なぜデジタル型の赤外線照射が無鉛基準のための最適な手段なのか
半導体業界では、無鉛で環境に優しい基準へと移行する動きが活発です。理論上は素晴らしいことですが、依然として古式の対流式オーブンを使っている場合、その限界がすぐに分かるでしょう。そうしたオーブンは、部品周辺の空気を加熱するのにエネルギーを消費します。これはまるで、車道を温めることで家全体を暖めようとするようなものです。
そこで役立つのがデジタル型の赤外線コントローラーです。部屋全体を温める代わりに、直接基板を加熱します。これは、環境に優しい硬化処理を行うための、より効率的で賢明な方法です。
必要な場所に熱を届ける
赤外線照射というのは、巨大な Chamber 内に熱い空気を送り込むというものではありません。短波または中波の放射体を使って、エネルギーを直接材料に送り込みます。放射によって熱が直接無鉛のはんだペーストや接着剤に伝わります。そうすることで、ガラス転移温度に迅速に到達します。また、大気を温めるために大量のエネルギーを消費する必要がないため、電気代も大幅に削減されます。
温度の推測が不要
問題は、無鉛材料は溶融するためにより多くの熱が必要だという点です。しかし、「硬化した」と「破壊された」との間には微妙な境界線があります。温度が高すぎると、PCBが変形したり、敏感な部品が損傷したりします。誰も、オーブンの故障で一括して基板を廃棄したくはありません。
これを解決するためには、ループ型PID制御を利用します。これは、基板とコントローラーとの間の継続的なやり取りのようなものです。表面温度をリアルタイムで監視し、目標温度に達した瞬間にパワーを調整します。そうすることで、ハードウェアが破壊されることなく、完璧な硬化が実現します。
実際の製造現場の現実
正直に言って、赤外線照射に切り替えるのは、単にボタンを押せば終わるような簡単なことではありません。熱が非常に集中するため、コンベヤーの速度や遮蔽の仕方を正確に調整する必要があります。コンベヤーの速度が遅すぎると、フラックスが焼けてしまいます。逆に速すぎると、硬化しない部分ができてしまい、後々問題になります。つまり、ランプの出力と基板の移動速度のバランスを見つけることが重要です。
私の経験では、これを実現する最良の方法は、デジタルコントローラーと校正済みの温度計を組み合わせることです。そうすれば、推測の必要がなくなり、再現性の高いプロセスが実現でき、RoHS規格も満たせます。また、サイクルタイムも短縮されます。