um以上の分解能で堆積物の 100% を測定します。
よくある間違い
- ✗面積比を無視し、体積のみに焦点を当てます。ステンシルが厚い大口径では、十分な体積が得られますが、面積比が低いため離れが悪くなります。IPC-7525Bでは、信頼性の高いガスケット加工とクリーンリリースのためにARが0.66以上必要です。0.66 未満の AR では、不完全な転送、ランダムな体積変動、ブリッジングのリスクが生じます。ステンシルデザインを完成させる前に、必ず面積の比率を確認してください。
- ✗すべてのコンポーネントに同じ厚さのステンシルを使用しています。0201（0.25 mm x 0.125 mm）パッドには50〜75 umのステンシルが必要ですが、0805パッドには125〜150 umのステンシルが必要です。混合アセンブリには、ステップステンシル (1 つのステンシルに複数の厚み) または選択的ペースト印刷が必要です。インジウムの研究によると、ステンシルの厚さが不適切だと、アセンブリの歩留まりの 40% が失われます。
- ✗ペーストの種類（フラックスパーセンテージ）は考慮されません。タイプ3のペースト（25～45umの粒子）の金属重量は、88〜90％、タイプ5（15〜25um）の金属は85〜88％の場合があります。体積計算では理論上の密度を想定していますが、実際の金属含有量は 5 ～ 10% の誤差があります。ペーストの仕様を確認し、メーカーのデータシートに従って体積目標を調整してください。
- ✗ペーストとパッドのアパーチャの比率を 1:1 の最大値としてゼロアパーチャリダクションを指定すると、微細ピッチのコンポーネントにペーストブリッジが発生し、ステンシルのエッジのガスケットシールが不良になります。標準的な方法は、IPC-7525B ごとに 5 ～ 15% のアパーチャ縮小です。ホームオフセット (開口部をコンポーネント本体に向かって移動) すると、ボリュームを落とすことなく QFP/QFN のブリッジマージンが向上します。
よくある質問
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