実装では、生基板とリールに巻かれた部品から、動作する回路を作ります。現在の部品の多くは表面実装部品（SMT、surface-mount technology）で、基板表面のパッド上に置かれます。一部の部品は、通常は大型のコネクタ、トランス、電源部品などで、穴を通るリードを持ちます（THT、through-hole technology）。1枚の基板に両方が混在することが多く、工程にはそれぞれに対応するステップがあります。
ラインは、ステーションが順に並んでいます。
- 印刷機: スキージがメタルマスクを通してペーストをパッド上に押し出します。
- ペースト検査: 部品を実装する前に、カメラでペーストを確認します。
- 実装: ノズルが各部品をペースト上に置きます。
- リフロー炉: 基板を加熱し、温度を保持し、はんだを溶かし、冷却するゾーンがあります。
- 光学検査: カメラではんだ付け後の基板を確認します。
1. ラインの準備
基板を製造する前に、工場では次のことを行います。
- 部品表 (BOM) のすべての部品が揃っていることと、部品番号が一致することを確認します。
- 吸湿しやすい部品で、長時間大気にさらされたものをベーキングします（吸湿したプラスチック封止の IC は、リフロー加熱時に割れることがあります）。
- リールを実装機のフィーダーにセットします。
- メタルマスクを作成するか用意し、
- お客様の実装座標ファイルから装置プログラムを読み込みます。
起こりうる不具合: フィーダーに誤った部品が入ることです。そのため、ロット生産の前に初品基板を詳しく検査します（初品検査）。
2. はんだペースト印刷
はんだペーストは、微小なはんだ粒子とフラックスの混合物で、歯磨き粉のような硬さがあります。鉛フリー作業で最も一般的なはんだ合金は、SAC305 と呼ばれる錫-銀-銅合金です。メタルマスクは、パッドの位置に穴が開いた薄い金属板で、基板上に置きます。スキージが穴を通してペーストをパッド上に押し出します。
起こりうる不具合: ペーストが多すぎるとパッド間にブリッジが生じ、少なすぎると接合が弱くなったり、オープン接合になったりします。メタルマスクの厚さ、開口の大きさ、基板への密着の程度によってペースト量が決まります。ファインピッチ部品には大型部品より薄いメタルマスクが必要で、そのため混載基板では妥協が必要になります。一部の工場では、部品を実装する前に、はんだペースト検査（SPI）装置で全パッドのペースト量を測定します。検査とテスト を参照してください。
3. 部品実装
マウンターは真空ノズルでフィーダーから部品を取り、カメラで確認してペースト上に置きます。実装位置はお客様の実装座標ファイルで決まり、カメラが検出する基板上の小さな丸いマークである基準マークで補正します。
小型の受動部品は高速に実装します。大型部品や異形部品、ファインピッチ IC は、よりゆっくりと慎重に実装します。ペーストには、はんだ付けまで部品をその位置に保持できる粘着性があります。
起こりうる不具合: ライブラリのフットプリントの向きが実装座標ファイルの向きと異なるため、部品が 90 度または 180 度回転すること、部品が切れて欠落すること、ツームストーン（下記）です。
4. リフローはんだ付け
基板はコンベアでリフロー炉内を移動します。温度が上昇するゾーンを通過します。
- 予熱: 基板を緩やかに昇温し、熱衝撃で部品が割れないようにします。
- ソーク: 基板全体の温度を均一にし、フラックスを活性化させます。
- リフロー: 温度がはんだの融点（SAC305 で約 217〜220 °C）を超え、通常は約 240〜250 °C で短時間ピークに達します。はんだが溶けてパッドと部品端子を濡らし、表面張力で部品が正しい位置に引き込まれます。
- 冷却: はんだが固まって接合部を形成します。
温度プロファイルは時間に対する温度の変化で、基板、部品、ペーストに合わせて設定し、テスト基板に熱電対を取り付けて測定して確認します。
- 予熱: 緩やかな昇温です。
- ソーク: 温度が均一になり、フラックスが活性化します。
- リフロー: はんだの融点（破線）を超えた状態が短時間続きます。
- ピーク: プロファイルの最高温度です。
- 冷却: はんだが固まって接合部を形成します。
起こりうる不具合:
- ツームストーン: 一方のパッドが他方より先に加熱されて濡れるため、小型の2端子部品が片端で立ち上がります。通常の原因は、パッド寸法の不均一や、パッドへの銅配線の不均一です。
- はんだブリッジ: ペースト過多、またはパッド間隔が狭すぎることが原因です。
- ボイド: 接合部内に閉じ込められたガスで、大型のサーマルパッド下や BGA で問題になります。
- ヘッド・イン・ピロー: BGA ボールがペーストと融合しない現象で、リフロー中に基板や部品が反る場合によく起こります。
- 部品のずれや落下: 裏面の重い部品は、重量に対してパッド面積が小さすぎると、2回目のリフローで落下することがあります。
- 良好な接合: 部品が平らに置かれ、はんだが両パッドを濡らしています。
- ツームストーン: 一方のパッドが先に加熱されて濡れ、部品を端部で引き上げました。
- はんだブリッジ: はんだが隣り合う2つのパッドをつないでいます。
5. 裏面
両面に部品がある場合、基板はラインを2回通します。通常、小さく軽い部品のある面を先に実装します。
6. スルーホール部品
スルーホール部品は手作業または装置で挿入し、次のいずれかではんだ付けします。
- ウェーブはんだ付け: 基板の裏面を溶融はんだの波の上に通します。ピン数が多い場合に高速です。裏面の表面実装部品は、接着するかパレットで覆って保護する必要があります。自社ラインでは鉛フリーのデュアルウェーブ工程を使用します。
- セレクティブはんだ付け: 小型ノズルで選択した接合部を1つずつはんだ付けし、基板の他の部分は加熱しません。両面に部品がある基板、またはスルーホール近くに熱に弱い部品がある場合に使用します。
- 手はんだ付け: 訓練を受けた作業者が、単一部品、リワーク、少量生産で行います。
ウェーブはんだ付けまたは手はんだ付けの後、余分なリード長を切断します。
7. 洗浄
はんだ付け後に残るフラックス残渣は、多くの基板では無害です（「ノークリーニング」フラックスはその用途向けに設計されています）。高電圧、高インピーダンス、またはコーティングを行う基板は、フラックスに適した薬剤を使い、例えば超音波槽で洗浄します。製品が残渣に敏感な場合は、洗浄を依頼してください。
8. コンフォーマルコーティング
完成した基板に、薄い保護ポリマー膜（アクリル、シリコーン、ポリウレタンなど）をスプレーまたはディップで塗布でき、水分、塩分、ほこり、薬品から保護します。コネクタ、テストポイントなど、コーティングしてはならない部分はマスキングするか避けます。コーティングは基板表面を覆うため、検査や後のリワークが難しくなります。当工場では、装置で選択的にコーティングを塗布します。
9. プログラミングとテスト
マイクロコントローラとメモリへのファームウェア書き込みは、実装前、またははんだ付け後にプログラミングコネクタやテストパッドを介して基板上で行います。機能テストで基板の動作を確認します。検査とテスト を参照してください。
設計で考慮すること
- 小型の2端子部品では、パッド寸法を等しくし、銅配線を対称にして均一に加熱されるようにします。
- 基板上と面付けパネル上に基準マークを配置します。面付けと小型基板 を参照してください。
- ノズル、検査、リワークのために部品周囲にスペースを確保します。
- 極性と1番ピンのマークを明確にします。
- リフローに適した部品を選択します。すべての部品が炉に耐えるわけではなく、一部の部品（一部のコネクタ、特定の種類の電解コンデンサ、電池）は後付けが必要です。
こちらで注文する場合
自社工場には、自動はんだペースト印刷、10ゾーンリフロー炉、高速実装、鉛フリーのデュアルウェーブはんだ付け、手作業リワークステーション、選択的コンフォーマルコーティングがあります。サイトで利用できる実装オプションとその制限は、製造能力のページ に記載しています。エンジニアがすべての注文を確認し、リフローを通せない部品や、ツームストーンを招きやすいフットプリントについて確認する場合があります。アップロード時の25件のチェックは基板ファイルを確認するもので、これらの工程上の不具合について実装を審査するものではありません。