はんだ実装技術と周辺技術のおさえどころと主要な故障・対策

はんだ付けは古来より実施されてきている接合法であるが、慣れ親しんでいる工法である割には過去よりなんどもトラブルを引き起こしている古くて新しい技術の一つである。
自動車では鋼鉄の車両の中に閉じ込められているユニットが受けるストレスはとくに大きく、周囲温度・自己発熱による熱耐久寿命、雨水や結露によるリーク劣化寿命、静荷重によるクリープ寿命などのトラブルが経験事例として豊富に蓄積されている業界・用途でもある。 　近来ではこれに鉛フリーはんだ、金属基板実装、両面実装、フリップチップ実装で始まった技術が、極小チップ部品、BGA実装、フレキシブル基板実装、フラックスレス実装などとして大幅な技術の進歩がみられている反面、還元リフロー、誘電はんだなどの新しい技術も出てきている。
こうした中、過去に経験したトラブルが繰り返し起こってきているのも事実である。これはほぼ10年を区切りに技術者の世代が変っていくためとみられ、伝承が十分でないということでもある。 　はんだ実装の技術にはその核心となる技術については古き時代からの普遍的な理論、経験則があり、それを引き継ぎながら世代が変わるごとに失敗を繰り返すようなことがあってはならないのである。この講座は講師の長年の自動車電装部品に携わってきた経験から「技術の語り部」として余すところなくお話する。

1. はんだ実装技術の変遷と確立された技術、廃れた技術
   1. はんだ材・フラックス材・積層板の変遷
   2. 実装工法の変遷
   3. フローはんだの変遷
   4. リフローはんだの変遷
2. 接合構造
   1. はんだ接続構造
      • 拡散層
      • 金属間化合物
   2. はんだ接合のメカニズム
      • フラックス反応
      • 溶解
      • 流動
      • 凝固
   3. 凝固のメカニズム
3. 実装材選定の考え方
   1. はんだ
   2. フラックス
   3. 積層板
      • PP材
      • CEM材
      • GE材
      • FPC材
   4. ガラスクロス
   5. シランカップリング処理
   6. 銅箔 (電解銅箔・圧延銅箔)
   7. スルーホール面粗さ
   8. めっき厚み
   9. 故障モードとその対策
4. 表面実装
   1. 工法
      • 大気
      • 窒素
      • 真空/平行流
      • 垂直流
      • 垂直乱流
   2. 加熱制御
      • スリットノズル
      • 管ノズル
   3. 冷却制御
   4. はんだペースト
      • 樹脂
      • 活性剤
      • 溶剤
   5. はんだ粒の溶解と結合のメカニズム
   6. 温度プロファイルの主要点の考え方
   7. メタルマスク
   8. はんだ転写率
      • 面積比
      • 体積比
   9. 版離れ制御
   10. 故障モードとその対策
5. 挿入実装
   1. 工法
      • 大気
      • 窒素
      • 真空/噴流はんだ
      • 部分はんだ
      • 混載はんだ
   2. 一次噴流
      • バックフロー
      • はんだ圧力
      • 液面高さ
   3. 二次噴流
      • ゼロ速度
      • 平坦浸漬
      • 離脱角
   4. ポストフラックスのはんだプロセスでの各ポイントでの機能役割
   5. 温度プロファイルの主要点の考え方
   6. 進入角度制御
      • 流し方向
      • はんだ液面高さ
   7. クリアランス制御
      • 基板穴形状
      • 径
   8. ドロス制御 (突沸現象)
   9. 故障モードとその対策
6. 両面実装
   1. 両面実装の各種方式
      • 混載実装
      • マスク実装
      • 両面リフロー実装
   2. 両面実装の規制条件
   3. はんだ軟化温度 (最高許容温度)
   4. ポイントフローはんだ・ポイントディップはんだ・マスキングフローはんだ
   5. 故障モードとその対策
7. 極小チップ部品実装
   1. チップ部品
      • 外形精度
      • 電極精度
      • キャリアテープ
   2. 基板
      • パタン精度
      • エッチング精度
      • サイドエッジ
   3. チップマウント (位置精度)
   4. はんだペースト (微細粒はんだ)
   5. フラックスレス実装
   6. 基板レス実装
   7. 故障モードとその対策
8. フレキシブル基板実装
   1. フィルム材・銅箔材
   2. 低融点はんだ
   3. チップオンフィルム実装
   4. 故障モードとその対策
9. バンプ実装
   1. 実装方式の変遷
   2. フリップチップ実装
   3. はんだバンプ形成法
      • はんだボール
      • めっき
      • スパッタリング
      • レジストフィルム
   4. 故障モードとその対策
10. コテはんだ付け
    1. 各種方式
       • 手はんだ
       • ロボットはんだ
    2. 熱変換効率
    3. 故障モードとその対策
11. レーザはんだ付け
    1. 焦点径、焦点距離
    2. 反射率
    3. 故障モードとその対策
12. 還元リフロー
    1. 工法
       • 水素還元リフロー
       • 蟻酸還元リフロー
    2. フラックスレス還元はんだのメカニズム
    3. 温度プロファイル
13. 誘電はんだ付け
    1. 高周波誘電加熱と高周波誘導加熱
    2. 誘導加熱はんだメカニズム
    3. 温度プロファイル
    4. 表皮効果・近接効果
14. はんだ印刷画像検査 (SPI)
    1. 検査工法
       • 2次元測定
       • 3次元測定
    2. 分解能と検出領域
15. 多数個取り基板の基板分割
    1. 工法
    2. 工法ごとの基板分割時のひずみの大きさ
    3. 故障モードとその対策
16. はんだ付け画像検査 (AOI)
    1. 検査工法
    2. 分解能
    3. 故障を引き起こすアーク、バーストノイズとその対策
17. X線画像検査装置 (AXI)
    1. 検査工法
    2. BGAボイド画像検査・BGA変形画像検査
18. インサーキットテスト・ファンクションテスト
    1. 工法
    2. 動作シーケンス
    3. プローブピン・フィクスチャ
    4. 過電圧破壊を起こすバーストノイズ
19. 質疑応答