Pcb-Assembly-Process

ステップバイステップのPCBアセンブリ工程

成功した PCB組み立て は、正確なPCB設計に基づいて製造された裸のプリント基板を、完成した機能的なハードウェア製品に変えるために綿密に調整された作業です。このプロセスは電子製造の中心であり、設計ファイルの事前チェックから完成した実装基板の品質テストまで幅広く及びます。ここでは、 PCBアセンブリ工程 、両方を組み込む 表面実装技術（SMT） と スルーホール技術（THT） エレメント。

1. アセンブリ設計（DFA）および量産前レビュー

単一の部品を実装またははんだ付けする前に、専門のアセンブリパートナーは DFA（アセンブリ設計）チェック から始めます。このレビューは、スムーズでエラーのないPCBAにとって極めて重要です。

• ファイルの整合性： ガーバーファイル、ODB++ファイル、およびセンタロイド／ピックアンドプレースデータの確認。
• BOMの検証： 部品表（BOM）がPCBのフットプリントおよびレイアウトと一致していることを確認。
• アセンブリノートの確認： PCBA組立指示の明確さについてクロスチェックを行い、顧客要件を確認しています。
• フットプリント寸法の検証： SMTおよびTHT部品の部品間隔、ランドパターンの正確さ、適切なパッドサイズを確保します。
• 熱管理および基板エッジ clearance： 銅面におけるサーマルリリーフの適切な使用と、PCB基板エッジ付近の十分なキーアウトゾーンを確認します。これは自動ハンドリングにおいて特に重要です。
• コンプライアンスチェック： 製造および検査に関して、設計がIPC-A-600およびIPC-6012規格に準拠していることを確認します。

2. SMT（表面実装技術）組立工程

表面実装技術アセンブリ pCB組立の中で最も高速かつ自動化された工程であり、高密度でコスト効率の良い表面実装デバイス（SMD）の実装を可能にします。

A. ペースト半田印刷および検査

この工程は、PCBパッドに超微細なはんだ粉末とフラックスの混合物である はんだペースト を正確に塗布することから始まります。

• ステンシル印刷： ステンレス鋼製のステンシルを使用して、SMDパッドが露出している部分にのみはんだペーストを塗布します。
• ペースト検査： 自動装置がはんだペーストの量と位置を正確に検査し、接続不良や短絡を防ぐために重要です。

B. 自動ピックアンドプレースによる部品実装

はんだペーストが塗布された基板に、高度な 部品取り付け機 がSMDチップ、抵抗、コンデンサ、IC（BGAやQFNを含む）以及其他デバイスを正確に配置します。

• 配置可能 毎時数万個の部品 .
• 高精度実装により、歩留まりと信号の完全性が向上します。
• データは ピックアンドプレースファイル （セントロイドファイル）から取得されます。これらはPCB設計時に生成されます。

C. リフロー溶接

部品実装済み基板は次に リフロー炉 :

• 複数の加熱ゾーン: 基板を段階的に加熱し、はんだ粒子を溶融させて強固な電気的および機械的接続のはんだ接合部を形成するとともに、敏感な部品を保護します。
• 窒素雰囲気: 高信頼性のアセンブリでは、より清浄で強固なはんだ接合を実現するために不活性ガスである窒素ガスがよく使用されます。
• プロファイル最適化： 制御された温度プロファイルにより、冷たすぎのはんだ接合、トombstoning（チップ部品のはんだ浮き）、または熱によるPCBの反りを防止します。

D. 自動光学検査（AOI）

AOIシステム リフロー後の基板を高解像度で撮影し、以下の欠陥を検出します。

• はんだブリッジおよびオープン（未接合）
• 部品の位置ずれ
• 誤った部品または欠品
• はんだペーストの体積に関する問題

自動検査により、問題を早期に発見でき、迅速な修正が可能になるため、歩留まりが大幅に向上します。

E. X線検査（細ピッチおよびBGA用）

放射線検査 は、次の場合に不可欠です BGA（Ball Grid Array） , micro-BGA などの半田接合部が隠れている部品。この工程で判明する内容：

• 不良または欠落した半田ボール
• 空洞（ボイド）
• 内部の短絡
• 多層アセンブリの欠陥

3. スルーホール技術（THT）実装プロセス

SMTが主流ですが、多くの基板には依然として スルーホール部品 コネクタ、大容量コンデンサ、または高機械的応力がかかる部品向け。

A. 挿入

• 手動挿入： 小ロットまたは特殊部品の場合、熟練した作業者が部品を手作業で挿入します。
• 自動挿入： 波状はんだ付けアセンブリの大規模生産で使用されます。

B. はんだ付け

• ウェーブハンダ付け： THT基板の裏面全体を溶融はんだの波の上に通すことにより、高速かつ同時にはんだ接合を形成します。
• 選択的はんだ付け： 混合実装（SMT＋THT）の場合、ロボットノズルが必要なスルーホールのピンのみを選択的にはんだ付けします。
• 手作業はんだ付け： 修正作業や繊細な作業、または小規模な試作品に使用されます。

C. 洗浄

はんだ付け後、基板はフラックス残留物を除去するために洗浄されます。 フラックス残留物 ただし、 ノンクリーンフラックス が指定されていない限り、残留物をそのままにしておくことは安全です。

D. 洗浄不要部品のはんだ付け

感度の高い部品や洗浄不要の部品タイプには、その後の洗浄を必要としない特別のはんだ付け技術およびフラックスが使用されます。

4. 最終検査およびテスト

• 視覚検査 訓練された検査員が、目視による欠陥、不良なはんだ接合、および機械的損傷をチェックします。
• AOIおよびX線検査（繰り返し）: 生産ロット間での一貫性を確保します。
• フライングプローブテスト（FPT）: 自動化されたテストプローブにより導通を確認し、抵抗や静電容量などの電気的パラメータを測定します。試作および小量生産に最適です。
• インサーキットテスト（ICT）および機能テスト: バッチおよび大量生産向けに、機能テストおよびICT（テスト治具が専用パッドをプローブするようプログラムされたもの）によって信号の配線、部品値、および完成品の性能が検証されます。

5. コンフォーマルコーティングおよび最終工程

過酷な環境や湿気の多い環境で使用される基板は、多くの場合 コンフォーマルコーティング :

• 保護バリア： ポリマー（アクリル、シリコーン、ウレタン）の薄層が、湿度、塩水噴霧、ほこり、腐食性ガスからアセンブリを保護します。
• 選択的または全面的： 製品の要件に応じて、基板全体または特定の領域のみに適用できます。

6. 包装、ラベリング、出荷

最終的にテストおよびコーティングされた基板は、タイプおよび規制要件に従ってラベル付け、シリアル化、キット化され、慎重に包装されます。これにより、統合、大規模展開、またはエンドユーザーへの直接出荷の準備が整います。

概要として 現代の PCB組立プロセス は、データ検証およびDFA／DFMチェックから始まり、 SMTおよびTHT実装 、自動および手動による検査、高度な電気テスト、コーティング、出荷へと至る、正確で多段階のプロセスです。各工程は、迅速なPCBプロトタイプの製作であれ、大量生産への拡張であれ、すべてのPCBAに対して電気的性能、信頼性、製造性を最大限に高めるように設計されています。

表面実装組立工程

表面実装組立（SMA）は、医療機器、自動車、産業制御装置、および民生用電子機器における主要なPCBA工程です。この工程では、表面実装デバイス（SMD）を基板のパッドに直接実装することで、小型化、高密度実装、および自動化された大量生産を実現し、IPC-A-610およびIPC-J-STD-001規格に準拠しています。

プリント基板組立工程のフロー：

量産前準備および基板の前処理： SMDとの互換性を確認するためにCAD設計を検証する。入荷した基板（反りなし、パッド清浄）およびSMD（真正品、損傷なし）を検査。はんだ付け欠陥を防ぐため、高TgのFR4基板をベーキング処理（125°C、4～8時間）し、湿気に敏感なSMDはドライキャビネットで保管する。
ペースト状ハンダ印刷： ステンシルを使用してパッドにはんだペーストを塗布する。ステンシルの厚さ（0.12～0.15mm）、スクイジ圧力（15～25N）、および速度（20～50mm/s）を制御。微細ピッチ部品には3D SPIを採用し、はんだペーストの体積および形状を検査する。
SMD実装：CCDカメラを搭載した高速マウンタが部品を±0.03mmの精度で実装。受動部品は高速実装（最大10万個／時間）、ICやセンサーには精密実装。自動車・医療用の敏感な部品にはESD保護および圧力補正を適用。
リフローはんだ付け： RoHS準拠のSAC305はんだを使用し、4段階のリフロー炉プロファイルを実施：予熱（150～180°C）、均熱（180～200°C、60～90秒）、リフロー（ピーク245～260°C、10～20秒）、冷却（2～4°C／秒）。高Tg FR4基板では冷却速度を調整して熱応力を低減。
リフロー後検査（PRI）： AOIでブリッジ、クラック、トombstoningを検出。X線でBGA／CSPの隠れた接合部のボイドを検査。医療・自動車用PCBは100％検査、民生機器はサンプリング検査。
リワークおよび手直し： はんだごてまたはホットエアステーションで不良を修正。破損した部品を交換。イソプロピルアルコールでフラックス残渣を洗浄。高価値PCBについてはリワーク記録を文書化。
コンフォーマルコーティング（任意）： 過酷な環境（自動車のエンジンルーム、産業用床など）向けにスプレーや浸漬によるアクリル／シリコーン／ウレタンコーティングを適用。医療用PCBには生体適合性コーティングを使用。
最終機能試験および品質保証： 動作試験（センサー出力、通信モジュール、信号完全性）を実施。寸法および導通チェックを実施。合格したPCBは、帯電防止／防湿バッグで包装。