今日、SMT（表面実装技術）がどれほど発展しようとも、実装済みPCB（プリント基板）の品質と性能を本質的に向上させる中核技術であることに変わりはなく、それは電子製品の信頼性に直接影響を及ぼす。SMT実装メーカーにとって、実装製品の品質は工場の製造水準を示すだけでなく、電子機器メーカーとしての能力と潜在力をも示している。実装製品の最高品質を獲得し、製造プロセスを合理化・規格化・標準化へと推進するためには、実際の製造状況を踏まえたうえで、合理的かつ効果的な製造品質プロセス管理計画を実施しなければならない。したがって、SMT実装におけるプロセス管理は、SMT実装プロセスの最適化において基礎的な役割を果たす出発点となる。効果的なプロセス管理は、実装製造の円滑な進行を妨げる可能性のあるあらゆる問題を発見し、製品の不良率を最小限に抑えるのに役立ち、その結果として、不合格品による経済的損失を最終的に回避することができる。
SMT実装は複雑な特徴を備えているもののPCBAプロセスそのプロセス管理は主に全工程の先行ステップ、すなわち印刷、実装およびリフローはんだ付けに対して行われます。そこで本稿では、SMT実装プロセス管理に関するこれらのステップにおけるいくつかの手法について述べます。これらの手法はすべて、PCBCart工場での実際の製造経験に基づいています。
はんだペースト印刷
・PCBのIQC
同一工場内で製造されたものであっても、各ロットのPCBに対してIQC（受入品質検査）を実施しなければならない。
SMT印刷前にPCBについて検査すべき項目には、次のようなものが含まれます。
a. 回路基板に変形が発生するかどうかを確認するために。
b. 回路基板のパッドで酸化が実際に発生しているかどうかを確認するために；
c. 基板表面に傷、断線、または銅の露出が発生していないかを確認するために。
d. PCB 表面を平坦で滑らかかつ均一に保つため。
はんだペースト印刷の工程において、PCB を適切に取り扱うためには、次の点を考慮する必要があります。
a. 回路基板を扱う際は、必ず手袋を着用しなければならない。
b. 目視検査は、目と基板の距離が30cmから45cmの範囲内であり、かつ角度が30°から45°の範囲内となるように実施しなければならない。
c. 基板は、衝突や落下を防ぐために細心の注意を払ってピックアップおよび配置しなければならず、接続不良を防ぐために、決して積み重ねたり垂直に立てかけたりしてはなりません。
d. 基準マークが基板上にある場合、それらがステンシル上の位置決め穴と完全に一致しているかどうかを確認するために検査を行う必要があります。
・はんだペーストの適用および管理
はんだペーストの塗布工程においては、次の規定に従わなければならない。
a. 作業場の環境は、温度を約25℃、相対湿度を35％～75％の範囲に保つよう管理しなければならない。
b. 一時的に使用しないはんだペーストは、誤って使用されないように、生産ラインから十分に離れた場所に保管すること。
c. 新しく開封したはんだペーストを「古い」はんだペーストと併用する場合は、3:1 の割合で混合してください。
はんだペーストを適切に保管することも同様に重要であり、以下の点に注意する必要があります。
a. はんだペーストの有効期限は厳格に管理し、期限切れのはんだペーストは絶対に使用してはならない。
b. はんだペーストは使用していないときは冷蔵庫で保管してください。
・印刷中の工程管理対策
はんだペースト印刷の品質を保証するために、以下のプロセス管理対策を実施する必要があります。
a. 印刷工程は完全でなければなりません。そうでない場合は、基板、ステンシル、および印刷ブレード上のパラメータを修正する必要があります。
b. ブリッジングが印刷物に見えてはなりません。
c. 印刷の膜厚は均一でなければならない。不均一な場合は、スクレイパーブレードの強度を速やかに調整すること。
d. パッドに折り曲げられた縁があるかどうかを確認するために検査を行う必要がある。もし折り曲げられた縁がある場合は、ステンシルの穴が塞がれていないかを確認しなければならない。
e. 印刷結果を確認し、ずれが発生しているかどうかを検査すること。もしずれがある場合は、ステンシルの位置を速やかに修正しなければならない。
さらに、フラックスがステンシル上で乾燥してステンシルの開口部を塞いでしまうのを防ぐため、ステンシルは洗浄する必要があります。実際の使用環境で強い振動を受ける電子製品に関しては、はんだ付け性と製品の信頼性を確保するために、はんだペーストの厚さを調整しなければなりません。
チップ実装
SMT組立製造プロセスにおける主要な装置として、チップマウンタはSMD（表面実装デバイス）をPCB上の対応するパッドに実装することができます。そのため、この工程では高い精度が求められ、特に材料供給、プログラミング、テストおよび組立において顕著です。
・チップ実装時の工程管理対策
対策1：すべてのSMDは設計ファイルと一致し、完全に正確でなければならない。
対策2：プログラムは制御指令信号としての役割を果たし、その編集手順は高い精度で実施されなければならない。さらに、対応するデータはチップマウンタープログラムマニュアルに準拠していなければならない。
対策3：SMD と部品サプライヤー間の組立ては、誤りの再発を防ぐために、できる限り正確でなければならない。
対策4：組立製造の前にチップマウンタ上でデバッグを正確に実施し、SMT組立工程中に発生した不良は適切かつ迅速に処理しなければならない。
・チップ実装後の工程管理対策
チップマウンタは、伝動機構、サーボシステム、認識システム、センサーなどを含む複雑な構造を有しています。SMT実装工程では不良が発生しやすく、その対策については以下で説明します。
解決策1：チップマウンタの伝動部品間の作動順序と論理的な関係を分析する必要がある。
ソリューション2：SMT実装工程の稼働中における不良箇所の位置、関連リンクおよび不良の程度を把握し、異常音によってさまざまな不良を分類・識別できるようにする。
解決策3：不具合が発生する前に、運用手順を明確にしておく必要があります。
解決策4：不具合の発生箇所を明確にすること。
高精度な電子製造装置であるチップマウンターは、大量のSMT実装組立を行う必要があります。装置をより良い状態で稼働させるためには、優れたコンディションを維持できるよう、保守スケジュールを作成しなければなりません。
リフローはんだ付け
リフローはんだ付けは、熱対流によってSMDをPCB基板に実装することを目的としています。温度が上昇すると、部品とパッドを接続しているはんだペーストが溶け始め、温度が下がると、そのはんだペーストが硬化し、部品が基板に恒久的に固定されます。
SMT実装におけるリフローはんだ付けのプロセス管理要件には、次のものが含まれる。
1. リフローはんだ付けには適切な温度プロファイルを設定し、定期的にリアルタイムテストを実施する必要があります。
2. はんだ付けは、PCB設計ファイルで規定されたはんだ付け方向に従って実施すること。
3. はんだ付けの工程では、振動を避ける必要があります。
リフローはんだ付けの性能を検証するために、以下の観点を参考とすることができる。
1. 部品のはんだ付け部分が完全であることを確実にするために。
2. はんだ付けされた接合部は、表面が滑らかでなければならない。
3. はんだ接合部は半月形でなければならない。
4. 基板の表面には、はんだボールや残渣がないこと。
5. ブリッジや疑似はんだ付けが発生してはなりません。
電子技術の進歩と小型化が進むにつれて、PCB における適切な熱制御は、性能と信頼性のために不可欠となっています。埋設銅の採用や最適化された冷却フィンの利用などの新しい手法により、部品温度を効率的に低減し、ホットスポットを発生させることなく十分な熱分布を実現できます。これらの新しい手法は、最適な動作条件を提供することで、電子機器の寿命を延ばします。
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