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接合・実装

レーザー変位計を用いた、鉛フリーソルダペーストのぬれ性評価への挑戦

山梨県

山陽精工株式会社

2020年3月27日更新

プロジェクトの基本情報

プロジェクト名 鉛フリーソルダーペーストのぬれ性評価装置の研究開発
基盤技術分野 接合・実装
対象となる産業分野 情報通信、スマート家電、光学機器
事業化状況 実用化に成功し事業化間近
事業実施年度 平成20年度~平成22年度

プロジェクトの詳細

事業概要

ソルダーペーストの鉛フリー化と高密度実装化による電子部品の小型化要求に対応するため、実装用電子部品を用いてソルダーペースト溶融時における部品の鉛直方向の変位量を非接触のレーザー変位計によって高精度に計測し、リフロー実装におけるソルダーペーストの電子部品に対するぬれ性を解明し、鉛フリーソルダリング技術の信頼性向上を図るための鉛フリーソルダーペーストのぬれ性評価装置を開発する

開発した技術のポイント

レーザー変位計測を用いた非接触型ぬれ性評価装置の開発
・加熱・制御部の開発
設定温度に対する温度制御性能が±1℃以内、繰り返し再現性が±1℃以内の加熱・制御部の開発
・変位量計測部の開発
ソルダペーストの金属粒径が約30μmφであるため、鉛直方向変位量の計測精度分解能を1/10の3μmとした高温下で計測可能な非接触型の変位量計測部の開発
・ぬれ性評価方法の研究
超小型のチップ部品に対する鉛フリーソルダペーストのぬれ性を0.1秒単位で判定可能なぬれ性評価方法を開発する
(新技術)
<リフローに対応したぬれ性評価>
はんだペーストの溶解に伴い、電子部品が上下動する動きの変化から、ぬれ性を評価する
(新技術の特徴)
・高精度・高信頼性
・全ての部品に対応

具体的な成果

・加熱装置部および加熱制御部の研究開発
‐加熱源として採用した赤外線ヒータの最適本数とヒータ位置の研究、および加熱源から輻射される赤外線の反射を効率的に使用する加熱炉の構造と反射率を高める加熱炉内部の表面処理の研究により、試料を均一に加熱する加熱炉を開発した
‐設定加熱プロファイルに対する高精度な温度制御および加熱再現性を実現するために、赤外線ヒータの発光熱量の制御方法としてPID(比例、積分、微分)制御と商用周波数の位相制御を組み合わせることにより、温度制御性能が±1℃以内、繰り返し加熱再現性が±1℃以内の性能を有する加熱制御部を開発した
・レーザ発光部およびレーザ受光部の研究開発
‐高温下における鉛直方向の変位量の測定分解能が3μmの性能を有するレーザ変位計測部を開発
・ぬれ性試験方法の研究開発
‐プリント配線板の材質、形状、ランド形状の研究により、銅基板5×5×1mmtが最適との結果が得られた
‐また、ソルダペーストの印刷形状、印刷量の研究ではX型120μmtが最適との研究結果が得られた
・ぬれ性試験ソフトウェアの研究開発
‐当該ソフトウェアは、加熱開始から溶融点温度に達するまでの期間の変位量データによって、試験の有効または無効を判定し、また溶融点温度の変位量を基準とした加熱終了までの変位量の値によって「ぬれ」、「不ぬれ」を判定する
‐「ぬれ」と判定した場合は、ぬれ性の指標(t1、t2)および降下速度を演算して、ぬれ性の優劣を数値表示するぬれ性評価ソフトを開発した

知財出願や広報活動等の状況

・論文:「レーザ変位法を用いたソルダペーストぬれ性評価装置の開発」(エレクトロニクス実装学会)
・出展:インタネプコン・ジャパン2009~2011(H21~23.1)
・新聞:日刊工業新聞(H23.8.22)
・特許:「ソルダペーストぬれ性評価装置及び方法」(国際公開番号WO2010/137714(出願中))

研究開発成果の利用シーン

鉛フリーソルダペーストの電子部品に対するぬれ性の定量的測定

実用化・事業化の状況

事業化状況の詳細

・H24年度に事業化を予定
・ぬれ性評価装置(製品)あり

製品・サービスのPRポイント

・標準化:新しい「ソルダペーストのぬれ性試験方法」のJIS化を目差して活動中
・歩留まり向上:実装の歩留まりが、数10PPMから数PPMに向上した
・製作時間短縮:表面実装に使用するリフロー炉の条件出し作業時間が1/3となった

今後の実用化・事業化の見通し

業界を巻き込み、ぬれ性試験方法の規格化を関連団体で検討中
・鉛フリーソルダペーストぬれ性試験方法の規格化を目差して、社団法人日本溶接協会及び社団法人電子情報技術産業協会など関係団体において活動中。各種データの積重ね試験を実施している
・原価低減化を目差して、生産技術面で総合的に検討中
・インタネプコン及びセミコンを始めとした関係する各展示会に出展し、H24年度の販売開始に対して認知度を高めている

プロジェクトの実施体制

サポイン事業者 山陽精工株式会社
事業管理機関 特定非営利活動法人ものづくり支援機構
研究等実施機関 山梨県工業技術センター
国立大学法人群馬大学

サポイン事業者 企業情報

企業名 山陽精工株式会社
事業内容 (1)装置開発設計・製造・販売、(2)精密機械加工・装置設計・製造・販売
本社所在地 山梨県大月市猿橋小沢1453
ホームページ http://www.sanyoseiko.co.jp
連絡先窓口 開発事業本部 西室将
メールアドレス m-nishimuro@sanyoseiko.co.jp
電話番号 042-660-1670