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EMS（設計・製造受託サービス）
EMSの匠
情報通信分野で長年培ってきたノウハウを活かし、お客様に"日本ならではのものづくり"で高品質・信頼性の高い製品を提供しているOKIの｢Advanced M&EMS｣。その基板実装工程においては、競合他社が受託を拒むような難易度の高い要望にも、独自の技術開発でハードルをクリアし、高付加価値なサービスを実現しています。
今回は、基板実装のコアといえるはんだ付け技術について、革新的な仕組みを次々と生み出している匠、高齋 一貴が語ります。
基板の大型多層化・高密度化を捉え実装技術をレベルアップ
OKIの｢Advanced M&EMS｣が得意領域としているインフラ機器や産業機器、医療機器は、高性能・高機能化の進展に伴い、基板の大型化・多層化および実装の高密度化が進んでいます。また、大電流に対応するための基板銅箔の厚みの増加や、基板パターンの微細化なども進行しています。
こうした基板に大量かつ多様な部品を実装するには、はんだ付け作業――基板表面にはんだ付けする「SMT（Surface Mount Technology）工程」、基板のスルーホールではんだ付けする「スルーホール実装工程」のいずれにおいても、高レベルの基板実装技術が必要不可欠です。
OKIの｢Advanced M&EMS｣では、お客様が求める高品質・高信頼性のものづくりに応えるため、独自に生産技術を開発し、自ら利用することでサービスの高度化に結びつけています。私の担当する基板実装技術も例外ではなく、これまでに数々の技術を生み出し、品質や信頼性の向上とともに短納期化・低コスト化も推し進めてきました。
まず、SMT工程で用いるリフローはんだ付けについては、部品ごとの大きさの違いなどで生じる温度のばらつきをなくすため、炉内での加熱や基板搬送にさまざまな工夫を施すことで熱伝達性能を飛躍的に向上させた、鉛フリーはんだ対応の高精度リフローはんだ付け装置を開発しました。
従来の装置では、鉛フリーはんだの接合が可能な温度領域――部品の熱くなり過ぎて熱破壊が発生する温度と、部品が十分に熱せられずにはんだが溶けない不良が発生する温度の差異である15℃以内を保持することが極めて困難でした。しかし当社が開発した装置は、部品ごとの温度のばらつきを約3℃に抑え、高品質なはんだ付けを実現しています。
業界初の静圧方式はんだ付け装置で後工程を高品質化
スルーホール実装工程のはんだ付けは、はんだゴテを使った手作業あるいはフロー式はんだ付け装置（噴流方式により溶融はんだ液面に波を立てはんだ付けをする装置）で行っていましたが、基板の厚みの増加や、内部の銅箔の厚みが増すにつれてスルーホール内にはんだが十分に充填されず、接合不良が起こりやすくなっていました。また、加熱条件によっては、微細なパターンが断裂する危険性も上昇していました。
こうした問題を解決する仕組みとして、2008年に開発・導入したのが、業界初の「静圧方式はんだ付け技術」です。はんだ液面の波を抑えるとともに基板を浸す深さも制御することにより、はんだがスルーホールに安定して回り込むようにした技術で、スルーホールへのはんだ充填率100％を実現し、実装作業のさらなる高品質化・短納期化に大きく貢献しました。
この技術は2006年頃、私が大学時代に学んだ流体工学の知識から、はんだの噴流制御方法に関するアイデアを思いついたのが出発点でした。ただ、アイデアを形にするのが難しく、装置メーカーに打診してもよい返事をもらえない状況が続きました。しかし、10社ほどに声をかけた中で唯一、一社のみ共同開発の申し出を受けてもらうことができ、約1年かけてベース機に改良・改修を重ね、ようやく新しい装置を完成させることができました。
少量生産品の実装を高効率化するポイントディップ式自動はんだ付け装置も開発
ポイントディップ方式の自動はんだ付け装置
静圧方式はんだ付けは、作業工程でマスキング用の治具を使います。その製作時間・コストを考慮すると、量産品には非常に適した実装技術ですが、少量生産では十分なパフォーマンスを発揮できません。
そこで私は、OKIの｢Advanced M&EMS｣が最も得意とする多品種少量生産、あるいは試作品においても、より高品質で高効率な実装作業を実現したいと考え、静圧方式のノウハウを応用して新しい技術の開発に取り組みました。
その結果2014年、ノズルから噴出するはんだを基板のスルーホールに注入するポイントディップ方式の自動はんだ付け装置を完成させました。高厚基板向けに無理といわれてきた技術を業界で初めて実現したもので、手作業によるはんだ付けに比べて10分の1以下の時間――たとえば10部品の接合に手作業で1時間程度かかるところを5分程度で工程を完了できます。
先進技術と高度な現場ノウハウを組み合わせOKIにしかできないEMSを提供
電子機器の製造業界において高難度の実装や多品種少量生産がハードルの1つになっている中で、他社が真似できない技術を有していることは、非常に大きなアドバンテージです。
これに加えて、先進の技術をきちんと使いこなし、製品ごとの仕様や条件に合わせて最適な実装作業を行える現場スタッフが揃っていることも、当社の強みだと思っています。
基板の進化が今後もさらに進んでいくことは間違いなく、それに伴ってより高度な実装技術も求められていくはずです。私自身は、「世界最高の実装技術をお客様に提供する」ことを目標に、これからも業界をリードする技術開発に取り組んでいきます。そして、その新たな技術と現場の高度なノウハウを組み合わせた、OKIにしかできない高品質で高効率なEMSで、より多くのお客様のお役に立ちたいと考えています。
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