基板実装とは
基板実装とは、電子回路が動作するように、プリント基板に電子部品をはんだ付けする工法のことです。
プリント基板実装 (英: Printed circuit board mounting) のことを指し、表面実装 (英: Surface Mount Technology) と挿入実装 (英: Insertion Mount Technology) があります。表面実装ではプリント基板の表面に、挿入実装ではプリント基板の穴へ電極リード端子を挿入してから、それぞれはんだ付けします。近年では、基板の高密度化や小型化などが進んでいるため、表面実装が主流です。
基板実装の使用用途
基板実装された基板は、実装基板と呼ばれ、実際にコンピュータ、家電製品、医療用電子機器、デジタル機器、軍用機器のようなあらゆる電子機器の動作に必要不可欠です。
基板実装の試作によって基板の性能や信頼性などを確認可能です。基板実装の試作とは実装基板の量産前のパイロット生産のことを指し、エレクトロニクスの高度化とともに基板実装の試作の需要も高まっています。
プリント基板は導体材料や絶縁体材料で構成されており、主にリジット基板やフレキシブル基板が使用されています。プリント基板にある導体層の数で片面基板、両面基板、多層基板に分類可能です。片面基板は導体パターンを絶縁板の片面だけに形成した基板であり、コストを抑えられます。また両面基板は、導体パターンを絶縁板の両面に形成した基板で片面板と比較して配線の密度が高いです。さらに多層基板は、絶縁板の内部と外部にパターンを形成しています。
基板実装の原理
電気回路設計では、電子機器が正しく機能するために、電気回路図を設計します。設計が機能するために、ICやその他の部品の各特性を組み合わせることが重要です。設計図を描く以外にも、実際に機器の動作を確認して、求められる機能を設計しています。必要な部品を選択して、手配する作業も含まれます。
基板設計とは、プリント基板に配置するための部品や配線の設計のことです。アートワーク設計やパターン設計とも呼ばれます。配線パターンを描いた基板が、プリント基板です。スルーホールのサイズや配線の方法で、基板が大きくなり過ぎないように、配慮する必要があります。加工費が高くならないためにも、無駄がない基板設計が重要です。
部品実装工程では、プリント基板に部品を乗せるためのデータを制作します。まず、部品と基板の接続のためにはんだを付ける場所を示すデータを作って印刷します。それと同時にはんだに対して実装する部品の種類やサイズを定める部品実装データも必要です。実装の際には部品同士が接触しないように注意する必要があります。
また、はんだ付けされる実装部品のセルフアライメントを起こさないように隙間を考えるなどの高度な技術が必要です。セルフアライメントとは、実装部品をはんだ付けした際に溶融したはんだが固化するまでに自然に位置が決定される動きのことを指します。
基板実装の種類
1. 表面実装
表面実装では、直接プリント基板の表面に、表面実装部品 (英: Surface Mount Device) をはんだ付けします。表面実装でのはんだ付けの工程には2通りあります。
- 手はんだ工程
はんだゴテを使用して、直接プリント基板のランド上に表面実装部品をはんだ付けします。 - リフロー工程
まず表面実装部品を取り付けるためのプリント基板のランド上に、クリームはんだを塗布し、その上に表面実装部品を搭載します。表面実装部品の搭載には、人力による手のせやSMDマウンタ (英: SMD Mounter) と呼ばれる機械による搭載が可能です。その後、はんだを溶かすための装置であるリフロー炉に、基板全体を入れてはんだを溶かすと、基板のランドに表面実装部品がはんだ付けされます。
2. 挿入実装
挿入実装では、電極リード端子をプリント基板のスルーホールに挿入し、はんだ付けします。一般的に挿入実装のリード端子の挿入方法には2通りあります。
- 手挿入：人手による挿入のことを指します。
- マシン挿入：アキシャル部品挿入機やラジアル部品挿入機があります。
アキシャル部品挿入機は横型部品の挿入に用い、カーボン抵抗などが代表的な部品です。ラジアル部品挿入機は縦型部品の挿入に使われ、アルミ電解コンデンサなどが代表的な部品です。そしてリード端子挿入後は、一般的に手はんだ付けやはんだ槽によるはんだ付けなどの手法が使用されます。
手はんだ付けでははんだゴテを用いてはんだ付けを行います。はんだ槽によるはんだ付けではアキシャル部品やラジアル部品を挿入し、挿入機では難しい部品を手挿入します。その後、スプレーフラクサーによってフラックスを塗布して、はんだ槽設備を用いて予備加熱し、はんだ槽内でフラックスを活性化した状態ではんだ付け可能です。装置によって得意なボリュームゾーンが異なります。