SMT リフローはんだ付け

温度プロファイル注意点(2)

前回のブログで、リフロー炉の温度プロファイ
ルは非常に重要だと記しました。又その時、
温度測定用の基板試料作製の問題も触れま
した。SMTの生産現場で、どの様な基板試料
で温度プロファイルを測定しているか?確認
する必要があります。非常に多くの現場で、
「これはまずい」と言う試料を見かけます。
問題の例(写真)としてRimg0797 、この写真ではQFP
-ICのリード部パターンの温度を
測定したいのに2本の熱電対が
その手前でタッチしている。これ
では、測りたい温度の箇所を測
定していない事になります。

Imgp1994左の写真例、測定したい個所に
熱電対を固定したのはいいです
が、耐熱テープ3枚重ねで固定
している。炉の中では、雰囲気
で温度を上昇させているのに正確な温度に
上がる前に、基板は炉から出てしまいます。
プリントアウトされた温度プロファイルのグラ
フでは正しいように見えますが、実際、炉の
温度は高くなり基板フクレの症状になること
があります。
下の写真例も、熱硬化接着剤で固定したの
        ですがRimg0713_2 その量が多すぎです。
これも前と同じ様に温度プロフ
ァイルのグラフと実際の量産基
板の温度が異なります。


熱電対の作り方の正しい方法は、絶縁され
       た2本のRimg0970熱電対の先端部皮膜を
剥がし、左写真の様に溶接する
のが一番確実で信頼がおける
と思います。溶接出来ない場合、
よく2本の熱電対線をヨジリます
が、この時、密にヨジルのがコツです。疎に
ヨジルと不安定な 温度カーブになります。

SMT生産現場の温度プロファイルに関する
資料、試料をもう一度見直しされる事をおす
すめします。

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温度プロファイルの試料

リフロー炉内の温度経時変化状態を示す『温度プロ
ファイル』は非常に重要です。所が、SMTの生産現
場で80%以上の現場は、間違ったプロファイルを現
場で掲示しています。(実際の炉内の温度と掲示さ
れた温度プロファイルカーブとが異なっているのです)
そのために
   (1)はんだ付け不良
   (2)部品破損
   (3)基板フクレ
等の症状を発生させてしまう事がたびたびあります。
なぜ、温度プロファイルが重要かと言いますと、プリ
ントアウトされた温度カーブが、『ISOの会議』、また
『品質会議』等の席上で、「私どもは、このように問
題のない温度プロファイルで生産しています」と宣
言されてしまいます。そうすると後は、はんだが悪い
、部品が悪い、基板が悪いとなってしまいます。これ
では不良の原因分析が的を得た分析になりません。
それには、一つのカラクリが有るのです。
炉の温度測定をする基板試料にあるのです。試料
での温度測定は、量産時の基板温度と出来るだけ
イコールでなければ意味有りません。所がイコール
でないSMT生産現場が非常に多いのに驚かされま
す。熱電対を基板に付ける作業が、現場ではバラ
バラで耐熱テープを2重、3重にも重ね固定する。又
熱硬化接着剤をウナギの寝床のように多量に付け
固定する。これでは、実際に基板面が300度近くな
りますが、測定した温度プロファイルは、ISO通り、
推奨温度カーブ通りとなってしまいます。こうなると
真の不良原因対策はどこかに隠れてしまいます。
正しい温度測定用の試料を作る事が本当に重要
です。

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《 SMT する事間違うと大変 (1) 》

SMTは、英語ではSurface Mount Technologyです
が日本語では『表面実装技術』になりますが、する
事(S)間違うと(M)大変(T)のSMTだと思います。
それだけSMT現場では、する事(S)がたくさんあり
ます。私の長年の経験ですが生産現場で発生する
不良の責任部門ですが、ディップはんだ付け工程
で発生する不良は、パターン設計者(技術部門)の
責任で、SMTのリフローはんだ付け工程では生産
部、生産技術部の責任になることが多いです。(勿
論、両者とも作業指導書の指示通り、やるべき事を
全てやった前提での話です)ディップはんだ付けの
場合、パターンパッドに無限大の溶融噴流はんだが
、これでもか、これでもかと基板面に押し当てて、は
んだ付けします。また部品は殆ど基板に固定されて
おり、条件設定が十分に準備されていれば、はんだ
付けは容易と思われます。無限大のはんだを押し
当てても不良になるのはパターン設計が悪いからと
考えられます。それに反してSMT生産現場では、
パッドに適正量のクリームはんだを印刷する事がむ
ずかしく、多くても、少なくても不良が発生します。
また部品も基板上に載かっているだけで、リフロー
炉の中、温度上昇をしていく間で色々な影響をを受
けます。印刷からリフロー迄、現場での変化が不良
発生となり、担当者から生産技術部まで注意しなけ
ればならない事がたくさん有ります。まさに、SMT
は『すること間違うと大変(SMT)』な現場です。
それだけに、かえってSMTは刺激的な変化があり、
面白い現場だと思います。SMTでの技能ノウハウは
順次ブログに記していきたいと考えています。

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『チップ立ち』不良に付いて

SMT工程で発生する不良の中で厄介な不良
は、チップ部品の
①『濡れ不良』 ②『浮き』 ③『立ち』です。
Photo
特に①は検査工程でなかなか見つけにくく、
顧客に漏れてしまう事があります。これらの
不良は、一つの原因に起因している
事が多いです。その原因と言うのは、リフロー
炉の中で『基板の各部分は、同じ温度でない』と言う事です。
リフロー炉の中を一つの部屋と仮定し、真冬(0℃)に
エアコンを25℃に設定したとします。その時、エア
コンの近くは、25℃になりますが、部屋の中で、エアコン
から遠い部分は、15℃か20℃ぐらいの温度しかならない
事が多いです。その部屋の中を基板が通過すると考え
てもらえば早くはんだの融点になった箇所からはんだ
が熔ける事になります。ですから、鉛フリーはんだの場
合、先に217℃になった箇所は、先にクリームはんだ
が溶けます。先に溶けた個所は、はんだ特有の表面
張力が働き、チップ部品を動かします。動かした結果、
先の不良①、②、③のような不良が発生する事になり、
①、②、③の不良が発生した後、他方の電極部のは
んだが217℃になり、熔けても、それはもう遅いので
す。
対策として、チップ部品の両電極部のクリームはんだ
を同時に(瞬間的に同時)溶かすようにしてやれば驚
くほど不良は減少します。
(1)その為にリフロー炉のメーカさんが、鉛フリー
   対応として、炉の数を従来より多く(8ゾーン、10
   ゾーン)しています。3ゾーン、5ゾーンのリフロー
   炉では、はんだを同時に溶かすには無理があり
   ます。
(2)また、生産現場の対策として、出来る限り、両電
   極部を同時に溶かす温度プロファイルに設定す
   る事が大事です。私の体験ですが、これらの不
   良が大きく改善された温度プロファイルの例を
   次に記します。

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