基板実装とは？初級者に向けた基板実装基礎知識編

このコラムでは、電気・電子機器に必要不可欠な電子回路基板を製造する上で重要な要素技術である"基板実装"について解説します。
「そもそも基板実装とは何か？」といった、初級者の方にも身近に感じていただける情報をお届けします。
基板実装の主な工法や、工程の流れについてご紹介します。

表面実装（SMT・・・Surface Mount Technologyの略）

基板のパッドに部品を載せ、リフロー炉ではんだペーストを溶融させて一括接合する方式となります。

代表的な工程フロー

①はんだペースト印刷（Solder paste printing）

ステンシル（メタルマスク）とスキージを使い基板のパッドにはんだペーストを塗布します。

②はんだペースト検査（SPI: Solder Paste Inspection）

はんだ印刷量や位置を自動検査します。

③部品搭載（Pick-and-place）

自動機でチップ部品やICなどを基板上の所定の位置に載せます。

④リフローはんだ付け（Reflow soldering）

リフロー炉で加熱し、はんだペーストを溶かして部品と基板を接合します。

⑤冷却（Cooling）

はんだが固まるまで冷やします。

⑥外観検査（AOI: Automated Optical Inspection）／X線検査（X‑ray）

AOIでブリッジ・オープン・位置ずれを検出し、BGA／QFNなど外観で見えない接合にはX線でボイド・未接合を評価します。

ポイント：部品を多数使用する高密度実装が必要な基板に有利で自動化が進んでいます。

表面実装ライン

ステンシル（メタルマスク）

フロー実装（フロー／ウェーブはんだ付け）

スルーホール基板の穴にリード付き部品を差し込み、はんだの『波』に基板下面を通すことで一括で接合する方式となります。

代表的な工程フロー

①部品挿入（Manual or automated insertion）

人手または自動機で部品を挿入します。

②フラックス塗布（Flux application）

はんだの濡れ性（金属表面に広がる性質）を高め、酸化膜を除去する薬剤を基板面に塗布します。

③フロー（ウェーブ）はんだ付け（Wave/Flow soldering）

基板の下側を溶融はんだの波（はんだ槽）に通してリードをはんだ付けします。

④冷却（Cooling）

はんだが固まるまで冷やします。

⑤外観検査（AOI: Automated Optical Inspection）／X線検査（X‑ray）

AOIでブリッジ・未はんだ・位置ズレを確認し、X線検査でスルーホール内の充填状態を評価します。

ポイント：はんだの機械的強度が高く重量のある部品や信頼性重視の部位に適しますが、高密度に部品を配置することは困難となります。

フロー実装のイメージ

基板実装で、注意するポイントは？

実装する部品の種類や特性、実装密度、部品配置、基板形状などを考慮して、適切な実装方法を選択することが重要です。
実装工程における工程管理など、はんだ付けの品質管理的視点だけではなく、生産効率も考慮することが必要となります。
基板のパッド設計やメタルマスク開口設計も品質を向上する上で、重要な要素となってきます。
また実装後の検査をしっかり行うことで、不良品の発生を抑えることができます。
近年は、小型化や高密度化が進んでいるため、表面実装が主流となっていますが、同時に混載実装も必須であり、各工程を効率よく量産するための部品間隔や治具なども考慮する必要があります。
このような観点から、基板設計時点で品質・生産効率・工程設計を考慮した対応が必要です。
そのため、幅広い専門的な知識と知見が必要となります。