基板設計・実装

「基板設計・実装」
に関するよくある質問

• 共晶はんだと鉛フリーはんだの違いはなんですか？

  鉛フリーはんだと共晶はんだは、各々が異なる特徴を持ち、異なる用途に向いています。環境への影響を最小限に抑えたい場合や高温環境下での使用が求められる場合には、鉛フリーはんだが適しています。一方、使いやすさやはんだ付けの信頼性が重視される場合には、共晶はんだが優れた選択肢となります。

  ただし鉛フリーはんだは、共晶はんだの2,3倍のコストがかかるとされており、また融点も高いため、製造コストは時間的にも費用的にもかかってしまいます。

  	共晶はんだ	鉛フリーはんだ
  融点	約180℃	約220℃
  成分	鉛を含む（鉛、錫、銀等）	鉛を含まない（錫、銀、銅、ニッケル等）
  ぬれ性	ぬれ広がりがよい	ぬれ性はよいが、共晶はんだには劣る
  コスト	〇（低コスト）	△（高コスト）
  仕上がり	表面に金属光沢がある	金属光沢がなく白っぽい
  比重	鉛があるため重い（7.4から11前後）	鉛がない分軽い（7.4から8.4前後）
  機械的強度 （引張強さ）	10前後から43MPa前後	機械的強度は鉛がない分強い
  電気抵抗	電気抵抗は成分により異なるが13前後から55前後（10-2μΩm）	電気抵抗は鉛はんだより小さい
  実装品質	高品質	高品質は望めない
  利用分野	航空・鉄道・発電など、高い信頼性が求められる公共・インフラ分野	電子部品、家電製品のほぼすべて

  ＞＞共晶はんだと鉛フリーはんだを徹底比較！

• 共晶はんだとはどのようなはんだですか？

  共晶はんだは、Sn（錫）63%とPb（鉛）37%の合金で構成されたはんだです。

  ひと昔前（約20年前）までは、基板実装には鉛を含む「共晶はんだ」が一般的に使われていましたが、環境面へ悪影響を与えるとして、RoHS指令により電子部品の多くで使用が制限されたため、2000年以降に鉛を含まない「鉛フリーはんだ」が誕生し、現在は鉛フリーはんだが主流のはんだとして幅広く使用されています。

  しかし性能面や信頼性の観点から、共晶はんだが必要な分野はいまも残っており、高度な信頼性が要求される場面では特に重宝されています。

  ＞＞共晶はんだとは？現在も共晶はんだが必要な理由とは？

• 共晶はんだと鉛フリーはんだの識別を、どのように管理していますか？

  当サイトを運営する日東電気では、共晶はんだの基板実装を数多く行っておりますが、下記のような共晶はんだ実装のコンタミ防止対策を取っています。

  ・コンタミ防止をする工場レイアウト

  ・色でわかりやすく判別可能な現品票

  詳細は下記をご覧ください。

  ＞＞共晶はんだ実装で必要不可欠なコンタミ防止対策

• CEM-3とFR-4の違いはなんですか？

  当社でよく使われる基材は、主に下記の通りです。

  ・ガラス布基材エポキシ樹脂(FR-4)

  ・複合基材エポキシ樹脂(CEM-3) 　

  FR-4の材質は、ガラスエポキシ材(ガラス繊維製の布）+エポキシ樹脂を含浸したもので、CEM3の材質は、ガラスコンポジット材+エポキシ樹脂を含浸しています。顕微鏡で見ると切り揃えられたガラス繊維を重ねたように見えます。

  材質の特徴としては、FR-4は非常に硬く、耐久性が非常に高い反面、専用工具や機械がないと加工が難しいです。しかし汎用性が高く信頼性があるため、様々な用途で使用されています。

  CEM-3は、FR-4よりも耐久性は劣りますが、加工性はベークとエポキシ材の中間くらいとなっております。

  ＞＞プリント基板の種類一覧をご紹介！

• 基板のアートワーク設計におけるポイントはなんですか？

  一口に、基板設計と言っても、回路図を見てつなげていくだけでも、基板の形にはなってしまいます。しかし、単純な回路以外では、基板設計のノウハウがないと、基板を作ってしまった後、不具合が発覚してしまう場合が考えられます。これを未然に防ぐには、経験とスキルが最も重要です。

  例えば、何十アンペアの電流が流れ何百ボルトの電圧がかかる回路の場合、パターン幅、パターン同士との間隔を考慮しないと、誤動作を起こしたり、電子部品が破壊されたりします。そのためにも、回路図・部品表・ネットリスト・製品設計コンセプトとなる仕様書が必要となります。

  基板設計は電子機器の主要部品となる、電子回路を構成しているプリント基板を設計することを指します。電子回路に利用する電子部品を実装する場所を決め、それぞれの電子部品を配線するためのアートワークを作成します。基板を製作するには回路図を作り、それを元に基板設計をして、初めてプリント基板が製作されます。

• SMTとIMTの混載実装を検討していますが、実装における注意点はありますか？

  代表的な基板実装方法として、挿入実装(IMT)と表面実装(SMT)があります。挿入実装では、リード部品（DIP部品）をスルーホールに挿入し、部品を実装します。表面実装では、スルーホールを用いずに、基板表面のパッドにSMT部品の電極を接合します。

  混載実装とは、同一基板上で上述の挿入実装(IMT)と表面実装(SMT)のどちらも用いて、基板実装を行う方法を指します。表面実装と挿入実装では、特徴や実装できる部品が異なります。そのため、多様な部品の実装が求められる場合などは、この混載実装が必須となります。

  混載実装では、挿入実装、表面実装のどちらの工程も必要であるため、実装工程のステップは非常に多くなります。実装ステップとしては、通常、表面実装(SMT)が先に行なわれ、その後に挿入実装(IMT)が行なわれます。

  SMT実装にて一度温度の掛けた基板は　IMT実装にて再度温度が掛かるとハンダの再溶融や部品そのものが破壊される事もあるため　適切な温度管理が必要になります。その為にハンダ槽の温度プロファイル管理や条件に応じたDIPバレットの使用により 全体に熱を再度かけずハンダ付けを必要とするポイントのみ熱をかける手法など様々な工夫での実装技術と熱の管理がポイントとなります。

• 高温環境で使用したい基板には、どのようなはんだ付けが良いでしょうか？

  高温環境で使用する基板の対策としては、はんだ付けよりも、むしろ基板設計・筐体設計が最も重要になります。

  電子回路を搭載した筐体を製作する場合、基板から発生する熱によって電子部品が破損しないよう設計することが重要です。最近は、特に電子回路の微細化・筐体サイズのコンパクト化に伴い、電子回路の熱対策は重要性を増しています。

  具体的な基板設計・筐体設計による高温環境への対策としては、

  ・部品配置の見直し
  ・電流を流すための銅箔パターン配置の見直し
  ・筐体形状や材質の見直し
  ・ヒートシンクや冷却ファンの追加

  など　基板のみならず筐体全体での放熱性の確保を考慮した設計が必要とされます。

• 裏面はんだにも対応可能ですか？

  チップ部品実装の表面実装工程(SMT) では、表裏2面の実装は一般的に行われてます。ディスクリート部品を実装する (IMT)工程においても、裏面はんだについては、フローはんだ槽を用いて、DIPキャリア治具にて必要な箇所にはんだ付けを行っております。またロボットや人間がはんだ付けを行うマニュアル工程でも、裏面はんだは一般的な内容です。

• フローはんだ槽のメリット・デメリットを教えてください。

  フローはんだ付けのメリットは、なんと言ってもその生産効率の高さにあります。 基板を連続投入することで、 20～30秒のサイクルタイムで生産が可能になります。 フローはんだ付けは、リード部品からチップ・SOP部品まで　広くはんだ付け対象にできます。
  　　
  フローはんだ槽のデメリットや不具合の最も大きな要因は、基板の搬送角度が大きいことによる熱不足やはんだの乱流です。 鉛はんだよりも流動性の劣る鉛フリーはんだで重要なのは、フラックスの塗布条件とフラックスを劣化させない範囲での十分な加熱条件です。これはブローホール・ピンホールのみではなく、赤目やブリッジなどの不具合対策にも通じる条件でもあります。

• 鉛フリーはんだと共晶はんだ、どちらの方がコストメリットがありますか？

  共晶はんだは、鉛フリーはんだと比較して融点が低く、濡れ性が良いため、高品質に仕上がり易いメリットがあります。総合的にはコストメリットがありますが、硬度が過剰に高く、粘りが小さく、逆にもろいことでハンダクラックが生じるデメリットがあります。

  鉛フリーはんだは、逆に融点が高いため、必要以上に温度を上昇させるとはんだの酸化しやすくなり、製品の酸化を早める原因につながります。しかし鉛フリーはんだの一番のメリットは、その名の通り鉛が入っていない点です。環境問題から、鉛の入った共晶はんだは避けられ、国内外向けのあらゆる製品で鉛フリーはんだの使用が推奨されて浸透してます。

• はんだ付けの工程にはどのような種類がありますか？

  大きなプロセスとして、表面実装のリフロー実装工程(いわゆるSMT実装) 、ソルダーリング装置やハンダ付けロボットを用いるフローハンダ工程と、人の手を介して行うマニュアルハンダ工程が、工程の代表となります。

• どのような業界向けのプリント基板実装の実績がありますか？

  産業機器が使われる業界全般でプリント基板実装の実績があります。自動車車載基板・電力メーカー基板・医療機器基板・通信機器基板・自然エネルギー向け基板・蓄電装置基板・紙幣識別基板等が最近の主力になります。

• どのような種類のプリント基板の実装に対応していますか？

  ガラス材のCEM-3 ,FR-4材質が大半をしめますが、テフロン基板・セラミック基板も稀にあります。また最近では余り出回りませんが、紙フェノール基板の実装も対応しております。

• 基板アートワーク設計からご相談したいです。

  自社内アートワーク設計が可能ですが、キャパにより外部の協力を仰ぐ場合もございます。最近の傾向としては、アートワークから当社にご依頼いただくケースが主力となっております。

• 基板実装の最大可能サイズはどれくらいですか？

  社内での基板実装はマシンの対応としてMサイズが主力ですが、弊社協力工場様との連携により、Lサイズ基板の実装も多くの受注実績を持っております。

• 基板実装のための部品調達は御社にお任せしても大丈夫ですか？

  弊社では電子部品の調達から筐体に使用される板金・樹脂部品・ダイキャスト部品など、全て調達が可能です。特にプラスチック成形部品・FRP部品などの成形部品・ダイキャスト鋳造部品・精密機械加工品については、自社グループ内の工場から調達が可能のため、リードタイムの短縮にもつなげております。

• 基板のハーネス加工は対応可能ですか？

  筐体組立・基板組立にハーネス部品は必須部品となり、長年お取引をしているハーネス加工の協力会社様が多数あります。当社の基板ハーネス部品調達の特色としては、弱電に強いハーネスメーカー様、高電圧に強いハーネスメーカー様、それぞれの得意分野に応じたハーネス調達が可能です。

• 基板の防湿処理にはどのような方法がありますか？

  基板の防湿には、基板全体をシリコンやフッ素等の樹脂で覆うコーティングの手法と、ケースに基板を組み込み樹脂を流し込むポッティングの手法があります。また基板直接ではなく、筐体にゴム部品やOリングなどで封止するパッキンなどの手法もあります。

• 月にどれくらいのロット数の基板まで実装可能ですか？

  基板の実装点数により左右されますが　携帯電話等に使用される基板の大ロット量産については、最大で月 20,000台超をこなす実績があります。しかしながら大ロット生産品は海外生産の傾向が益々高まっており、国内生産品のロット数は月300～1,000台程度の少量多品種生産が、最近のロット傾向の主力と変化しております。

• 基板の検査工程では、どのような検査に対応していますか？

  基板生板でのフライングチェッカー、実装後のビジュアル検査からICTよる導通検査・製品状態でのファンクションテストを主体として　他にSMT工程でのBGA部品などにはX線検査を実施しております。

• 高電圧機器の基板実装をお願いしたいのですが、耐電圧試験は御社にて対応可能ですか？

  電力メーカー向け製品・鉄道車載製品など多種の高電圧機器の製造を行っているため、耐電圧検査を必要とする製品には当社にて耐電圧試験を実施しております。

• FMEAもお願いできますか？

  製品及び製造プロセスにおいて故障モードを事前に洗い出し、影響を分析評価した上で対策を講じることは最も重要で、弊社では工程FMEA・設計FMEAを実施しております。

• 鉛フリー実装にも対応していますか？

  弊社では　鉛フリーと共晶のどちらの実装対応が可能です。混入防止からそれぞれ別のラインで実装対応しております。

• 海外で使用する基板についても製造いただけますでしょうか？

  海外で使用する基板は国際規格のIEC規格に対応した物をはじめ　お客様とのお打合せに応じたUL規格・CSA規格・C-UL規格等多くの実績がありお客様のご要求に応じた対応が可能です。