SMT組立工程で実施される検査および試験

現代の電子機器製造ビジネスで使用される中核技術として、SMT（表面実装技術）実装に関する新材料・新技術・新装置が、実装密度の向上、ピン数の増加およびピッチの微細化に伴い、絶えず登場している。さらに、より多くのSMD（表面実装デバイス）が、リードが外観から確認できないパッケージに依存するようになっている。

上記で述べたすべての変更は、実施される検査および試験に対して、より高い要件をもたらしますSMT組立工程そして、SMT実装においては、検査および試験手順を設定し、検査技術を選定することがますます重要になっています。

SMT検査および試験技術

SMT組立の工程において、通常使用される主要な検査およびテストには、目視検査、AOI（自動光学検査）、X線検査、およびICT（インサーキットテスト）が含まれます。

a. 目視検査

文字通りの意味では、目視検査とは、作業者が肉眼によって対象製品を直接観察し、製品品質が製造基準に適合しているかどうかを判断する検査を指す。目視検査は、操作が簡便でコストが低いことから広く用いられているが、その実施は作業者の経験や仕事に対する姿勢と密接に関係している。さらに、物理的な制約により、0603 や 0402 パッケージ、および一部のファインピッチ部品の検査には適用できない。SMT 生産ラインにおいては、目視検査は通常、はんだペースト印刷後、リフローはんだ付け前、およびリフローはんだ付け後に行われるが、このうち SMT 実装品質を保証するうえで最も重要なのは、リフローはんだ付け前に実施される目視検査である。

b. AOI

通常は、リフロー後の目視検査直後に使用されます。AOIテスト高速かつ高精度な光学処理技術を適用することで、不良を検出します。AOI装置が稼働している間、カメラは検査対象の画像を高速で取得し、データベースに保存されている適切なパラメータと比較することで、PCB（プリント基板）の欠陥を検出し、モニター上に自動的にマーキングします。

AOI装置の利点には、習得しやすいプログラミングと簡単な操作が含まれます。しかし、AOIは、BGA（ボールグリッドアレイ）などのように、はんだ接合部が目視できない部品の構造検査には使用できません。さらに、AOIは部品やPCBの反りといった、目立たない欠陥を表示することもできません。

c. ICT

ICT の実装に用いられる装置には、フライングプローブテスターやベッド・オブ・ネイルズテスターがあり、テスト対象は通常、SMT 実装を経たモジュールである。PCB 上の部品の電気的性能は ICT によって検査することができ、不良には部品の欠品、誤実装部品、不良部品、短絡、断線、不良実装などが含まれる。

d. X線検査

X線検査PCB上を走査することで、はんだ接合部の品質を検査するために使用されます。X線の透過性により、はんだ付けの品質が明確に反映されます。AOIと比較して、X線検査ははんだ接合部をより多面的に表示することができますが、コストが高いという特徴があります。

上記で紹介した検査にはそれぞれ固有の特性があり、SMT実装中に検査すべき具体的な対象に応じて適切に選定する必要があります。複数の検査手法を総合的に適用することは、手直しコストの削減と合格率の向上に役立ちます。

SMT検査配置設定

検査は、原材料の受け入れから組立完了までのSMT組立全工程において、主に次の手順で行われます。

a. 組立前の受入検査

受入検査の主な使命は、PCBベアボードを含む、SMT実装に使用されるすべての材料に対して品質監視を実施することを目的としている。ステンシル、コンポーネント、はんだペーストなど

b. SMT組立中の工程検査

SMT組立中の工程検査は、はんだペースト印刷、チップ実装、リフローはんだ付けを含め、その性能をテストし、不良を分析・処理するために行われます。

c. リフローはんだ付け後のモジュール検査およびリワーク

リフローはんだ付け後に組立品質および実装モジュールの機能を検査し、不具合を解消するためのリワーク処置を適時に行うことができます。

受入検査

受入検査は通常、肉眼によって、つまり目視検査によって実施され、その検査対象にはPCBベアボード、部品およびはんだペーストが含まれます。

a. PCBベアボードの受入検査

サイズおよび外観検査

ベアボードサイズの検査項目には、アスペクト比、スペースおよび公差、そしてPCBエッジサイズが含まれます。その外観は、内層／外層を特徴とする検査対象を用いて、PCB検査装置によって検査することができます。多層PCB片面／両面PCBおよび検査項目は、オープン、ショート、傷、ライン幅、トレースなどの欠陥です。

反り検査

PCB反りの手動測定方法は、基板の他の角をテーブル面にしっかり押し付けた状態で、4つ目の角からテーブル面までの距離を測定することです。

はんだ付け性検査

SMTのはんだ付け性検査の重点は、パッドおよび電解めっきスルーホールの検査であり、エッジディップ試験、回転ディップ試験、ウェーブディップ試験、はんだボール試験などが含まれる。

内部欠陥検査

マイクロセクション技術は通常、PCB内部欠陥の検査に用いられ、その検査項目には、錫鉛合金を含む銅の厚さ、導電層間の位置合わせ、積層状態などが含まれます。

b. 部品の受入検査

まず、対応する規格および規制に従って部品の受入検査を実施しなければならない。部品検査に関する項目には、次のような側面が含まれる。すなわち、部品の性能、仕様およびパッケージが、発注要求、製品信頼性要求、実装技術および実装設備の要求、保管要求に適合しているかどうかである。上記の一般的な検査に加えて、リードの共面性およびリードめっき層の厚さを検査し、それらが技術的要求に適合し、10サイクルの加熱に耐えられることを確認しなければならない。

c. はんだペーストの受入検査

適合なはんだペーストは、金属含有率が85％から92％の範囲であり、適格なはんだ接合部の硬化強度を有し、粘度が200Pa・sから800Pa・sの範囲であることなどが求められます。

工程内検査

SMT組立製造は主に、はんだペースト印刷、チップ実装およびリフローはんだ付けの各工程を含みます。合格率を向上させるためには、SMT組立製造の全工程を通して検査を行う必要があります。その結果、前工程で発生した不良をタイムリーに発見し、不良品が次の工程へ流入するのを防ぐために、各重要工程の後で品質管理を実施しなければなりません。

a. はんだペースト印刷検査

はんだペースト印刷検査基準には、次のような項目が含まれます。

・はんだペーストは均一に印刷されている必要があります。

・はんだペーストのパターンは、サイズおよび形状の両方においてパッドと一致していなければならない。

・はんだペーストの量および厚さは、要求事項に適合していなければならない。

・はんだペーストは、崩れやひび割れがないように成形されていること。

・はんだペーストで覆われるパッド領域は、規格に適合していなければならない。

b. チップ実装検査

チップ実装不良には、位置ずれ、部品欠品、接着剤の塗布過多、部品間違い、方向違い、浮き、回転などが含まれます。上記の不良が発生した場合は、理想的なチップ実装結果を得るために、対応するパラメータを速やかに修正する必要があります。

c. リフローはんだ付け検査

よく発生するはんだ付け不良には、ツームストーン、不十分なはんだ、酸化、ボイドはんだ付け、はんだボール、コールドソルダリングなどがある。ツームストーンとは、はんだ付け後に部品が立ち上がってしまう現象を指す。不十分なはんだとは、はんだペーストの厚みが部品厚みの4分の1未満である現象を指す。酸化とは、はんだペーストの形状が不規則になる現象を指す。ボイドはんだ付けとは、部品とパッドの間にはんだペーストが存在しない現象を指す。はんだボールとは、はんだ付け工程中に溶融したはんだによって形成される微小または不規則な形状のはんだ球を指す。リフローはんだ付け; コールドはんだ付けとは、はんだ付け面とパッドの間に信頼性のある金属間化合物（IMC）が生成されず、外力が加えられた際に部品が外れる可能性がある現象を指します。

製品検査および手直し

a. 製品検査

SMT組立製造が完了すると、合格品は次の検査工程であるICTおよび機能検査に進みます。

現在まで、一般的に使用されているICT装置は、ベッド・オブ・ネイル・テスターの針治具をプローブで代替するフライングプローブテスターです。テストは高速で移動するプローブによって実行され、テスト手順はCADソフトウェアを通じて直接取り込むことができます。フライングプローブテスターが動作している間、部品と基板間の電気的接続は、特定の位置がマーキングされた座標位置に基づいて検査され、その結果、あらゆる種類の目に見えない欠陥を正確に検出することができます。

ICTの後には機能テストが行われ、これはシステム全体を評価し、設計目標に従ってあらゆる機能を実装できることを保証するために用いられます。機能テストの過程では、組み立て済み製品上のいくつかの機能モジュールに電源および入力信号を与え、出力信号が機能指標を満たしているか、あるいは特定の機能が実現されているかを確認します。

b. 手直し

不合格モジュールのリワークには、手動リワークとステーションリワークの2種類があります。手動リワークには、リワーク工具およびリワーク作業者の作業レベルに対して、非常に高い要求が求められます。高密度実装された部品を有するPCBのリワークに関しては、QFP または BGA通常はプロ仕様のリワークステーションが使用されます。

チップ部品のリワーク

チップ部品のはんだ付け不良には、一般的にトゥームストーン、不十分なはんだ量、ショート、ずれ、クラックなどが含まれる。トゥームストーン不良が発生した部品は、電気はんだごてで取り外し、再度はんだ付けし直す必要がある。不十分なはんだ量の不良が発生した部品は、電気はんだごてを用いてはんだを追加することで対処する。不良がショートである場合は、電気はんだごてを用いて分離し、クラックが発生している場合は部品を交換する必要がある。

ICコンポーネントのリワーク

IC部品のはんだ付け不良には通常、ブリッジ、はんだ不足、およびずれが含まれます。ブリッジは電気はんだごてを用いて分離することで解消できます。不十分なはんだペーストは、はんだペーストを追加することで対処できます。大きくずれてしまったIC部品は一度取り外し、手作業ではんだ付けし直す必要があります。

エレクトロニクス製造は大きく拡大しており、特に電子機器のSMT実装において、実装密度の向上やピン非可視化問題への対応のために、新しい材料と技術が求められている。外観検査、AOI、X線検査、ICT などの堅牢な検査技術の適用は極めて重要である。これらの装置は、初期の材料検査から最終製品のテストに至るまで、SMTプロセス全体を通じて不可欠なモニタリングを提供し、不良を最小限に抑え、製品信頼性を最適な状態に保つことを可能にする。

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