2025-12-26
電子機器が小型化を続け、性能が向上するにつれて、回路基板上の部品配置は前例のない課題に直面しています。あの高密度に詰め込まれた、微小な部品がどのようにして回路基板に正確に固定されているのか疑問に思ったことはありませんか？その答えは、表面実装技術（SMT）と呼ばれる洗練されたプロセスにあります。この方法は、現代の電子機器製造の要であるだけでなく、電子製品の継続的な小型化、軽量設計、および性能向上を推進する原動力でもあります。
表面実装技術（SMT）は、元々は平面実装として知られており、電子部品をプリント基板（PCB）の表面に直接取り付ける方法です。この方法で取り付けられた部品は、表面実装デバイス（SMD）と呼ばれます。現代の電子機器製造において、SMTは、高度に自動化された生産を可能にし、コストを削減しつつ製品の品質を向上させる能力があるため、従来の貫通穴技術に大きく取って代わられています。さらに、SMTは、基板の特定の面積により多くの部品を実装できます。
しかし、貫通穴技術は完全に消滅したわけではありません。大型トランスやヒートシンク付きのパワー半導体など、表面実装に適さない一部の部品は、依然として貫通穴実装を使用しています。SMTと貫通穴技術の両方が同じ回路基板で使用されているのを見ることは一般的です。
従来の貫通穴部品と比較して、SMT部品は通常、より小型で、リードが少ないか、まったくリードがない場合があります。SMT部品は、さまざまな種類の短いピン、フラットコンタクト、ボールグリッドアレイ（BGA）、または部品本体に配置された端子を備えている場合があります。
SMTは1960年代に始まりましたが、1986年まで市場シェアの10％に達しませんでした。その時点から、採用が急速に加速しました。1990年代後半までに、ハイテク電子PCBアセンブリの大部分は、表面実装デバイスを使用していました。IBMは、この技術の開発において先駆的な役割を果たし、1960年に小型コンピュータで設計アプローチを最初に実証し、その後、飛行中のガイダンスのためにSaturn IBおよびSaturn Vロケットで使用されたLaunch Vehicle Digital Computerに実装しました。
SMT製造では、部品、技術、および機械を説明するためにさまざまな用語が使用されます。
| SMT用語 | 正式名称 | 説明 |
|---|---|---|
| SMD | 表面実装デバイス | アクティブ、パッシブ、および電気機械部品 |
| SMT | 表面実装技術 | アセンブリと実装技術 |
| SMA | 表面実装アセンブリ | SMTを使用して組み立てられたモジュール |
| SMC | 表面実装部品 | SMT用に設計された部品 |
| SMP | 表面実装パッケージ | SMDハウジングフォーム |
| SME | 表面実装機器 | SMTアセンブリマシン |
PCBは、部品配置場所に穴のない、通常はスズ鉛、銀、または金メッキされた銅パッドを備えています。プロセスは、スクリーン印刷を介して、はんだペースト（フラックスと微小なはんだ粒子を混ぜた粘着性の混合物）をすべてのパッドに塗布することから始まります。または、インクジェットプリンターと同様のジェット印刷機ではんだペーストを塗布できます。
ペースト塗布後、基板はピックアンドプレース機に移動し、そこで部品（通常は紙/プラスチックテープリール、プラスチックチューブ、または大型IC用の帯電防止トレイで供給されます）が正確に配置されます。数値制御機は、フィーダーから部品を取り出し、PCBに配置します。
次に、基板はリフローオーブンに入り、最初に予熱ゾーンを通過して温度を均一に徐々に上昇させ、熱衝撃を防ぎます。その後のゾーンでは、温度がはんだ粒子を溶かすのに十分な高さになり、部品リードをPCBパッドに結合します。溶融はんだの表面張力は、パッドの形状が正しく設計されている場合、部品を適切に位置合わせするのに役立ちます。
リフロー方法には、赤外線ランプ（赤外線リフロー）、熱風対流、および特殊な高沸点フッ素系液体を使用した蒸気相リフローが含まれます。後者は、鉛フリー規制により、より厳格なプロセス制御が必要となり、人気を取り戻しました。2008年の時点では、標準的な空気または窒素を使用した対流はんだ付けが最も普及していました。
両面基板の場合、印刷、配置、およびリフロープロセスは、はんだペーストまたは接着剤を使用して繰り返されます。ウェーブはんだ付けには、はんだペーストの溶融中の部品のずれを防ぐために接着剤が必要です。
はんだ付け後、基板はフラックス残留物やショートの原因となる可能性のある迷走はんだボールを除去するために洗浄される場合があります。ロジンフラックスには、フッ素系、高引火点炭化水素、または低引火点溶剤（柑橘類由来のリモネンなど）が必要であり、水溶性フラックスには脱イオン水と洗剤、続いて急速乾燥が必要です。ただし、ほとんどのアセンブリは現在、「ノンクリーン」プロセスを使用しており、良性のフラックス残留物が残り、コストを節約し、生産を高速化しています。高周波アプリケーション（1 GHz以上）またはコーティングの密着性を向上させるために洗浄を行うことが推奨されます。
業界の傾向は、ノンクリーンプロセスの慎重な評価を推奨しています。部品やシールドの下に閉じ込められた残留物は、特に高密度基板で、表面絶縁抵抗（SIR）に影響を与える可能性があります。
一部の規格（IPCなど）は、はんだフラックスの種類に関係なく、基板の完全な清浄度を確保するために洗浄を義務付けています。許容されますが、白い残留物は良性として文書化する必要があります。すべてのメーカーがIPC規格に従うわけではなく、特にコスト重視の製品ではそうです。
最終的な目視検査では、欠落/位置ずれした部品とはんだブリッジがチェックされ、リワークステーションでエラーが修正されます。その後、基板はテスト（インサーキットおよび/または機能）に進み、適切な動作を確認します。自動光学検査（AOI）システムは、品質向上に役立つことが証明されています。
欠陥のある表面実装部品は、（一部の接続には）はんだごてまたは非接触リワークシステムを使用して修理できます。後者は、はんだごてでのSMD作業にはかなりのスキルが必要なため、一般的に推奨されます。
リワークには通常、以下が含まれます:
同一部品の大量リワークには、特に製品ライフサイクルの後半で発見された場合、特殊な機器が必要です。2つの主要な非接触方法があります:
長波、中波、または短波赤外線を使用して加熱します。
長所: シンプルなセットアップ; コンプレッサーエア不要; 均一な加熱; 正確な温度制御; プロセスドキュメント
短所: 近隣の部品のシールドが必要; 表面温度は反射率によって異なる; 対流損失
加熱された空気または不活性ガス（窒素）を介して熱を伝達します。
長所: ガス切り替え機能; 適切なノズルによる高い信頼性; 迅速な冷却
短所: 熱応答が遅い; 高価なカスタムノズル; 乱流による部品の損傷の可能性; 温度測定が困難
中波IRと熱風を組み合わせます。
長所: 両方の方法の利点を組み合わせる; 大きな/異形部品を処理; 優れた温度制御
短所: それでも部品のシールドが必要
表面実装部品は、通常、リード付き部品よりも小型で、機械による取り扱い用に設計されています。業界では、パッケージの形状とサイズが標準化されています（主にJEDECを通じて）。2024年の時点では、0201の後の利用可能な最小サイズには、01005、008005、008004、008003、および006003が含まれます。
抵抗器: 5％許容差SMD抵抗器は、3桁のコード（有効数字2桁、乗数1桁）を使用します。1％許容差部品は、英数字E96シリーズコードを採用しています。
コンデンサ: 非電解コンデンサにはマーキングがないことが多く、取り外した後の測定が必要です。電解コンデンサ（通常はタンタル）は、抵抗器のようなコーディングを使用します。
インダクタ: 小型ユニットはフェライトビーズとして表示され、大型の巻線タイプは値（たとえば、33μHの場合は「330」）を表示する場合があります。
半導体: ダイオードとトランジスタは、メーカーとパッケージによって異なる2/3シンボルコードを使用します。
IC: より大きなパッケージは、通常、メーカーのプレフィックスまたはロゴを含む完全な部品番号を表示します。
