実装基板の自己調達部品の品質保証 | パターン設計開発支援サイト

Q.

実装基板の自己調達部品の品質保証について教えてください。
不具合が生じたときに、部品解析の対応はできますか?


A.

部品の調達ルートとトレサビリティーの管理方法によります。

①部品の調達ルート

 正規代理店から購入の場合は対応可能ですが、
 短納期対応のため、市場調達ルートの場合は、
 対応が不可となります。

 製品の納期、製作台数にもよりますので、
 どちらで手配させていただいたらいいか、
 ご相談させていただきながら進めていきます。

②トレサビリティー

 不具合が生じたとき、部品の解析を行うためには、
 その製品に、いつ、どこで購入した部品が搭載されているか、
 特定できるような 管理が必要となります。

 管理方法は、ご提案をさせていただきますが、
 管理工数も発生いたします。


お客様と詳細を確認しながら、管理方法を構築しています。
お困りの点がございましたら、お問い合わせくださいませ。


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リフローの温度プロファイル | パターン設計開発支援サイト

プリント配線板へはんだ付けを行う際、プリント配線板の表面の温度を
はんだが溶融する温度迄上げなければなりません。

温度を上昇させるカーブは、温度分布のムラを防止させ、
安定したはんだ付けを行う為に、一度中間の温度に上昇させて、予熱。
その後、本加熱部ではんだの溶融するピーク温度に上昇させてはんだ付けを行います。
はんだ付け後は、搭載部品の保証されている時間内に温度を下げます。

これらの温度と時間の変化(カーブ)が温度プロファイルです。
温度プロファイルの測定は、プリント配線板の特定ポイントに熱電対などを取り付け、
時間経過、温度の変化状態を確認します。

部品サイズが大きいほど温度は上がりにくいです。
BGAは接合部が部品下にある為、温度が上がりにくいです。
所定温度へ調整していくとプリント配線板が必要以上に加熱されてしまいます。
過昇温になりやすい部品もあります。
アルミ電解コンデンサは、部品のボディの部分の温度が上がりやすく、
高温に弱い構造、リフロー回数に制約があるもの(厳しい条件)もあります。

昇温しにくい部品の接合部をはんだぬれに必要な温度に上げる、
あわせてプリント配線板、搭載部品の耐熱保障温度を超えないよう設定、工夫が必要です。


リフロー装置は、予備加熱部、本加熱部、冷却部が一体化した構造です。
プリント配線板はコンベアで配線板の両端を挟み装置内に搬送されます。
装置内部では予熱、はんだが溶融するピーク温度迄上昇、はんだ付け、冷却が行われます。
プリント配線板の一部だけ温度を上げたい、特定箇所のみ冷却したいといった設定は不可能です。
適正な設定条件を設定した後、はんだ付け状態の確認を行うことも必要です。

不具合の事例として
・はんだ付け不良
・部品破損
・基板膨れ といった症状があります。





はんだ付け不良の症状の例としては

・はんだボール(ソルダ飛散)
・ボイド
・ウィッキング
・チップ立ち(マンハッタン、ツームストーン)
・ブリッジ
・ランド剥離
・表面酸化

が挙げられます。

上記の不具合の原因の全てが、温度プロファイル、リフロー工程に
起因したものではありませんが、実装条件を重要視する工程のひとつです。

弊社の実装工程においても温度プロファイルの測定は定常的に対応させて頂いています。

又、弊社では、実装プロファイルシミュレーション SimPRESSO
リフロー炉伝熱解析シナリオ を導入しております。

①    基板設計段階でのリフロー時の伝熱解析
②    プロファイル条件出しの簡素化

設計段階でのリフロー条件の確認、
実装前の測定ポイントの事前検討 (PC上での事前検討により実測での工数の削減)
により、開発期間の短縮化、実装の信頼性の向上、をご提案させて頂きます。


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クリームはんだ印刷 | パターン設計開発支援サイト

Q.

クリームはんだの印刷を行うときに、
メタルスキージで対応いただくことは可能でしょうか。


A.

対応可能です。当社の標準となります。

当社では、「メタルスキージ」と「ウレタンスキージ」となります。


・ウレタンスキージ

 材料にウレタンゴムを使用したもので、
 マスク大開口部でのはんだ転写量が低下してしまう欠点がございます。

・メタルスキージ

 材料に金属を使用したもので、マスク大開口部での
 はんだ転写量に優れています。



Q.

クリームはんだを支給して
実装していただくことは可能でしょうか。


A.

可能です。

クリームはんだをご支給いただくときに、
「メーカー」と「型番」をご連絡ください。
また、推奨プロファイル条件も必要となります。
(当社で実績のないクリームはんだの場合)

また、クリームはんだは当社で手配することも可能です。


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ソルダリング | パターン設計開発支援サイト

ソルダリング

熱(加熱)はソルダリングに必要です。
時間、量を一定にし、接続部へ供給し綺麗に分散させることが
必要です。

伝導、対流、放射が熱の伝わり方の基本、伝熱過程の分類です。

熱の分類と機器類
・伝導(熱)
はんだ用こて、浸漬、ホットプレート

・対流(熱)
熱風

・放射(熱)
遠赤外線、近赤外線、レーザ、光(ビーム)

はんだ不良の防止には、はんだが流れるだけの熱(ぬれを生じさせる。)
が必要です。
ただし、加熱により部品の破壊、損傷も避けなければなりません。
相矛盾する条件の中で各々に配慮した作業条件の設定も必要です。
条件出しにお困り等ありましたらお問い合わせください。


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やに入りソルダ | パターン設計開発支援サイト

やに入りソルダは

ソルダワイヤの中心部にフラックス(やに)が注入してあります。


はんだ、フラックスがはんだ付け箇所に一定の比率で使用できます。

下記はJIS Z3283 で規定されている項目です。

・フラックスの週類、フラックス含有量
・フラックスの等級、特性
・製品の呼称

※フラックス含有量の区分

記号 フラックス含有量    許容範囲
F1       1.0               0.5以上1.5未満
F2       2.0               1.5以上2.5未満
F3       3.0               2.5以上3.5未満
F4       4.0               3.5以上4.5未満
F5       5.0               4.5以上5.5未満
F6       6.0               5.5以上6.5未満


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BGAリワークについて | パターン設計開発支援サイト

<BGAリワークについて>

Q.

BGAのリワークをお願いしたいのですが、
対応は可能でしょうか。

A,

対応は可能ですが、ご依頼前に下記の確認をさせてください。
下記の状況によって対応が難しい場合がございます。

①BGAの型番、製品カタログ

②実装済み基板の写真(全体と対象箇所の表裏)

 対象部品の周りや裏にある部品への
 影響を確認いたします。

③部品と基板、両方にダメージを与えずに
 リワークするのは困難なため、どちらを優先させるか。

また、細心の注意を払って対応いたしますが、リスクはございます。
保証はいたしかねますので、ご了承をお願いいたします。


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ソルダリング後の洗浄プロセス | パターン設計開発支援サイト

ソルダリング後の洗浄プロセス

洗浄

表面を清浄にすること。
表面に付着している汚れを取り除くことです。

物体の表面の汚れに対し、汚れを溶解する洗浄剤を用い
汚れを取り除きます。

プリント配線板の主な洗浄剤は
グリコールエーテル系溶剤が汚れを溶解、
汚れとプリント配線板の分離は界面活性剤が
多く使用されています。



洗浄剤と汚れの性質、状態により少しの時間で
洗浄できるもの、時間を要するものとがあります。

時間を要するものは、方法を使い分け
洗浄作業を行っていきます。

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ソルダリング接合部の品質、信頼性 | パターン設計開発支援サイト

ソルダリング接合部の品質、信頼性

・信頼性与えられた条件の下、目標期間、機能を維持することです。

 電子部品の実装はソルダリングは電気的な接続を目的に行われます。


ソルダリング接合部の信頼性は

主に目標期間中に断線、短絡の故障が起きないようにすることになります。


製品寿命は一般的に

 ・初期故障期間

 ・偶発故障期間

 ・磨耗故障期間

の3つに期間に区分されます。


初期故障期間は、

設計、製造、材料などによって起こるとされています。


偶発故障期間は、

製品本来の目標を果たしているが予期できない故障が

偶発的に起こることとされています。


磨耗故障期間は、

製品の劣化、磨耗などにより故障が多くなる期間とされています。


故障からの復旧に、部品交換、回路検証等ございましたらお声がけください。

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実装済み基板の分割方法 | パターン設計開発支援サイト

■実装済みプリント基板の分割方法


 Q.
 御社での実装後の基板分割方法を教えてください。


 A.
 1.Vカットプリント基板分割機


   捨て基板のカットラインより部品が外に出ていない、

   基板分割機に干渉しそうな部品が無い場合は、

   基板分割機を使用し分割します。


   上下からの挟み込み方式で低ストレスで分割可能です。


   <対象基板>

   基板材料    FR-4、CEM-3、FR-1など

   基板切断幅   3〜100mm(奥行き)

   部品の搭載範囲 V溝からの距離 推奨1.5mm

           部品高さ 上下面15mm

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 2.ラジオペンチ


   Vカットプリント基板分割機が対応できないときは、

   ラジオペンチで分割します。


 3.ハンディールーター


   ミシン目をカットするときは、ハンディルーターを

   使用します。

   また、基板端面のバリとりもこちらの機材を使用します。


 実装基板分割時には、部品にストレスを与えないように

 分割することが求められます。

 プリント基板設計では、部品配置の時点で、基板端面からの距離や、

 ミシン目などの近くに部品を配置しないなど基板分割作業を

 視野に入れ検討することで、実装時の作業効率、品質が向上します。

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鉛フリーはんだ付け | パターン設計開発支援サイト

鉛フリーはんだ付け


濡れ性
 銅箔上の広がりより表面張力の力が強く、

 padの隅が銅箔がむき出し(赤目)が発生する場合があります。

リフトオフ現象
 はんだ付け後のはんだ凝固時に、はんだがランドから持ち上がり

 リード線側に付いてしまう現象です。


プリント基板設計時にはんだ付け面積を小さくする、

padの隅を丸くする、ランドをレジストで押さえる等の手立て以外

フラックス、使用はんだの種類、実装条件も踏まえ確認し、

プリント基板設計時に取り込むこと、設計以外で品質を

確保する手段の検討、確認も重要です。

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こて先の温度管理 | パターン設計開発支援サイト

こて先の黒色化は


・フラックスの残渣、炭化物がこて先表面に焼き付く。

・こて先の素地が露出し高温酸化状態。

・鉄、錫の金属間化合物が高温酸化。


等が主たる原因で、

また、それらが複合的に作用していることもあります。


鉛フリーのソルダリングでは、こて先の設定温度が高い為、
酸化・炭化の度合いが大きくなります。


日々の作業における注意事項として
・こて先の温度設定

 → 極力低く設定し酸化、侵食を遅くさせる。・作業終了後、こて先に新しいはんだを供給しこて台へ片付ける。

 → 酸化を遅くする。・数分以上使用しない場合は電源を切る。

 → 酸化を遅くする。


があり、こて先の酸化を遅くする効果もあります。


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色と光の3原色 | パターン設計開発支援サイト

★色と光の3原色について


 ご存知の方も多いと思いますが


  ●色の3原色 

  Y(黄色(Yellow))、  M(赤紫(Magenta))、  C(青緑(Cyan)) 

  混ぜると黒く「減法混色」

  


光の3原色

  R(赤(Red))、  G(緑(Green))、  B(青(Blue))

  混ぜると白くなる「加法混色」


 という違いがあります。


 電子回路では色の3原色を使う機会はありませんが、

 知っていて損はありません。


 さて、最近の LEDはカラフルになってきました。


 部品搭載時の発光テストとして白色を用いる機会が

 多いと思いますが、いざ不良のときにどういう症状になるか?

  知っていれば修理に役立ちます


  R + G + B = White   :白色  


 これをベースに

 もし、RGBの内 1色が発光しなかったらどんな色になるのだろう!


  R + G + -- = Yellow :黄色

  -- + G + B = Cyan   :青緑色

  R + -- + B = Magenta:赤紫色


 この 6色を知っていることで、 

 ピンポイントでの不良確認が可能となります。


 修理をされている方、ぜひ覚えてみて下さい。



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マンハッタン現象 | パターン設計開発支援サイト

プリント基板の部品実装時、

抵抗、コンデンサ、インダクタのチップ化により

マンハッタン現象といった課題があります。


極小チップ化した受動品をリフローした時、

ランドのどちらかで部品が浮き立ち上がったり、

立ち上がりの前兆となることがあります。


これらの状態を

マンハッタン現象、ツームストーン現象

と呼んでいます。


ランドの左右ではんだ量、ランド面積のバラつき、

部品の搭載ズレなどにより、


 ・はんだの溶融開始時の表面張力が異なり、

 ・チップ部品が左右のどちらかに引っ張られる。


事で発生します。

余熱の時間、実装ズレを小さくする、はんだ量、熱を均等化等が

対策のひとつになります。


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プロファイル用基板 | パターン設計開発支援サイト

Q:
プロファイル用のプリント基板はなぜ必要でしょうか?

A:
プリント基板ごとに

「サイズ」「実装密度」「実装内容」が違うためです。


この3つの条件が変わってくると、

基板や部品の温まり方に差異が生じ、はんだの溶け方に影響がでます。


温度が高すぎると 

 「部品破壊」「基板破損」「なじみ不良」となります。


温度が低すぎると

 「はんだ未融解」「未はんだ」「なじみ不良」となります。


そのため、

当社では新規製品、変更製品はプロファイル用の基板を使用して

プロファイルの測定をおこないます。


また、プロファイル用の基板は、条件がでるまで、

何度かリフローの中を通すため、製品としては使用できません。


そのため、製品用とは別にプロファイル用の基板が必要となります。


プロファイルは、お客様の指定の条件に合わせて採取することも、

部品を搭載した状態でのプロファイル採取も対応いたします。

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ものの見え方 | パターン設計開発支援サイト

25年も前のこと、7SEG表示を必要とする冶具基板を作成しました。


初めてのデバッグ作業で右往左往していたときです。


7SEGの表示がちらちらして、見にくくて仕方が無かったとき

 「んー、こうするんだよ! 」

と神の一声


「赤色のLEDに赤色のフィルターを重ねることで赤が強調される」

感動しました。



時を隔てて・・・


実装部品の外観検査を行っていて、もっともっと見やすくするには?

の問いに

光源に何を使うか、

どういう光の当て方が良いか、

何色の光にすべきか、

昔の経験が生きてきてます。

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はんだごて | パターン設計開発支援サイト

基本構造は

・電源コード
・ホルダ部(握り部)
・ヒータ部
・こて先チップ です。

JIS規格で規程され各用途向けに品種、価格帯様々なものが
あります。

選定ポイントとして

・電力容量
  作業に必要な熱量が求められます。

・使いやすさ
  比較的軽量で、握った際に太さと形状に違和感がないもの。

・こて先
  形状と太さ、又、こて先は消耗品です。
  容易に交換可能な構造となっているもの。

・絶縁性
  静電気対策品として、ホルダ部の材質に導電性プラスチック等
  を使用し、人体側からの静電気やこて先からのリーク電流を
  アース回路へ逃がす構造となっています。

・温度調整機能
  温度管理を行えるもの。

が挙げられます。


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電子部品の静電気障害防止策 | パターン設計開発支援サイト

電子部品の静電気障害を防止する対策のひとつとして
導電性シートが用いられます。

静電気は、静電誘導及び放電等の静電気現象を引き起こし、
製品、部品、あるいは人体への障害の原因となります。

製造工程において静電気が発生すると、そばにある導体には
誘導が発生し、他の金属などに触れると放電がおき、
ノイズ、ICの破損などの障害の原因となります。

人体に帯電、誘電した電荷は、部品等に触れた時に放電を
起こし、時にIC等の半導体部品を破損させます。

空気中に浮遊している塵などでも空気との摩擦で放電したりします。

静電対策には、導電性ゴム等で作られたシート、マットを用い
人体に帯電した静電気を確実にアースに逃がす必要があります。

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リフローはんだ付け | パターン設計開発支援サイト

リフローはんだ付け

はんだ付けパッドサイズは、必要なはんだ付け強度が得られる大きさが必要です。


部品の下側ではパッドとの間には薄いはんだの膜(合金層)しか
存在しませんので、十分なはんだ付け強度が確保できません。

部品の端子とパッド間のはんだの傾斜部をフィレットと呼びます。

はんだ付け強度はこのフィレットにより確保されます。


パッドサイズが大きくなっても形成されるフィレットの
大きさはある限界以上には大きくなりません。

 


最大フィレットの大きさは部品端子高さに比例した大きさ
となります。

最大フィレット形成の為にパッドサイズを必要以上に

大きくしても、はんだ付け強度は殆ど向上しません。

 

 

 

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はんだの外観 | パターン設計開発支援サイト

はんだの外観

外観的に見てよいはんだ付けとは、


  ・はんだが良く流れ、裾を引いていること
  ・フィレットに光沢、つやがあること
  ・はんだ過剰、不足やつや等の異常がないこと

 

が挙げられます。


一般的に富士山型が良好なはんだ状態と言われており、

 


評価ポイントとして

 ①濡れ性
   富士山型でイメージされる様に、滑らかな裾野を引いていることです。

 

   評価には濡れ角(θ)により判断され、この角が小さいほど

 

   良好なはんだ状態とされています。

 ②光と光沢(つや)
   一様な色と光沢のあることです。

   はんだ付けの条件が不適切な場合、色や光沢にむらが出たり、

 

   細かな凹凸は観測されることがあります。

 ③はんだ量
   量が不足するとテンプラなど未接合の原因となります。

   過剰な場合は、隣接箇所と接触、ショートの原因ともなります。

 ④外観の異常
   クラックやはみ出し等、外観の異常がないことです。

 

 

 

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ソルダペースト印刷時の問題と対策 | パターン設計開発支援サイト

ソルダペースト印刷時の問題と対策

問題点 主たる原因 対 策
不完全な印刷 ・マスクの目詰まり ・マスクの洗浄
・ソルダペースト粒状径の不均一、流動不良 ・ソルダペーストの選定/管理
・印刷条件が不適切 ・印刷条件の見直し
印刷厚さの ばらつき  ・マスクとプリント基板の平行度 ・プリント基板とマスクのギャップ管理
・ソルダペーストの混合状態不均一 ・ソルダペーストの選定/管理
・スキージ(印圧)が均等でない ・印刷条件の見直し
パッド周辺部の 形状くずれ ・プリント基板メッキ厚が厚いと版が凸面になる  ・めっきの管理
・ソルダペーストの粘度が低い ・ソルダペーストの選定/管理
・スキージ圧が弱い ・印刷条件の見直し
ピーキング ・マスクとプリント基板のギャップが大きい ・プリント基板とマスクのギャップ管理 
・ソルダペーストの粘度が高い ・ソルダペーストの選定/管理
・印圧の管理が不適切 ・印刷条件の見直し
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