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» 2013年05月13日 10時00分 公開

リフローのプロセスを理解すれば、実装不良は防げる!Wired, Weird(3/4 ページ)

[山平豊,内外テック]

なぜ、このような不良が発生したのか

 では、なぜ、このような不良が発生したのか。読者は想像できたであろうか? これまでの情報での想像は難しいと思うので、ヒントを図6に示す。実は、図5の不具合を出した基板だけでなく、同一ロットの複数の基板で、同じようなリレーの不具合が発生していたのだ。

【図6】基板上でのリレーの実装イメージ図

 図6は基板上でのリレーの実装イメージ図である。不良が発生したリレーをマッピングしたところ、リフロー方向に対し水平方向に実装された2つのリレーには不具合は見当たらず、垂直方向に密着して実装された3つのリレーで不具合が発生していた。また、基板の内側に実装された部品ほど不良の発生率が高くなっていた。

 ヒントを続けよう。リレーの封止材にはエポキシが使用されていた。熱可塑性のエポキシであれば100℃程度で軟化し、熱硬化性のエポキシでも200℃で軟化する。これで読者も不具合発生の原因が推測できたと思う。

封止材が割れた理由

 それでは、封止材が割れた理由を説明しよう。

【図7】パナソニックのSMTリレーの実装上の注意に記載されているリフロー時の推奨条件 (クリックで拡大)

 図7はパナソニックのSMTリレーの実装上の注意に記載されているリフロー時の推奨条件である。リフロー時は図7のグラフにあるように、ハンダ付けの前には150℃から180℃の温度で1分程度予熱し、ハンダ付けは最大250℃の温度で30秒以内に終了するように指定されている。この時、リレーのハンダ付け端子の温度は約250℃になるとともに、端子周囲の封止部分やリレー内部も200℃を超える温度になる。つまり封止材はハンダ付けの際に30秒程度の高温にさらされ軟化していると考えられる。

 軟化した封止材はリフロー後の冷却で再度固まるのだが、図7には少し気になる注意事項が記載されている。それは“ハンダ付けの熱によりリレーやほかの部品を劣化させないよう、(リフロー後は)ただちに冷却することをおすすめします。”と記載されていることだ。これでは急激な温度変化が発生し、「軟化した樹脂に温度差が生じ、硬化する時間に差が生じてしまうのではないか」という懸念が湧いてくる。

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