コンシューマー電子製品の組立開発動向

民生用電子製品の本質的な特性は、その小型化と多様化にある。これら二つの主導的なトレンドにより、民生用電子製品に適用される組立技術はますます複雑になり、組立プロセスの制御の重要性が一層高まっている。多様化の進展とライフサイクルの絶え間ない短縮に伴い、投資回収期間の短縮、迅速な切り替え、フロー生産および高速生産が求められている。

本稿では、コンポーネント、基板、および実装技術の観点から、民生用電子機器の組立開発動向について論じる。

集積回路（IC）開発

民生用電子製品向け部品の主な開発動向は、小型化と高集積化である。IC に関して言えば、小型化はリードの代わりにバンプ（通常は共晶はんだ）を用いて実装間の接続を行うことで達成できる。バンプは省スペースの観点からリードの優れた代替となり得るものの、ピッチが 0.8mm 以上の BGA（ボール・グリッド・アレイ）では、その省スペース効果には限界がある。ピッチが最大でも 0.4mm の CSP（チップスケールパッケージ）を採用しない限り、スペースを最大限に活用することはできない。現在、多くの最新民生用電子製品、たとえば携帯機器やウェアラブル機器などは、小型化を実現する CSP に依存している。

CSP は次の 5 つのカテゴリに分類できます。
・剛性基板ベースのCSP
・フレキシブル基板ベースのCSP
・カスタマイズされたリードフレームベースCSP（LFCSP）
・ウェハレベル再配線CSP（WLCSP）
・フリップチップCSP（FCCSP）

小型化という観点からは、WLCSP が最も注目を集めている。これはウェハに切り出される前の段階で形成されるため、パッケージサイズがウェハサイズよりも小さくなる。ほとんどの WLCSP は、ウェハ上でパッドを再配線し、はんだボールを実装する。これらはフリップチップの一種とみなすことができる。

WLCSP の信頼性は、特に FR4 基板上に実装される段階で最も懸念されます。シリコンと PCB（プリント基板）では熱膨張係数（CTE：co-efficient of thermal expansion）が異なるため、最大ウェハサイズには制限が生じます。その結果、WLCSP は主にピン数の少ない IC に使用されています。

多数のピンを有するICで高さ方向の小型化が求められる場合、フリップチップ技術に頼らざるを得ません。実際のところ、フリップチップとWLCSPの違いは次第にあいまいになってきています。前者はより小さなピッチを特徴としており、通常その範囲は100μmから150μmです。

リードピンを有するパッケージ、例えば QFP（クワッドフラットパッケージ）と比較すると、BGA および CSP はコストが高いという特徴がある。さらに、I/O インターコネクションに関しては多層構造やマイクロビアが必要とされることが多いため、基板のコストははるかに高くなる。

WLCSP とフリップチップの主な欠点は、そのサイズが標準化されていない点にあります。パッケージサイズはウェハと同等であるため、パッケージは任意のサイズになり得ます。テストソケット、トレイ、フォイルのカスタマイズ需要を抑制するためには、WLCSP において複数の工程を実装することが最善です。

受動部品および離散デバイスの開発動向

最小の受動部品は 01005（0.4×0.2mm）です。受動部品のサイズを小型化するもう一つの方法は、シリコンチップやガラス上に集積することです。

トランジスタのような一部のコンポーネントも、WLCSP にパッケージングすることができる。再配線は、シリコンチップまたは溝内のビア上へのめっきによってウェハの表面側で行うことができる。シリコンチップおよび溝はレーザードリリングによって形成できるが、その欠点はデブリが発生する可能性があることである。

受動部品のサイズを小さくする第3の方法は、それを基板に一体化することであり、これについては本稿の後半で述べる。

モジュール応用は、IC と受動部品をワイヤプラグ層上に統合し、その後それを基板上に実装または接続する潜在的な発展動向である。高周波モジュールや高エネルギー消費の用途においては、セラミック基板が用いられる。

BGA、CSP、フリップチップおよびモジュールにソルダーボールを実装するためには、いくつかの方法が使用でき、その中で最も低コストな方法は、ステンシルを通してはんだペーストを印刷することによりソルダーボールを形成する方法である。次に、フラックスを洗浄除去したうえでリフローはんだ付けを行う。より良い洗浄効果を得るために、水溶性はんだペーストが一般的に用いられる。印刷法で達成可能な最大バンプサイズは、主に以下の点に依存する。
・ステンシル開口部との互換性を確保するために、十分なスペースを確保する必要があります。
・ステンシル厚さ
・はんだペーストの金属成分
・ブリッジングなどの欠陥の存在

基板の開発動向

民生用電子製品の開発動向である小型化および多様化に伴い、従来のリジッド多層PCBは、リジッドマイクロビアによって継続的に置き換えられていく。多層プリント基板そしてフレキシブルPCBさらに、より多くのプリント基板が、BGA や CSP 用のワイヤプラグ層として使用されています。

さらに、受動部品を基板に内蔵することは、基板のもう一つの発展動向です。この種の基板は、より多くのスペースを節約でき、電気的特性にも優れており、コンデンサ、抵抗、インダクタの一体化にも適しています。

はんだ付け技術の発展動向

部品の小型化の傾向により、はんだ付け技術にはより高い要求が求められています。

フリップチップおよびWLCSPのチップサイズに基づき、高信頼性の要求を満たすためには、底部にソルダーを充填する必要があります。フリップチップ接続に粘性フラックスを使用する場合、粘性フラックスの種類は底部充填ソルダーの性能に影響を与えます。

環境保護意識の発展動向

環境保護は、電子組立において考慮すべき重要な役割を果たし始めています。現在では、材料を再利用できるように、組立と分解の両方に焦点を当てて設計が行われています。

環境が鉛によって汚染されるのを防ぐためには、鉛フリーはんだペーストを使用しなければならない。これまでのところ、鉛フリーと環境配慮は、電子機器メーカーにとって不可欠な要素となっている。

鉛フリーはんだペーストに加えて、鉛フリーのコーティング材料および部品用コーティング材料も使用する必要がある。すべての鉛フリーはんだペースト、PCB、および部品用コーティング材料は、技術面から評価されるだけでなく、それらが環境に与える影響についても慎重に検討し、明確にしなければならない。製造の観点からは、一時的な鉛フリー合金が最適である。しかし、製造、使用、あるいは廃棄処理の過程で環境に有害となるのであれば、鉛はんだペーストと比較しても、もはや使用することはできない。

PCBCartは民生用電子機器製品の組立に精通しています

PCBCart は非常に幅広い用途をカバーしており、民生用電子製品の組立はその一部に属します。民生用電子製品の小型化および多様化のトレンドに対応するため、PCBCart は組立能力の向上に努めてきました。現在では、ピッチ 0.35mm までの部品や、01005 からの SMD に対応することが可能です。さらに、鉛フリーのリフローおよびフローはんだ付けにも対応しています。弊社の組立に関する能力の詳細については、どうぞお問い合わせまたは、以下のボタンをクリックして、民生用電子製品の組立ニーズに関するお見積もり依頼を送信することもできます。料金は一切かかりません。

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