一、はじめに
計測器は小型化と高精度化が加速しており、PCBAに搭載される部品も01005サイズ(0.4mm×0.2mm)やBGA、QFPなど、ピッチ0.5mm以下の微細ピッチ部品が急速に増加しています。微細ピッチ実装ではブリッジ、未はんだ、空洞率超過が発生しやすく、業界平均の不良率は3%から5%に達し、計測器の信頼性を大きく損ないます。

PCBGOGOはクラス10000無塵室とシーメンス高速マウンタを導入し、01005部品の実装精度は±50マイクロメートルを達成しています。これまでフィリップスやシーメンスなど多くの計測器メーカーへの量産対応実績があります。

本稿ではIPC A 610Gに基づき、PCBGOGOのSMT実装ノウハウを交えながら、微細ピッチ実装における工法最適化、検査基準、品質管理手法を体系的に解説し、不良率を0.3%以下へ抑制するための指針を示します。

二、微細ピッチ実装の主要課題と標準要求

2.1 微細ピッチ実装の主要課題
部品サイズが極小であり、01005部品のパッドは0.2mm×0.1mmと非常に小さく、はんだ印刷精度と位置合わせ精度が高いレベルで求められます。はんだ量の誤差が10パーセントを超えるだけでブリッジや未はんだが発生します。
BGAはピッチ0.5mm以下、QFPは0.3mm以下のため、濡れ性不足やブリッジが発生しやすく、さらにBGA下部などは外観から確認できず、内部空洞や未接合の検出が困難です。
また、センサーなどの熱に敏感な部品は回流温度が不適切な場合に損傷しやすいため、温度管理も大きな課題です。

2.2 業界標準要求
IPC A 610G Class3(計測器向け)では空洞率5パーセント以下、ブリッジゼロ、濡れ角30度以下が求められます。
IPC J STD 001でははんだ印刷厚みの許容誤差±15パーセント、実装位置ずれ±30マイクロメートルが規定されています。
IPC 7095ではBGAのせん断強度は1.5N以上、亀裂なしが基本要求です。

2.3 不良の根本要因
はんだペーストの粒度が適合していない、鋼板開口寸法の不適切、貼付位置精度不足、回流温度プロファイルの最適化不足、X RAYやAOIによる精密検査不足などが主な原因となります。

三、微細ピッチ実装の工法最適化

3.1 材料選定と設備要件

はんだペースト
01005向けには粒度2から5マイクロメートルの無鉛ペースト(Sn3.0Ag0.5Cu)を使用し、IPC J STD 004規格に適合する活性度0.8以上が推奨されます。
BGAには低空洞タイプのペーストを採用し、PCBGOGOではアルファや千住などの高性能ペーストを使用しています。

ステンシル設計
01005部品パッドの場合はパッド寸法の90パーセント開口(0.18mm×0.09mm)、厚み0.12mmが最適です。
BGAはレーザー開口と電解研磨を併用し、開口径は0.25mm、ピッチ0.5mmの丸形が推奨されます。PCBGOGOでは無料のステンシル設計チェックを提供しています。

設備要件
印刷工程はGKG G5(印刷精度±5マイクロメートル)、実装工程はASMシーメンスマウンタ(実装精度±50マイクロメートル)、回流工程は温度制御精度±1℃の劲拓回流炉を使用しています。
検査ではEAGLE 3D AOIと日聯X RAYを採用し、PCBGOGO上饒工場では全工程に高精度装置を導入済みです。

3.2 実装パラメータの最適化（PCBGOGO実績値）

はんだ印刷工程
印刷圧力0.2から0.3MPa、印刷速度20から30mm毎秒、脱離速度1から2mm毎秒、厚み0.12から0.15mmです。印刷後はSPIで全数検査を行い、ブリッジや偏差を完全に監視します。

部品実装工程
01005は吸着ノズル0.3mm、実装圧0.05から0.1MPa、実装能力は毎時30000点です。
BGAは視覚位置決めと高さレーザー測定を併用し、位置ずれ±30マイクロメートル以内を保証します。

回流はんだ工程
予熱150から180℃(60から90秒)、均熱180から200℃(40から60秒)、ピーク245±5℃(10から15秒)、冷却速度3℃毎秒以下が基本プロファイルです。
窒素回流(酸素濃度1000ppm以下)を用いることで空洞率が大幅に低減します。

後工程
手はんだはSn3.0Ag0.5Cu、温度350±10℃。洗浄は残渣腐食を防ぐため環境配慮型の洗浄液を使用します。

3.3 検査と品質管理

オンライン検査
EAGLE 3D AOIによってブリッジや未はんだを高精度で検出し、精度99.5パーセント以上を実現しています。
BGAやQFPはX RAYで空洞率や内部接合を確認し、空洞率5パーセント超過品は即時リワークします。

オフライン検査
ロットごとに5パーセントを抽出し、IPC A 610Gに基づく外観検査とせん断強度試験を実施します。

追跡管理

PCBGOGO独自のAI MOMSでは全PCBAの製造条件と検査データを記録し、不良要因の迅速な追跡を可能にしています。

四、まとめ

計測器向けPCBA微細ピッチ実装の品質向上には、材料選定から工法設定、精密検査まで、あらゆる工程で高精度管理が不可欠です。PCBGOGOはIATF16949とISO13485を取得し、01005実装から微細ピッチBGAまで多数の実績を有しています。シーメンス高速マウンタやX RAYなどの装置と、AIを活用した品質管理を組み合わせることで、高精密かつ高信頼のワンストップPCBAサービスを提供しています。

設計段階ではPCBGOGOのDFMガイドラインを参照することで量産性が向上します。小ロット試作はPCBA1枚から対応可能であり、量産では大量調達割引や高い生産能力によってコスト低減と短納期を両立できます。
今後、部品は008004やピッチ0.3mmの超微細領域へ進むため、PCBGOGOの次世代高精密実装技術とAI外観検査の活用が品質向上の鍵となります。