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開発物語
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平坦度測定開発の概要

最近の表面実装用電子部品は
携帯電話やデジタルカメラなどモバイル製品の小型化に伴い超高密度化、薄型化に進む傾向にあり、これらをプリント基板に実装する技術(実装技術)も重要性が認識されています。しかし実装技術が進むにつれて、表面実装用部品の形状も入出力ピンの多ピン化や高精度化など従来の検査方式では測定が困難なものも多くなって来ています。また最近では、次世代電子部品と称される端子ピンの超ファインピッチや端子ピンのエンドレス化などの出現により、ますますプリント基板に実装する場合の浮きや反り等、形状変化の測定方法の見直しが問われています。
今後「実装技術」の発展が予想される反面、表面実装パッケ−ジやコネクタの優れた品質の製品をいかに経済的に生産するか、品質管理、生産管理の面から検査装置の合理化、省力化など技術的に解決しなければならない問題が山積しています。表面実装用パッケ−ジ及び表面実装用コネクタの品質は要求される機能のほかに従来のICチップの電気的特性を損なわないものなど一次機能に加え、最近ではICの高集積化により従来以上の機能が要求されています。

● 入出力ピンの多ピン化
● パッケ−ジの小型、薄型化
● 高密度実装に適したパッケ−ジの多様化
● 熱放散性の向上
● 自動実装に適したパッケ−ジ形状とその精度向上
● ハンダの耐熱性の向上
● IC チップのファイン化に伴う内部応力(歪)の減少
● より一層の低価格化

品質はこれら上記掲載項目等の要因によって影響を受けるので、製品安定のための対策がなによりも優先して論じられなくてはなりません。とりわけ重要なのは実装される基板にハンダするピンのコプラナリティと考えられます。それもピン上面ではなくピンの下面からみたコプラナリティが最も重要です。コプラナリティとは取付面に対する部品の各端子や電極の最下面の均一性を言います。
(日本電子機械工業会規格 EIAJ では端子最下面均一性)
確かに、EIAJ 規格には下記用語の測定方法が定義されています。
【例】端子厚さ・取付高さ・本体高さまたその他の測定項目として、ベントリ−ド・スキュ−・ピッチ・リ−ド先端オフセット・全幅・リ−ド有無など多数の検査項目があり、どれ一つとっても重要な構成要素であり、それぞれ単独では品質決定の尺度とはなり得ないものです。これらが相互に調和よく影響して初めて品質が決定されるという実態が理解を困難にしている最大の理由であると思われます。この尺度となり得るものがパッケ−ジやコネクタの形状評価の一つであるコプラナリティです。そしてもう一つ重要な要素である。端子ピンのピッチを把握する事で品質の安定が図れます。これら端子の実際に基板に接触する面側、つまり下方向から測定することが信頼性のある評価技術であり、品質管理に欠かせない検査方法と言えるのではないでしょうか。その裏付けとしてパッケ−ジやコネクタの実装時に一番多い不良原因は、ハンダ不良による足浮きやハンダブリッジによる、接触不良や電気的なショ−トによるものであります。今後端子ピンのファインピッチ化やクリ−ムハンダの薄膜化などが進むにつれてコプラナリティ(平坦度)、端子ピンピッチが総合的な評価の最重要課題になると思われます。



コアーズは平坦度測定装置を開発致しました。
ここで紹介する平坦度測定装置はコア−ズが長年にわたる計測制御技術と非接触測定技術との併合により開発したもので、他の検査装置の画像処理方式やX線検査方式などはどうしても高額な装置となり、しかも作業性・使用性に困難性があり、誰でも取り扱いできる現状では無く、普及にいたっていない原因の一つであります。ここで今回開発した平坦度測定装置は使いやすさの簡易・安価・測定方式として、端子ピンを実際に実装する下面方向より測定することで、他の検査装置との差別化を図ることをコンセプトに開発を行ないました。
実際に基板実装される面に接地ハンダされる下面からの接地の状態が測定出来るのであれば、まさに実際のコプラナリティ(平坦度)と言う事になります。
プリント基板に実装時のピンの足浮きは最も重要な要素とされていますが、従来は、シクネスゲ−ジ(隙間ゲ−ジ)を使用したり、光学顕微鏡やプリズムを用いたりモデルパタ−ンの比較検査を行なう自動光学式外観検査での測定は、何れも足浮きの数値化による管理の対応に難を要します。また測定に時間がかかる事や、良品、不良品が測定者により異なるなどの課題がありました。画像による観察装置なども高さ方向の誤差が±10〜30μmあり精度が良くありません。
これらの測定は従来測定対象物を上面方向より測定していますが、電子部品を構成する樹脂の反りによる端子ピンの変形や対象物の自重による傾きが無視された状態での測定なのでプリント基板に実装時の状態を正確に測定しているとは言えませんでした。

ガラス基準面測定方式
コア−ズの測定方式としての特徴はガラス基準面測定方式です。基板実装面をガラス面としてガラス面からの実際のコプラナリティを測定しています。
一口にガラス基準面測定方式と言いますが、ガラス面を基板の実装する面と仮定して測定するにはガラスの材料特性を把握することが大切な要素の一つです。ガラスには非常に多くの種類があります。例えば、パイレックス、テンパックス、青板ソ−ダガラス、石英ガラスなどそれを化学成分、用途などで分類していますが、数え方によっては数千種類にもなります。例えば光学ガラスだけでも屈折率や分散(色による屈折率の差)の違いを厳密に分けたガラスが数百種類も作られ使われています。それらガラスの特徴のなかで下記掲載項目の特性を考慮して選定を行ないました。
化学的特性、温度特性、機械特性、光学特性の内容
● 化学的特性:酸などに対して耐蝕性がある事。
● 温度特性 :熱膨張率が低い事。
● 機械特性 :ワ−ク重量に対する強度がある事。
● 光学特性 :透過率が良い事。

次にガラスの平面(平坦)を出す為に、ガラスの両面研磨を3μ以下の精度で行いますが、この平面研磨は、必ずイオン交換水などで研磨を行いナトリウムやマグネシウムの混入を防ぎます。ガラス研磨時にマグネシウムやその他の外乱といわれる物質が入りますと、ガラス自体の特性が損なわれ機能に影響することがあるからです。またガラスを研磨後レ−ザ光を透過させるために特殊コ−ティングを行いますがガラスの屈折率を考慮して行います。ガラス屈折率及びレ−ザ光の、透過率に注意してガラス及びレ−ザ光の波長に適合するコ−ティングを行います。これらガラス平面及びコ−ティングの透過率の管理によりガラスを基準面とした下からのレ−ザ光による測定が可能になります。



コア−ズの測定機はレ−ザ変位センサが測定の媒体になっていますが、レ−ザ変位センサには、正反射タイプや拡散反射タイプがあります。正反射タイプの場合は測定対象ワ−クからの正反射光を直接受光しますので、測定表面に光沢のあるものに向いています。拡散反射タイプの場合は測定面に対して垂直に投光し反射光の中の拡散反射光を受光するので測定面がある程度ざらざらした場合には向いていません。それらは測定対象ワ−クのメッキの光沢や表面形状の状態により反射光つまりセンサに受光する光量の多さと安定状態で測定可能か不可能かが決まります。
ガラス基準面をレ−ザ光で捕らえる場合、測定対象物よりもガラス面の光量が多いと測定対象物の測定が出来ませんので、測定範囲ではガラスの光量を測定対象物より少なくして測定を行なう様にします。ガラス基準面はレ−ザ変位センサが検知できる程度のコ−ティングを行いますが、コ−ティングもレ−ザ変位センサの検知状態を考慮して行い、ワ−ク接地面がコ−ティング面と一致している事が必要になります。
ガラス基準透過方式とは平坦度が保証された平面基準ガラスをプリント基板面に例え、電子部品(測定対象物)を平面基準ガラス面に置き、その時の状態を下からレ−ザ変位センサで測定することにより、浮き上がり量を直接測定する方式を言います。
この方式で測定することにより今まで不可能とされていた。実際に基板実装される面に測定対象物の接地面つまり下面からの接地の状態が測定出きるのであれば、まさに実際のコプラナリティと言う事になります。
また従来の上からの測定では不可能だった形状が複数の列内部の電子部品も測定可能になり、まさに画期的な測定方法と言えるでしょう。
これからますます進化する電子部品の信頼性評価技術であり品質管理には欠く事の出来ない検査方法と言えるのではないでしょうか。



現在、情報通信用電子デバイス部品は世界的に鉛フリ−化及び次世代デバイス部品が広く認知され始めてきていますが、鉛フリ−ハンダの溶融温度が従来の共晶ハンダに比べて高温の為に、回路基板への実装時における各デバイスの接合強度(ハンダが割れやすい)冷えた後表面が凸凹する、熱により基板の反りなどの信頼性に影響があり、温度による形状変化の把握に課題があります。また最近のデバイス部品は、超高密度、小型化や今まで実績がない素材を材料として使用しているため、設備や工程を変えて製造しますので実装時の反りが重要になり過去のデ−タや測定ノウハウを使用できないなどの測定方法の確立に課題があります。
近年の情報通信用電子デバイスの鉛フリ−化と次世代電子部品の超高密度、超小型化に伴い従来の高温状態や常温状態での測定が光学顕微鏡、画像測定では、

● 測定時間がかかる。
● 誤差が大きい。
● 複数の列内部では測定できない。
● 高温加熱状態のデバイス部品の変化が
   リアルタイムで測定出来ない。
などの問題がありました。

この問題を解決するには実際にデバイス部品を実装する基板基準面からの測定が最も望ましいとされてきましたが世界的にもこの技術は確立されてないのが現状と思われます。
現在は鉛フリ−ハンダの開発は環境問題等により急激に進んでいます。しかし鉛フリ−ハンダは溶融温度が従来の共晶ハンダ(鉛を含む)の183℃に比べ220〜260℃と高温のため、電子デバイス部品実装時の接合部強度やハンダの濡れ性などの問題があり、高温実装時の温度管理条件(温度プロファイル)での、形状変化の把握の測定が必要になっています。現状では

● 常温状態で測定。
● 炉に入れて加熱する。
● 炉より取り出して加熱後の形状測定を行う。
● それぞれの・〜・のデ−タ比較により形状の把握を行いデ−タとしています。

その他にはデバイス部品を加熱してCCDカメラにて観測している物もありますが高温時のリアルタイム測定は不可能であり、まして実装基板面を基準面に測定することも不可能な為、大きな課題になっています。また今後ますます普及される次世代コネクタ−やICにも同様な測定方法が望まれますが各メ−カは、測定方法の確立が無く試行錯誤しているのが現状ではないでしょうか。
コア−ズの高温加熱測定装置は仮想基板を基準面として、コ−ティング後のセンサ−光量を高温状態で透過させる処理の開発と評価を行なうと共に、高温加熱による電子デバイス部品の温度管理技術、及びセンサ−の熱による影響を防ぐための技術と基準面側(下)から測定する技術を開発することで仮想の基板面に対する形状変化の測定を可能に致しました。
鉛フリ−化対応電子デバイスの形状測定のため、環境破壊防止の一端となる技術開発であり、またICや次世代コネクタ−などの温度変化に対する反りなどの形状がリアルタイムで測定可能になるため、新規産業の創出にも大きな貢献が出来るものと考えております。また他のデバイス分野の上面方向でしか測定出来なかった産業分野への応用も可能となり、今後ますます期待できる測定技術であると自負しております。

■サンプルデータ【温度特性による測定値の変化】core9031a


●測定対象物に沿ったシリーズ化を用意いたしました。


概要
特長
仕様
core9012a 高精度LIPタイプ

共に電子部品メーカの面実装部品にはすべて適用可能です。特にcore9010b に付いては高精度で測定時間が従来の画像測定より60分の1で部品コストメリットがある事と、ガラス透過式で実コプラナリティが測定できる装置と、高く評価を頂きました。手動測定により、樹脂部分の形状測定も出来ます。



概要
特長
仕様
core9031a 加熱LIPタイプ

本装置は電子計測器メーカとして現時点で最も実用性のある、鉛フリー化の高温対策装置です。指定した温度で測定時間温度も指定でき、自動で高温時にリアルタイムに形状変化又はコプラナリティを測定できます。今まではリフロー装置の中に入り形状の変化を見たいが不可能であり、お客様にとって問題だと思います。この装置は電子部品業界には勿論、樹脂業界、成形機業界、プリント基板業界と幅広く必要性があると思われます。
その他製品ラインナップはコチラ他測定装置、観察装置のラインナップはコチラ


現在電子部品メーカでは、価格の競争生産性の効率化等の理由で東南アジアでの生産が主流になってきており、測定装置も人海戦術で簡易的な検査装置が使用され、不良率の高さでセットメーカでは大変大きな問題になっています。ここでご紹介しました測定装置が今後ますます進む表面実装型電子部品の高密度、高精度化に貢献し、お客様の色々な問題解決のお役に立てれば幸いです。

有償測定サービス実施中!
こんな時にご活用ください。

●測定頻度が稀であり、定期的な測定が予想されない。
●装置の設備導入が困難。設備を必要な時だけ使用したい。
●エンドユーザ様からコアーズデータの要求があり必要になった。
●装置が無く評価ができない。

御社で生産されているハンダ付けを行う電子部品、または基板等々がリフロー炉内で
どのような症状(平坦度の変化、基板の反り、ハンダのヌレ具合)が発生しているかを
知ることで、実装不良を未然に防ぐことが可能となります。

詳細、お申し込みは下記リンクから! サンプル一個からお申し込みもOK 実装ドックのススメ

【本社デモンストレーションルーム】
◎デモンストレーション装置
 ※型式をクリックしていただくと装置詳細をご確認いただけます。
●平坦度測定モジュール【高精度LIPタイプ】……………………… core9012a
●平坦度測定モジュール【加熱LIPタイプ】………………………… core9031a
●平坦度測定モジュール【加熱高機能LIPタイプ】………………… core9037a
                                          core9038a
●加熱観察測定装置【マイクロビュー β】 ……………………… core9046a
●温度制御観察装置【リフロースコープ ワイドビュー】 ………… core9055a
●加熱タイプ X線観察装置【リフロースコープ・X-ray】 ………… core9060a
●ポータブル挿抜荷重試験機 …………………………………… core7100a

これらの装置をデモンストレーションルームに設置し、様々な測定・解析に対応できます。

◎デモンストレーションルームでのメリット
●測定ワークご持参の場合は、サンプル取りのデータが無償になります。
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●測定技術が必要になった場合に、ご質問をお受けし、ご回答いたします。
●測定時間が多く取れますので、ご満足いただける測定ができます。
●測定治具を多数揃えておりますので、測定不可能なワークはほとんどありません。
●デモンストレーションルームでの、詳細な打ち合わせが可能です。
●弊社の会社内容が把握できます。

◎各機種のラインナップを一度に評価、実験することが可能!
特定の装置で対応できなかったサンプル評価が、他の装置で測定することにより、解決できた事例もあります。是非、デモンストレーションルームをご利用ください。


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