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開発物語
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リフローシミュレーション測定器開発経緯
リフロースコープ開発物語
平坦度測定開発の概要

【この時代に,必要にして欠くべからざるもの】今、まさにそんな評価を得るにふさわしいこれら製品群(core9000シリーズ)。では何故、これらの測定器が生まれたのか、開発に至る経緯を発案者である営業担当の責任者S氏に聞いてみよう。

そこには先ず、我々の生活とそれを取り巻く産業界全体の「環境問題」に対する大きな流れがあったと言う。

―「RoHS指令」…2003年2月13日EU(欧州連合)より正式に公布。
その内容は環境に有害な鉛などの使用を2006年7月をメドに全面禁止するという、いわば電子デバイス部品「鉛フリー化」完全実施への宣言である。
日本の各大手電機メーカもこの流れにいち早く対応。関連各社は鉛フリー対応製品の『品質管理』に対して今迄にない厳しい対応を迫られることになる。―

時代はこうした一連の大きな流れの中にあったのである。
開発のきっかけは突然のように訪れた。
それは4年前S氏が営業の為に訪れたある大手電機メーカの担当者のこんな一言からであったと言う。
「実装時の高温加熱が、鉛フリー化によって電子デバイス部品に今迄以上の温度ストレスをかけています。不良の原因も加熱中に発生している可能性が高い。ならばこの加熱時の挙動を測定したり、観察ができないものでしょうか。」

この一言がS氏に大きなヒントを与えたと言う。
「リフローの炉を今ある測定器に載せられないか?」
ただちにこれは社長に提案され、遂に開発への第一歩を踏み出したのである。



コアーズには当初よりこのリフローシミュレーション測定器の開発において他社にはない強い利点があった。実はこの開発を可能にしたのが、既に開発されていた平坦度測定モジュールcore9010bの存在であり、その測定方法「ガラス透過式測定」という技術にあったのである。
…これはガラス面を実装基板面として下方から測定するという画期的な方式の為、リフロー部と測定部を上下に完全に分離することができる。この配置により、懸案の熱による測定への干渉を最小限に抑える事ができ、core9030a開発の一番の要であるリフロー炉内環境の設置を容易なものとしたのである。
それに対して従来の他社製品は上方及び側面からの測定が主である為、上記の問題を完全にクリアするには至っていなかったのである。

コア−ズが目指したのはリフロー炉内環境の高度な再現性。既にその測定で実績のあるコア−ズ独自開発の『ガラス透過式測定』による高精度測定との融合により、遂にリフロー炉シミュレーション測定第1号機、高温加熱タイプ平坦度測定モジュールcore9030aが完成する。
この測定器は、発売と同時に次々に各業界の信頼を獲得、以後この市場を席巻する事となる。
これを契機として以降、コア−ズは日々刻々変化する市場のニーズに常に敏感に反応、新たに動画や静止画像など、肉眼を通して挙動を把握できる観察装置core9050aを開発すると同時に、基板をメインにしたより大きなサイズ(A4判)の測定をも可能にしたcore9035aの開発に着手し、共にその製品化に成功するのである。

「リフロー炉の中を覗いてみたい」―そんなお客様の一言から始まったリフローシミュレーション測定器の開発は、ここに3機種を揃え、そのラインナップは更に強固なものとなっていくであろう。



では、これらリフローシミュレーション各測定器がどのように利用されているのか、それを知る為に、実際のリフロー炉内の高温下で起きる様々な現象、問題点はどんなものなのかを見ていきたい。

●リフローの炉内温度は加熱時最大約250℃前後に上昇する。

基板と電子デバイス部品(コネクタ IC等)の実装には、加熱と冷却によって接着素材を溶融→凝固固着させるという工程があり、実はこの工程中の加熱高温状態にこそ大きな問題があるという。従来、この工程に必要な実装加熱適温は共晶ハンダの場合183℃とされてきた。しかし現在『鉛フリー化』による接着素材の変更に伴って、その温度は220〜230℃前後にまで上昇、電子デバイス部品或いは基板に加わる温度ストレスは今まで以上に過酷なものになっている。
そして、この高温加熱下で現れる各部品、各素材の挙動変形は大きく分けて次のようになると言う。

○反り/歪み/膨れの変形

現行の電子デバイス部品(コネクタICパッケージ)の本体に多く使用されている素材は、「液晶ポリマー」という熱可塑性の樹脂素材が主で、これは熱の影響を受け易く高熱によって変形する為、基板との接地面である「ピンやボール」に足浮きが発生、その固着状態に不具合が生ずる結果となってしまうのである。これは基板そのものにおいても例外は無く、同様に反りや歪みの発生がみられる。

そしてこのような状況は基板全体の実装不良という重大な問題を引き起こし、各メーカ各現場での製造ラインの停止を誘発すると伴に、完成品でのトラブルの大きな原因ともなっていた。

ではコアーズのリフローシミュレーション各測定機が、これらトラブル発生の諸原因にそれぞれどのように対応しているのか、その特長を紹介していきたい。



先ずcore9030c、これは前述の通りこのシリーズのトップを切って登場した。測定対象ワークはコネクタ/リード/ICパッケージなど、どちらかと言うと「コプラナリティ測定」に特化した狭小範囲での測定を得意とする。
その特長は、先ず温度プロファイルに沿ってリフロー炉内環境を忠実に再現すると共に、加熱時の樹脂の反り、樹脂変形に伴うピンの足浮きなど、各部に生起する様々な変化をミクロン単位で測定。正確且つ詳細な挙動データをリアルタイムに取得すると同時に、モニタ画面上にグラフ波形/数値/3D等を鮮明に表示し、現在多くの不良発生原因の解明に役立っている。(勿論取得データは保存や出力も可能)

それでは以下、各メーカのcore9030cでの問題解決の実例を数点挙げてみよう。
【実例1】
●コネクタ部品メーカの実例
注文を受けたデジカメのメモリカードコネクタを出荷する際、core9030cで加熱試験をしたところ、信号端子が反り不良を発生する事が判明したため出荷をストップ。その後すぐ、樹脂成形金型を変更して反り不良を改善、再度加熱試験を行ない問題が解決した事を確認して出荷。
これによりデジカメセットメーカのコネクタ不良による返品を防止。

【実例2】
●ノートパソコン、セットメーカの実例
新設計のパソコンのBGA ICの加熱試験を行なったところ反り量が多い事がわかり、試作した基板をX線観察したところハンダ未着が発生していることが分かる(出荷電気試験ではパスしていた)原因はICのロットが変わった時点で反りが多くなっていた事が判明、前ロットの部品を使用すると同時にICメーカに相談して、ロットでの加熱不良の原因調査を依頼し問題が素材変更に有ったと判明、これらの対処によって、パソコンの市場出荷後の大量不良発生の防止とメーカの信頼を落さずにすんだ。

以上がcore9030cの実際の使用例である。


そして今回新たに開発されたcore9035aは、面実装デバイス部品などの狭小範囲の測定に特化したcore9030cに対して、それらの測定は勿論のこと、実にA4判サイズの大型プリント基板までの挙動変化を正確に捉える事ができるという、いわば拡大発展型の測定器である。
実際、各現場のリフロー炉はその工程で複数枚の基板を同時に熱処理するためその範囲は広く、そういった意味でこの機は、core9030cよりもより製造ラインに近い状態でのデータが取得が可能になったと言える。

ではcore9035aの実例を挙げたい。
【実例1】
●携帯電話メーカの実例
新型携帯の試作ロットでコネクタの実装不良が発生したが、コネクタは加熱試験データが添付されており問題ないため、プリント基板の加熱試験をした所、コネクタの反り特性と相性が悪い事が判明(コネクタが山反りなのに対して、プリント基板は谷反りで合算のコプラナリティが0.2mm程度と分かった)プリント基板のパターン構造を変更して反り方向を確認し、コプラナリティを改良して製造したことにより、不良の発生を抑えるとともに短納期を実現して製品出荷を行なうことが出来た。
以上がcore9035cの実際の使用例である。


最後に登場するのはcore9050a。これは前述のcore9030c,core9035aがあくまでも測定によるデータの取得が目的であるのに対して、これは「測定データでは得られない素材の変化を実際に自分の目で確認したい」そんな現場の声を反映して開発された観察装置である。電子デバイス部品の挙動はもちろん、それらを繋ぐ固着素材の加熱挙動を肉眼或いは高倍率映像を通して把握でき、特に温度変化によるハンダの濡れ性(粒子の変化)をリアルタイムに観察する事により、ハンダ溶融時のトラブルを発見できるというものである。

core9050aの各現場における実際の観察例を挙げてみよう。
【実例1】
●あるチップ部品メーカの場合
チップ部品の実装は高密度化しており、塗布されるクリームハンダの厚さもより薄くなってきているため実装後の品質はその濡れ性によって大きく左右される。
今回の観察では高温加熱時にクリームハンダが片側に偏るという特性が判明、ハンダは成分の違いによってその挙動も大きく変わる為、この解析によってクリームハンダを改善、製品の信頼性を大幅に向上させることができた。

【実例2】
●ある電子部品メーカの場合
一方向のみでは解析不可能なコネクタ端子の接触不良を、前面と後面の同時観察によってその挙動特性を解明、金型成形の改善によりその後は良製品を安定的に供給する事に成功した。
core9050aは360°全方向観察可能、観察自由度の高さがこの難問を解決。

【実例3】
●あるセットメーカの場合
実装時の加熱により付属の固定金具が変形し部品は正規の固着位置から大幅なズレが生じ結果的に大きな不具合が発生、この観察結果を元に固定金具の素材の変更と、取り付け位置の改善により不具合発生を抑える事に成功する。

以上リフローシミュレーション測定/観察3機種の概要を説明してきたが、実際の用途は意外にも広く、種々不良原因の発見解明は勿論、その取得データは各製品の品質保証にも役立てられ、大手セットメーカに対する信用確保の役割も担っているという。
今や「環境改善問題」は時代の潮流である。各産業界、特に情報通信関連業界の研究開発、或いは品質管理の分野に於いて、core9030c、core9035aの測定データ、core9050aの観察資料はますますその必要性を増大させていくに違い無い。

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