コラム記事（No.56） 「基板設計とはんだ付け品質」について

「基板設計とはんだ付け品質」について

今回は、筆者の電機メーカー在籍時に実装技術開発、量産実用化に携わってきた経験及びはんだ材料＆設備メーカー勤務の経験から基板設計とはんだ付け品質の状況について概略説明します。

まず、電気製品の試作プロセスは、製品にもよりますが大まかに、3カ月～12カ月のスパンにて制御基板の試作～技術試作～量産試作～本生産のステップで進められ、車載ECUでは1年～2年のスパンにて原理試作～試作～技術試作～量産試作～本生産のスケジュールで行われると思います。車載では、この各試作ステップにおいてサプライヤーは試作＆性能検証を繰り返してカーメーカーへ供給し最終承認の上、採用となるようです。また、業種によっては前機種の制御回路をブラッシュアップして試作1回、全くの新機種でも試作1回でいきなり量産試作＆量産へ移行するような企業もあるようです。

以下に、代表的な電気製品の試作ステップ事例を示します。

 この事例では、商品企画から量産開始まで10カ月、基板試作が3回あり、試作2回目で基板設計がほぼ決まり、生産試作～プリプロに向けた基板設計へ移行する手順です。

試作プロセスのはんだ付けにおいて、ブリッジ多発、未はんだ発生、TH上がりが悪い等、基板設計の改善を要求しても、一度、部品配置が決まってしまうと容易には修正できないといったことが多々発生しますので最初の設計が肝心です。ほぼすべての制御基板において、筐体との位置合わせやデザインが優先され、多ピンコネクタや多ピンのスイッチ部品などが基板端に配置される場合が多く、縦横混在するのでブリッジ発生が多くなります。

はんだ付け品質の改善には、基板設計者がどの程度はんだ付けの知識があるか否かにかかっていますので自分の設計した基板の品質状況を確認して頂きたいですね。企業によっては回路設計、基板設計が分業化していて、回路設計者が特にフローはんだ付けプロセスまで考慮した部品配置やランド設計になっていない場合が多いようです。

はんだ設備メーカー勤務時代に、フローはんだ付け装置の導入評価検証に各業界の企業に頻繁に立ち会っていましたが、顧客の評価担当者から「この基板の設計は、はんだ付けのことまで考えていて良い設計だね」とか「この基板の部品配置は全くなブリッジ多発で、誰が設計したのかね？」････等の声をよく聞きました。また、EMS訪問技術サポートの際に、基板設計が悪くブリッジがなかなか改善できない、EMSなのであまり改善要求も出来ないし文句も言えないといった泣き寝入り状態であると担当者はこぼしていました。また、ある企業では基板設計に関して試作最終ステップに関所を設けていて、その担当者のOKサインが無いと量産へ進めない制度にしていて、この企業の基板設計は、ブリッジ、未はんだ、TH上がり対応等考慮されていて、はんだ付け品質的に見て素晴らしいものでした。

コネクタのブリッジ対策には、これまでもコラム記事で説明してきたように、2次噴流波の形状、余剰はんだ吸収ランドの設置、マスクパレットのブリッジキラー設置などがポイントになります。ブリッジでお悩みの場合には当社にご相談いただければ改善のアドバイスが可能ですので遠慮なくお問い合わせください。