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表面実装テクノロジー (SMT) エレクトロニクス製造で使用される方法で、コンポーネントがプリント基板 (PCBs) の表面に直接取り付けられます。 SMT は、その効率性、費用対効果、およびコンパクトで高性能な電子デバイスを製造できる能力により、エレクトロニクス業界の標準的な製造プロセスとなっています。この記事では、各ステップと関連用語を含め、SMT の製造プロセスを詳しく説明します。
SMT の製造プロセスに入る前に、いくつかの重要な用語を理解することが重要です。
PCB (プリント基板): 電子部品を機械的に支持し、電気的に接続するために電子機器で使用される基板。
SMD (表面実装デバイス): PCB の表面に直接取り付けるように設計されたコンポーネント。
はんだペースト: SMD を PCB に取り付けるために使用される粉末はんだとフラックスの混合物。
リフローはんだ付け: はんだペーストを融点まで加熱して、コンポーネントと PCB の間に永久的な電気的および機械的接続を作成するプロセス。
AOI (自動光学検査): カメラを使用して PCB の欠陥を検出する、機械ベースの外観検査プロセス。
AXI (自動 X 線検査): X線を使用して、部品の下に隠れたはんだ接合部や接続部を検査する検査方法です。
SPI (はんだペースト検査): PCB のはんだペースト塗布の品質をチェックするプロセス。
SMT の製造プロセスはいくつかのステップで構成されており、各ステップは PCB への電子部品の確実な配置とはんだ付けを保証するために重要です。以下は、SMT プロセスの各ステップの詳細な概要です。
の最初のステップ SMT の製造プロセス PCBにはんだペーストを塗布しています。はんだペーストは、フラックスと混合された小さなはんだボールから作られた粘着性の物質です。これは、コンポーネントがマウントされる PCB の領域 (通常は金属パッド上) に適用されます。
ステンシル アライメント: PCB 上のはんだパッドの位置に対応する切り欠きを備えた金属ステンシルが基板上に配置されます。ステンシルはマスクとして機能し、はんだペーストが必要な領域にのみ塗布されるようにします。
アプリケーションの貼り付け: スキージまたは同様のツールを使用して、はんだペーストをステンシル全体に広げ、開口部を通してその下の PCB 上に押し込みます。ペースト層の厚さと均一性は、コンポーネントの取り付けやはんだ付けを適切に行うために重要です。
ステンシル の削除: ステンシルを慎重に持ち上げて、PCB パッド上に正確に堆積されたはんだペーストを残します。
はんだペーストを適切に塗布することは、はんだ接合部の品質と全体的なアセンブリの信頼性を決定するため、非常に重要です。
はんだペーストを塗布したら、次のステップです。 はんだペースト検査 (SPI)。このステップは、はんだペーストが PCB に正しく塗布されるようにするために不可欠です。
自動検査: SPI マシンはカメラとセンサーを使用して PCB をスキャンし、はんだペーストの堆積物の体積、高さ、面積、位置を測定します。
品質管理: 検査データを分析し、ペースト不足、ペースト過剰、付着物の位置ずれなどの欠陥を検出します。これらの欠陥は、はんだ接合不良、コンポーネントの位置ずれ、またはショートを引き起こす可能性があります。
フィードバックループ: 欠陥が検出された場合は、はんだペースト プリンターのセットアップまたはプロセス パラメーターを調整して問題を修正できます。このフィードバック ループにより、高品質のはんだペーストの塗布が保証されます。
はんだペーストが検査および検証されたら、次のステップは次のとおりです。 チップ実装、コンポーネント配置とも呼ばれます。
コンポーネントの準備: SMT コンポーネント、つまり SMD は、リール、トレイ、またはチューブで供給され、ピック アンド プレース マシンに供給されます。
ピックアンドプレイス: ピック アンド プレース マシンは、バキューム ノズルを備えたロボット アームを使用して、フィーダーからコンポーネントをピックアップし、PCB のはんだ付けされたパッド上にコンポーネントを配置します。機械の高精度により、コンポーネントが PCB 設計に従って正確に配置されることが保証されます。
位置合わせと配置: 機械はビジョン システムと位置合わせアルゴリズムを使用して、各コンポーネントが正しく配置されていることを確認します。最新のピックアンドプレース機械の速度と精度により、高スループット生産が可能になります。
位置ずれや配置ミスがあると、コストのかかる再加工や廃棄が必要となる不良ボードが発生する可能性があるため、チップの取り付けは重要なステップです。
コンポーネントを自動配置した後、多くの場合、 目視検査 一部のコンポーネントは手動で配置されます。
目視検査: 熟練したオペレーターが基板を目視検査し、コンポーネントの位置ずれ、部品の欠落、または機械が見逃した明らかな欠陥がないかを確認します。このステップは、多くの場合、拡大ツールまたは顕微鏡を使用して行われます。
手動コンポーネントの配置: 一部のコンポーネント、特に非標準、大きい、または繊細なコンポーネントは、手動で配置する必要がある場合があります。これには、自動機械では効果的に処理できないコネクタ、変圧器、または奇妙な形状のコンポーネントが含まれる可能性があります。
調整: コンポーネントが所定の位置にない、または欠落していることが判明した場合、オペレータはこれらのコンポーネントを手動で調整または追加して、はんだ付け前にすべての部品が正しく配置されていることを確認できます。
このステップは、自動化プロセスによるエラーを早期に発見し、最終製品の潜在的な欠陥を減らすのに役立ちます。
すべてのコンポーネントが所定の位置に配置されたら、PCB アセンブリは次の作業に進みます。 リフローはんだ付けここで、はんだペーストが溶けて、永久的な電気的および機械的接続が形成されます。
予熱ゾーン: PCB アセンブリはリフロー オーブンで徐々に加熱され、水分が除去され、基板とコンポーネントの温度ははんだの融点のすぐ下になります。
ソークゾーン: 温度を維持してはんだペースト内のフラックスを活性化し、金属表面を洗浄してはんだ付けの準備をします。
リフローゾーン: 温度がはんだペーストの融点を超えるまで急速に上昇し、はんだボールが溶けて、コンポーネントと PCB パッドの間にはんだ接合が形成されます。
冷却ゾーン: アセンブリはゆっくりと冷却されてはんだ接合部が固まり、強力な機械的および電気的接続が確保されます。
リフローはんだ付けは、はんだ接合部の品質を決定し、最終的な電子デバイスの性能と信頼性に影響を与えるため、非常に重要です。
リフローはんだ付け後、組み立てが行われます。 自動光学検査 (AOI) コンポーネントの配置またははんだ付けにおける欠陥を検出します。
高解像度の画像処理: AOI マシンは高解像度カメラを使用して、PCB アセンブリの詳細な画像を複数の角度からキャプチャします。
画像解析: 機械はキャプチャした画像を既知の良好な基準と比較し、コンポーネントの欠落、極性の誤り、はんだブリッジ、またはトゥームストーン (コンポーネントが一方の端に立っている場合) などの偏差を探します。
欠陥検出: AOI システムは、レビューのためにあらゆる欠陥にフラグを立てます。欠陥が検出された基板は、再加工のために送られるか、さらなる検査のためにマークされます。
AOI は、欠陥のない基板のみが次の生産段階に進むことを保証することで、高品質の維持に役立ちます。
隠れたはんだ接合部のあるコンポーネントの場合 ボール グリッド アレイ (BGAs)、 自動X線検査 (AXI) はんだの品質を検査するために必要です。
X線撮影: AXI マシンは X 線を使用して PCB を透過し、コンポーネントの下に隠れたはんだ接合部の画像を作成します。
欠陥分析: X 線画像を分析して、光学検査では見えないボイド、はんだブリッジ、または不十分なはんだ被覆などの欠陥を確認します。
品質保証: 欠陥のあるボードには、重大度と再作業の実現可能性に応じて、再作業または廃棄のフラグが立てられます。
検出されない欠陥はデバイスの故障につながる可能性があるため、AXI は隠れたはんだ接合を持つコンポーネントの信頼性を確保するために不可欠です。
SMT 製造プロセスの最終ステップは次のとおりです。 インサーキットテスト (ICT) または 機能テスト PCB アセンブリがすべての電気的および機能的仕様を満たしていることを確認します。
インサーキットテスト (ICT): このテストでは、抵抗、コンデンサ、IC などの PCB 上の個々のコンポーネントが正しく配置され、機能していることを確認します。 ICT は、ショート、オープン、および正しいはんだ接続もチェックします。
機能テスト: このテストでは、PCB に電源が投入され、ボードが期待どおりに動作することを確認するために特定の機能がテストされます。機能テストでは、PCB が最終用途で直面する実際の動作条件をシミュレートします。
欠陥の特定と再加工: ICT テストまたは機能テスト中に欠陥が特定された場合、ボードは再作業のために返送されます。これには、コンポーネントの交換、再はんだ付け、またはアセンブリ設定の調整が含まれる場合があります。
ICT および機能テストは、最終製品の品質と機能を保証する最後のステップであり、欠陥製品が顧客に届くリスクを最小限に抑えます。
SMT の製造プロセスには、はんだペーストの印刷から最終的な機能テストまで、いくつかの正確なステップが含まれます。各ステップは、最終的な電子製品の品質、信頼性、性能を確保するために非常に重要です。 SMT プロセスの各ステップの詳細を理解することで、メーカーは今日の厳しい基準を満たす高品質のエレクトロニクスを製造できます。
