土曜日、4月02 2011 18:44

プリント回路基板およびコンピュータ アセンブリ

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印刷された配線板

プリント配線基板 (PWB) は、プリント回路基板のさまざまな電子部品をまとめて保持する相互接続の電気的フレームワークおよび物理構造です。 PWB の主なカテゴリは、片面、両面、多層、フレキシブルです。 ますます高密度化と小型化が進む基板の複雑さと間隔の要件により、基板の両面を下層の回路で覆う必要がありました。 片面ボードは、初期の電卓や単純な民生用電子機器の要件を満たしていましたが、ポータブル ノートブック コンピューター、携帯情報端末、およびパーソナル ミュージック システムでは、両面および多層 PWB が必要になりました。 PWB のパターニングの処理は、本質的に、プリント配線板にエッチングまたは堆積される電気「配線」として機能する誘電体基板上の材料の層を選択的に堆積および除去することを含むフォトリソグラフィ プロセスです。

多層基板には、積層され結合された回路を備えた 1995 つ以上の誘電体材料が含まれています。 電気的接続は、一方の側から他方の側へ、そして内層回路へと確立され、続いて銅でメッキされるドリル穴によって確立されます。 最も一般的に使用される誘電体基板はガラス繊維シート (エポキシ/ガラス繊維ラミネート) です。 他の材料は、ガラス (ポリイミド、テフロン、またはトリアジン樹脂) とフェノール樹脂で覆われた紙です。 米国では、積層板は消火特性に基づいて分類されています。 穴あけ、穴あけ、機械加工の特性; 吸湿特性; 耐薬品性および耐熱性; および機械的強度 (Sober 4)。 FR-XNUMX (エポキシ樹脂とガラスクロス基板) は、ハイテク用途に広く使用されています。

実際のPWBプロセスには、多くの工程と多種多様な化学薬品が含まれます。 表 1 は、典型的な多層プロセスと、このプロセスに関連する EHS の問題を示しています。 片面基板と両面基板の主な違いは、片面基板では片面のみ銅で覆われた原材料から始まり、無電解銅めっきのステップが省略されていることです。 標準の両面ボードには、むき出しの銅の上にはんだマスクがあり、穴を通してメッキされています。 ボードには、金でコーティングされた接点とコンポーネントの凡例があります。 PWB の大部分は多層基板であり、内部層が製造され、ラミネート パッケージ内に挟まれ、その後、XNUMX 層基板とほぼ同じように処理された両面基板です。

表 1. PWB プロセス: 環境、健康、および安全性の問題

主要なプロセス ステップ

健康と安全の問題

環境問題

材料の準備

特定のラミネート、エントリー マテリアル、およびバックアップ ボードをプレカット サイズで購入する
コンピュータ支援処理レイアウト

コンピューター支援設計 — VDU と人間工学の危険性

なし

積み重ねて固定

銅張りのパネルは、エントリー材とバックアップボードで積み重ねられています。 開けた穴と
ダボで固定。

掘削中の騒音; 銅、鉛、金、エポキシ/グラスファイバーを含む掘削微粒子

廃棄粒子(銅、鉛、金、
エポキシ/グラスファイバー) - リサイクルまたは再利用

訓練

数値制御(N/C)ボール盤

掘削中の騒音; 銅、鉛、金、エポキシ/グラスファイバーを含む掘削微粒子

廃棄粒子(銅、鉛、金、
エポキシ/グラスファイバー) - リサイクルまたは再利用

Deburr

ドリル加工されたパネルは、ブラシまたは研磨ホイールを通過します

バリ取り時の騒音; 銅、鉛、金、エポキシ/ガラス繊維を含む微粒子

廃棄粒子(銅、鉛、金、
エポキシ/グラスファイバー) - リサイクルまたは再利用

無電解銅めっき

スルーホールへの薄い銅層の追加
(多段階プロセス)

クリーナー、コンディショナー、エッチング剤、触媒への吸入および皮膚曝露—H2SO4、H2O2、グリコールエーテル、KMnO4、NH4HF2、パラジウム、SnCl2、CuSO4、ホルムアルデヒド、NaOH

排水 - 酸、銅、腐食剤、
フッ化物; 大気排出物 - 酸性ガス、
ホルムアルデヒド

イメージング

ドライ フィルム レジスト - UV 感光性フォトポリマー
スクリーン印刷されたレジスト - 感光性乳剤
液状レジスト - 感光性液状レジスト

レジストへの吸入および皮膚暴露; 開発者; と
ストリッパー - 溶剤を含むゴムベースのレジスト。 ナ3PO4 とK2CO3; 塩化第二銅 (Cl2 ガス)、モノエタノールアミン (MEA)

大気への排出 — 溶剤 (VOC)、酸性ガス、
MEA; 廃棄物 - 液体

パターンめっき

クリーニング
銅めっき
スズまたはスズ/鉛メッキ
ラックストリッピング

洗浄による吸入および皮膚の危険; 銅メッキまたはスズ/スズおよび鉛メッキおよびラックストリッピング—H3PO4、H2SO4; NS2SO4 と CuSO4; フッ化ホウ酸および Sn/Pb; 濃縮HNO3

大気への排出 - 酸性ガス。 水
排水 - 酸、フッ化物、金属 (銅、
鉛とスズ)

剥がして、エッチングして、剥がして

レジストストリップ
アルカリエッチング
銅条

レジストストリップからの吸入および皮膚の危険; アルカリ エッチングまたは銅ストリップ - モノエタノール アミン (MEA)。 NH4おー; NH4Cl/NH4オハイオ州またはNH4HF2

大気排出物 - MEA、アンモニア、フッ化物。
排水 - アンモニア、フッ化物、金属
(銅、鉛、スズ)、レジストコンパウンド

戦士の表情

エポキシインキ - スクリーン印刷
ドライフィルム - PWBにラミネート
液状のフォトイメージング可能なエポキシインク

前洗浄による吸入および皮膚の危険性; エポキシインクと溶剤キャリア; 開発者—H2SO4; エピクロルヒドリン + ビスフェノール A、グリコール エーテル (PGMEA ベース); ガンマブチロラクトン。 

硬化プロセスからの紫外線

排気ガス - 酸性ガス、グリコール エーテル
(VOC); 廃棄物 - 溶剤、エポキシインク

はんだコーティング

はんだレベリング

フラックス、分解生成物、および鉛/スズのはんだ残留物による吸入および皮膚の危険性 - 希釈グリコールエーテル + <1% HCl および <1% HBr; アルデヒド、HCl、CO; 鉛と錫

大気への排出 - グリコールエーテル (VOC)、酸性ガス、アルデヒド、CO; 廃棄物 - 鉛/スズはんだ、フラックス

金・ニッケルメッキ

 

酸、金属などによる吸入および皮膚への危険性
シアン化物 - H2SO4、HNO3、NiSO4、シアン化金カリウム

大気への排出 - 酸性ガス、シアン化物。 水
排出物 - 酸、シアン化物、金属;
廃棄物 - シアン化物、金属

コンポーネントの凡例

スクリーンプリント
オーブンキュア

エポキシベースのインクおよび溶剤キャリアによる吸入および皮膚の危険性 - グリコールエーテルベースの溶剤、エピクロルヒドリン + ビスフェノール A

大気排出 — グリコールエーテル (VOC) 廃棄物 — インクと溶剤 (少量)

Cl2 = 塩素ガス; CO = 一酸化炭素; CuSO4 = 硫酸銅; H2O2 = 過酸化水素;H2SO4 = 硫酸; H3PO4 =リン酸; HBR = 臭化水素酸; HCl = 塩酸; HNO3 = 硝酸; K2CO3 = 炭酸カリウム; KMNO4 = 過マンガン酸カリウム; NA3PO4 =リン酸ナトリウム; NH4Cl = 塩化アンモニウム; NH4OH = 水酸化アンモニウム; NiSO4 = 硫酸ニッケル; Pb = 鉛; Sn = スズ; SnCl2 = 塩化第一スズ; UV = 紫外線; VOC = 揮発性有機化合物。

 

プリント基板アセンブリ

プリント回路基板 (PCB) の組み立てでは、鉛/スズはんだ (ウェーブはんだマシンで、またはペーストとして塗布してから低温炉でリフロー) またはエポキシ樹脂 (低温炉で硬化)。 基盤となる PWB (片面、両面、多層またはフレキシブル) によって、取り付け可能なコンポーネントの密度が決まります。 数多くのプロセスと信頼性の問題が、使用される PCB アセンブリ プロセスの選択の基礎となります。 主な技術的プロセスは、全面実装技術 (SMT)、混合技術 (SMT とメッキ スルー ホール (PTH) の両方を含む)、および下面取り付けです。

通常、最新の電子機器/コンピューターの組み立て施設では、一部のコンポーネントが表面実装され、他のコネクタ/コンポーネントがスルーホール技術またははんだリフローを使用してはんだ付けされる混合技術が利用されています。 「典型的な」混合技術プロセスについて以下に説明します。このプロセスでは、接着剤による取り付け、ウェーブはんだ付け、およびリフローはんだ付けを含む表面実装プロセスが利用されます。 混合技術を使用すると、両面基板の上面で表面実装部品 (SMC) をリフローし、下面で SMC をウェーブはんだ付けできる場合があります。 このようなプロセスは、現在の電子機器製造の標準である、表面実装技術とスルーホール技術を単一の基板に混在させる必要がある場合に特に役立ちます。 最初のステップは、はんだリフロー プロセスを使用して、基板の上面に SMC を取り付けることです。 次に、スルーホール部品を挿入します。 次に、ボードを裏返して、下側の SMC をボードに接着剤で取り付けます。 スルーホール コンポーネントと下側の SMC の両方のウェーブはんだ付けは、最終ステップです。

主な技術混合技術プロセスのステップは次のとおりです。

  • 前後のクリーニング
  • はんだペーストと接着剤の塗布 (スクリーン印刷と配置 (SMT と PTH))
  • コンポーネントの挿入
  • 接着剤硬化およびはんだリフロー
  • フラクシング (PTH)
  • ウェーブはんだ付け (PTH)
  • 検査とタッチアップ
  • テスト
  • 手直しと修理
  • オペレーションのサポート—ステンシル クリーニング。

 

各プロセスステップの重要な環境、健康、安全への影響の簡単な説明を以下に示します。

洗浄前と洗浄後

市販の PWB は通常、PWB サプライヤから購入され、すべての表面汚染物質を除去するために脱イオン (DI) 水溶液で事前に洗浄されています。 成層圏のオゾン層の破壊に関する懸念が生じる前は、クロロフルオロカーボン (CFC) などのオゾン層破壊物質が、電子機器メーカーによって最終洗浄または事前洗浄として使用されていました。 PCB アセンブリ プロセスの最後に、クロロフルオロカーボンの「蒸気脱脂」操作を使用して、フラックス/ウェーブはんだ付け操作から残留物を除去するのが一般的でした。 ここでも、オゾンの枯渇と CFC の製造に対する厳しい規制管理が懸念されるため、プロセスの変更が行われ、完全な PWB アセンブリが洗浄をバイパスするか、または DI 水洗浄のみを使用できるようになりました。

はんだペーストと接着剤の塗布(ステンシル印刷と配置)および部品の挿入

鉛/スズはんだペーストを PWB 表面に塗布すると、表面実装コンポーネントを PWB に取り付けることができ、SMT プロセスの鍵となります。 はんだ材料は、電気伝導と熱伝導の機械的結合として機能し、表面保護と強化されたはんだ付け性のためのコーティングとして機能します。 はんだペーストは、約 70 ~ 90% の不揮発性物質で構成されています (重量あたりの重量または体積あたりの重量ベース)。

  • 鉛/錫はんだ
  • 変性樹脂(ロジン酸または弱活性ロジン)のブレンド
  • 活性化剤(「無洗浄」製品の場合、アミンハロゲン化水素酸塩と酸の混合物、またはカルボン酸のみ)。

 

溶剤 (揮発性物質) は、製品の残りの部分を構成します (通常、独自のブレンドであるアルコールとグリコール エーテルの混合物)。

はんだペーストはステンシルを介して印刷されます。ステンシルは、PWB 表面に追加される表面デザインの正確なパターンです。 はんだペーストは、ステンシルをゆっくりと横切るスキージによって、ステンシルの開口部から PWB 上のパッド サイトに押し出されます。 次に、ステンシルを持ち上げて、ボード上の適切なパッドにペーストの堆積物を残します。 その後、コンポーネントが PWB に挿入されます。 主な EHS の危険は、はんだペーストをステンシル表面に塗布し、スクイージーを洗浄し、ステンシルを洗浄するオペレーターのハウスキーピングと個人衛生に関連しています。 はんだ中の鉛の濃度と、乾燥したはんだペーストが皮膚や機器/施設の作業面に付着する傾向があるため、保護手袋の使用、作業面の適切な清掃、汚染された清掃材料の安全な廃棄 (および環境への取り扱い)およびオペレーターによる厳格な個人衛生(例:飲食または化粧品を塗る前の石鹸による手洗い)。 空気中の暴露レベルは通常、鉛の検出限界を下回っており、適切なハウスキーピング/個人衛生が使用されている場合、血中鉛の測定値はバックグラウンド レベルです。

接着剤の塗布では、少量のエポキシ樹脂 (通常はビスフェノール A とエピクロルヒドリンの混合物) を PWB 表面に自動塗布し、部品を「ピック アンド プレース」して、エポキシ樹脂を通して PWB に挿入します。 EHS の危険は、主に「ピック アンド プレース」ユニットの機械的安全上の危険に関連しています。これは、自動化された機械的アセンブリ、ユニットの背面にあるコンポーネント シャトル、および適切なガード、ライト カーテン、およびハードウェア インターロックがなければ重傷を負う可能性があるためです。現在。

接着剤硬化およびはんだリフロー

ステンシル印刷または接着剤塗布によって取り付けられたコンポーネントは、固定高さの機械式コンベアでインライン リフロー炉に運ばれ、約 200 ~ 400 °C ではんだペーストをリフローすることによってはんだを「開始」します。 エポキシ接着剤で取り付けられたコンポーネントも、はんだリフローのダウンラインである炉を通過し、通常は 130 ~ 160 で実行されます。oC. はんだペーストとエポキシ樹脂の溶剤成分は炉プロセス中に追い出されますが、鉛/スズ成分は揮発しません。 リフロー炉の排気ダクトにはクモの巣状の残留物が溜まりますが、これを防止するために金属メッシュフィルターを使用することができます。 PWB がコンベア システムに引っかかることがあり、炉内で過熱して不快な臭いが発生することがあります。

フラクシング

PWB 表面とコンポーネント リードで信頼性の高いはんだ接合を形成するには、両方が酸化していない必要があり、はんだ付けで使用される高温でも酸化しない必要があります。 また、溶融はんだ合金は、接合される金属の表面を濡らさなければなりません。 これは、はんだフラックスが接合される表面と反応して金属酸化物を除去し、洗浄された表面の再酸化を防ぐ必要があることを意味します。 また、残留物が非腐食性であるか、簡単に除去できる必要があります。 電子機器をはんだ付けするためのフラックスは、一般にロジンベースのフラックス、有機または水溶性のフラックス、および溶剤除去可能な合成フラックスとして知られる XNUMX つの大きなカテゴリに分類されます。 新しい低固形分「無洗浄」フラックスまたは不揮発性有機化合物 (NVOC) フラックスは、中間のカテゴリに分類されます。

ロジン系フラックス

ロジンベースのフラックスは、エレクトロニクス業界で最も一般的に使用されているフラックスです。 スプレーフラックス or フォームフラックス. フラクサーは、ウェーブはんだ付け装置の内部に含まれるか、ユニットへのインフィードに配置されたスタンドアロンユニットとして含まれます。 ベースとして、ロジンベースのフラックスは天然のロジンまたはコロフォニーを持っています。これは松の木のオレオレジンとキャナル樹脂からテレビン油が蒸留された後に得られる半透明の琥珀色のロジンです。 樹脂は集められ、加熱され、蒸留され、固体粒子が除去され、精製された形の天然物が得られます。 単一の融点を持つ均質な材料です。

コロホニーは、ほとんどがアビエチン酸 (非水溶性の有機酸) である約 90% の樹脂酸と、スチルベン誘導体やさまざまな炭化水素などの中性物質が 10% の混合物です。 図 1 は、アビエチン酸とピマル酸の化学構造を示しています。

図 1. アビエチン酸とピマル酸

MIC050F4

活性成分はアビエチン酸で、はんだ付け温度では化学的に活性で、PWB 表面の酸化銅を攻撃し、銅アビエットを形成します。 ロジンベースのフラックスには、溶剤またはビヒクル、ロジン、および活性剤の XNUMX つのコンポーネントがあります。 溶剤は単にフラックスの媒体として機能します。 効果を発揮させるには、ロジンをボードに液体の状態で塗布する必要があります。 これは、ロジンと活性化剤を溶媒系、通常はイソプロピル アルコール (IPA) またはアルコールの多成分混合物 (IPA、メタノール、またはエタノール) に溶解することによって達成されます。 次に、フラックスは、空気または窒素を加えて PCB の底面に発泡させるか、溶媒含有量の多い「低固形分」混合物に吹き付けます。 これらの溶剤成分は蒸発速度が異なるため、構成フラックス組成を維持するためにシンナーをフラックス混合物に追加する必要があります。 ロジンベースのフラックスの主なカテゴリーは次のとおりです。 (RMA) は、使用されている典型的なフラックスであり、マイルドな活性剤が追加されています。 ロジンアクティブ (RA)、より積極的なアクティベーターが追加されました。

すべてのロジンベースのフラックスの主な EHS 危険性は、アルコール溶剤ベースです。 安全上の問題は、保管と使用における可燃性、有害廃棄物としての分類と取り扱い、VOC を除去するために必要な排気と処理システム、および吸入と皮膚 (皮膚) 暴露に関連する産業衛生の問題に関連しています。 これらの各項目には、異なる管理戦略、従業員の教育と訓練、および許可/規制順守が必要です (電子、電気通信およびビジネス機器産業協会 1991)。

ウェーブはんだ付けプロセス中、フラックスは 183 ~ 399°C に加熱されます。 生成される空中製品には以下が含まれます 脂肪族アルデヒド、ホルムアルデヒドなど。 多くのフラックスには 有機アミン塩酸塩活性化剤、 はんだ付けされる領域をきれいにし、加熱すると塩酸を放出します。 他の気体成分には、ベンゼン、トルエン、スチレン、フェノール、クロロフェノール、およびイソプロピルアルコールが含まれます。 加熱されたフラックスの気体成分に加えて、サイズが 0.01 ミクロンから 1.0 ミクロンのかなりの量の粒子が生成されます。 コロニーの煙. これらの粒子状物質は呼吸器への刺激物であり、敏感な個人の呼吸器感作物質でもあることがわかっています (Hausen、Krohn、および Budianto 1990)。 英国では、空中曝露基準により、コロホニーの煙レベルを達成可能な最低レベルに制御することが求められています (Health and Safety Commission 1992)。 さらに、米国政府産業衛生士会議 (ACGIH) は、ロジン コアはんだの熱分解生成物に対して 0.1 mg/m という別個の限界値を設定しました。3、ホルムアルデヒドとして測定 (ACGIH 1994)。 Lead Industries Association, Inc. は、ロジン コアはんだ付けの典型的な分解生成物として、アセトン、メチル アルコール、脂肪族アルデヒド (ホルムアルデヒドとして測定)、二酸化炭素、一酸化炭素、メタン、エタン、アビエチン酸、および関連するジテルペン酸を特定しています (Lead Industries Association 1990 )。

有機フラックス

中間フラックスまたは水溶性フラックスと呼ばれることもある有機フラックスは、ロジンベースのフラックスよりも活性が高く、金属加工産業で使用される酸フラックスよりも腐食性が低い複合材料です。 このクラスのフラックスの一般的な活性化合物は、次の XNUMX つのグループに分類されます。

  • 酸(例、ステアリン酸、グルタミン酸、乳酸、クエン酸)
  • ハロゲン(例、塩酸塩、臭化物、ヒドラジン)
  • アミドおよびアミン(例、尿素、トリエタノールアミン)。

 

これらの材料と、はんだの表面張力の低下を助ける界面活性剤などの配合の他の部分は、ポリエチレングリコール、有機溶媒、水、または通常これらのいくつかの混合物に溶解されます。 有機フラックスは腐食性と見なす必要がありますが、お湯だけで簡単に洗い流すことができます。

合成活性化 (AS) フラックス

ロジンベースのフラックスが溶剤に溶解した固体材料であるのに対し、AS フラックスは通常、完全に液体の配合 (溶剤 + フラックス) です。 ソルベント キャリアはウェーブはんだ付けの予熱段階で追い出され、湿った油状の残留物が PWB 表面に残ります。これははんだ付けの直後に除去する必要があります。 AS フラックスの主な特徴は、通常はフルオロカーボン系の適切な溶剤を使用して除去できることです。 フルオロカーボン (Freon TF、Freon TMS など) などのオゾン層破壊物質の使用が制限されているため、これらの洗浄剤の使用が必要なため、このクラスのフラックスの使用が厳しく制限されています。

低固形分「無洗浄」または非 VOC フラックス

フルオロカーボン溶剤による腐食性または粘着性フラックス残留物のはんだ付け後の洗浄を排除する必要性から、新しい種類のフラックスが広く使用されるようになりました。 これらのフラックスは活性が RMA フラックスと類似しており、固形分は約 15% です。 固形分は粘度の尺度であり、溶剤に対するフラックスの比率に等しくなります。 固形分が少ないほど、溶媒の割合が高くなります。 固形分が多いほど、フラックスの活性が高くなり、はんだ付け後の洗浄工程が必要になる可能性が高くなります。 低固形分フラックス (LSF) はエレクトロニクス業界で一般的に使用されており、通常は後洗浄ステップを必要としません。 環境排気の観点から、LSF はウェーブはんだ付けされたボードのフルオロカーボン蒸気脱脂の必要性を排除しましたが、溶媒含有量が高いため、蒸発するアルコールベースの溶媒の量が増加し、VOC レベルが高くなりました。 VOC の大気放出レベルは、米国および世界中の多くの場所で厳しく管理されています。 この状況は、水ベース(溶剤ベースではなく)であるが、同様の活性剤とフラックス用ロジンを含む「無洗浄」フラックスの導入によって対処されました。 主な有効成分はジカルボン酸系(2~3%)で、 通常、グルタル酸、コハク酸、アジピン酸。 界面活性剤 および 腐食防止剤 (約1%)も含まれており、pH(酸性度)は3.0~3.5となります。 これらのフラックスは、溶剤ベースのフラックスの使用に関連する VOC の大気放出やその他の EHS の危険を実質的に排除します。 ロジンベースのフラックスに見られる分解生成物は依然として適用可能であり、穏やかな pH のため、フラックスを取り扱う機器は耐酸性である必要があります。 いくつかの事例証拠は、乾燥した弱酸性のジカルボン酸および腐食防止剤が、これらの化合物を使用するキャリア、カート、およびウェーブはんだ付け装置の内部表面に残留する可能性があるため、潜在的な皮膚または呼吸器の問題を指摘しています。 また、これらのフラックスの水成分は、溶融はんだポットに当たる前に十分に蒸発せず、高温のはんだが飛び散る可能性があります。

ウェーブはんだ付け

PWBの底面へのフラックスの追加は、ウェーブはんだ付けユニットの内部に配置されたフラクサー、またはウェーブはんだ付けユニットへの入口にある独立型ユニットのいずれかによって行うことができる。 図 2 は、フラクサーが内部に配置された標準的なウェーブはんだ付けユニットの概略図です。 どちらの構成も、フラックスを PWB に発泡またはスプレーするために使用されます。

図 2. ウェーブはんだユニットの回路図

MICO50F5

予熱

はんだ付けの前に、フラックスキャリアを蒸発させる必要があります。 これは、高温予熱器を使用して液体成分を追い出すことによって達成されます。 XNUMX つの基本的なタイプの予熱器が使用されています: 輻射式 (ホットロッド) と容積式 (熱風) です。 輻射ヒーターは米国では一般的であり、過剰なフラックスや溶剤が発火したり、予熱器の下で動かなくなった場合に PWB が分解したりする可能性があります。 ウェーブはんだ付けユニットのフラクサー / プリヒーター側には、これらの作業中に蒸発した溶剤 / フラックス材料を捕捉して排出するための局所排気装置が装備されています。

はんだ付け

はんだ合金 (通常、63% のスズと 37% の鉛) は、 はんだポット、 はんだを溶融状態に維持するために電気的に加熱されます。 ヒーターには、初期溶融を行うための強力なバルク ヒーターと、サーモスタットで温度を制御するための小規模な調整された熱供給が含まれます。

基板レベルのはんだ付けを成功させるには、はんだポットと再循環ポンプ システムの設計により、新鮮なはんだの一貫した「波」を継続的に提供する必要があります。 はんだ付けにより、純粋なはんだは、酸化された鉛/スズ化合物、金属不純物、およびフラックス分解生成物で汚染されます。 この ドロス ドロスは溶融はんだの表面に形成され、形成されるドロスが多いほど追加形成される傾向があります。 ドロスは、はんだ付けプロセスとはんだウェーブに有害です。 ポットに十分なフォームがあると、再循環ポンプに引き込まれ、インペラーの摩耗を引き起こす可能性があります。 ドロス除去にはウェーブはんだオペレーターが必要です 波は日常的に。 このプロセスでは、オペレーターが溶融はんだから固化したドロスをこし取り、残留物を回収/リサイクルのために収集します。 ドロス除去のプロセスでは、オペレーターがはんだポットに隣接する後部アクセス ドア (通常はガルフ ウィング構成) を物理的に開き、高温のドロスを手動ですくい取ります。 このプロセス中に、作業者の目、鼻、喉に強い刺激を与える目に見える放出物が鍋から放出されます。 オペレーターは、耐熱手袋、エプロン、安全メガネ、顔面シールド、および呼吸用保護具 (鉛/スズの微粒子、腐食性ガス (HCl)、および脂肪族アルデヒド (ホルムアルデヒド) 用) を着用する必要があります。 ウェーブはんだ付けユニットの内部から局所排気換気が提供されますが、オペレーターがホット ポットの両側に直接アクセスできるように、はんだポットはメイン キャビネットから機械的に引き出されます。 一旦引き出されると、キャビネットに取り付けられている局所排気ダクトは、解放された物質を除去するのに効果がなくなります。 主な健康上および安全上の危険は次のとおりです。高温のはんだによる熱傷、上記の物質への呼吸器への暴露、重いはんだインゴットおよびドロス ドラムの取り扱いによる背中の怪我、およびメンテナンス作業中の鉛/スズはんだ残留物/微粒子への暴露。

実際のはんだ付けプロセス中、アクセス ドアは閉じられ、ウェーブはんだ付けユニットの内部は、ウェーブのフラックス側とはんだポット側に設けられた局所排気換気により負圧になります。 この換気とはんだポットの動作温度 (通常は 302 ~ 316 °C、はんだの融点のすぐ上) により、鉛フュームの生成が最小限に抑えられます。 鉛/スズの微粒子への主な曝露は、ポット内のドロスの攪拌、回収容器への移送、およびはんだ残留物のクリーンアップから、ドロス除去および機器メンテナンス活動中に発生します。 微細な鉛/スズの微粒子は、脱ドロス作業中に形成され、作業室やウェーブはんだ作業者の呼吸ゾーンに放出される可能性があります。 これらの潜在的な鉛粒子への曝露を最小限に抑えるために、さまざまな工学的制御戦略が考案されています。これには、回収容器への局所排気換気装置の組み込み (図 3 を参照)、残留物をクリーンアップするための HEPA 真空の使用、および配置するための関節アームを備えた柔軟な排気ダクトが含まれます。ドロス除去中の鍋の換気。 はんだ残留物を掃くためのほうきやブラシの使用は禁止する必要があります。 厳格なハウスキーピングと個人の衛生慣行も必要です。 ウェーブはんだ装置のメンテナンス作業 (週、月、四半期、および年単位で行われる) では、ホット ポットのさまざまなコンポーネントが装置内で洗浄されるか、取り外して局所的に排気されたフードで洗浄されます。 これらのクリーニング操作には、はんだポンプとバッフルの物理的なこすり落としまたは機械的なクリーニング (電気ドリルとワイヤー ブラシ アタッチメントを使用) が含まれる場合があります。 機械的洗浄プロセス中に高レベルの鉛粒子が生成されるため、プロセスは局所的に排気されたエンクロージャーで実行する必要があります。

図 3. バキューム カバー付きドロス カート

MIC050F6

検査、タッチアップ、テスト

目視検査とタッチアップ機能はウェーブはんだ付け後に実施され、拡大レンズ/タスク ライトを使用して細かい検査と欠陥のタッチアップを行います。 タッチアップ機能には、 棒はんだ 手持ち式はんだごてとロジン コアはんだ、または少量の液体フラックスと鉛/スズ ワイヤはんだをブラッシングします。 スティックはんだ付けからの視覚的な煙には、フラックスからの分解生成物が含まれます。 はんだ接合部に付着しなかった少量の鉛/スズのはんだビーズは、ハウスキーピングおよび個人の衛生上の問題を引き起こす可能性があります。 オペレーターの呼吸ゾーンから離れた一般的な希釈換気用のワークステーションに隣接するファン、またははんだごての先端または作業に隣接する分解生成物を捕らえるより洗練された煙排出システムのいずれかを提供する必要があります。 煙はその後、微粒子用の HEPA フィルターと、脂肪族アルデヒドおよび塩酸ガス用の活性炭ガス吸着を組み込んだエア スクラバー排気システムに送られます。 これらのはんだ付け排気システムの有効性は、捕捉速度、煙発生点への近さ、および作業面でのクロス ドラフトの欠如に大きく依存します。 完成した PCB の電気的テストには、専用のテスト機器とソフトウェアが必要です。

手直しと修理

ボード テストの結果に基づいて、欠陥のあるボードは特定のコンポーネントの障害について評価され、交換されます。 このボードの再加工には、スティックはんだ付けが含まれる場合があります。 マイクロプロセッサなどの PCB 上の主要コンポーネントの交換が必要な場合は、 リワークはんだポット 欠陥のあるコンポーネントまたは接合部を収容するボードのその部分を小さなはんだポットに浸し、コンポーネントを取り外してから、新しい機能コンポーネントをボードに挿入するために使用されます。 コンポーネントが小さいか、より簡単に取り外せる場合、 エアバック はんだ接合部を熱風で加熱し、はんだをバキュームで除去する方式を採用。 リワーク ソルダー ポットは、液体はんだが基板にブラシをかけられ、はんだ接触が行われたときに形成されるフラックス分解生成物を捕捉するのに十分な排気速度を提供する、局所的に排気されるエンクロージャ内に収容されます。 このポットもドロスを形成し、ドロス除去装置と手順が必要です (はるかに小さい規模で)。 真空システムは筐体内に収容する必要はありませんが、除去された鉛/スズはんだは有害廃棄物として処理し、再生/リサイクルする必要があります。

サポート業務—版の洗浄

PCB アセンブリ プロセスの最初のステップでは、ステンシルを使用して、押し出される鉛/スズはんだペーストの接合位置のパターンを提供しました。 通常、ステンシルの開口部が詰まり始め、シフトごとに鉛/スズはんだペーストの残留物を除去する必要があります。 通常、スクリーン印刷機では、希釈アルコール混合物と使い捨てワイプで基板表面を拭くことにより、基板上の全体的な汚染を捕捉するために事前洗浄が行われます。 残った残留物を完全に除去するには、湿式洗浄プロセスが必要です。 大型食器洗い機に似たシステムでは、ステンシルからはんだペーストを化学的に除去するために、温水 (57°C) と希脂肪族アミン (モノエタノールアミン) の化学溶液が使用されます。 かなりの量の鉛/スズはんだがボードから洗い流され、洗浄チャンバーまたは排水中の溶液に堆積します。 この廃液は、ろ過または鉛の化学的除去と、腐食性の脂肪族アミンの pH 調整 (塩酸を使用) を必要とします。 新しいクローズド システムのステンシル クリーナーは、使用されるまで同じ洗浄液を使用します。 溶液を蒸留ユニットに移し、半液体残留物が形成されるまで揮発性物質を留去する。 この残留物は、鉛/スズで汚染された有害廃棄物として処理されます。

コンピュータの組み立て工程

最終的なPCBが組み立てられると、最終的なコンピュータ製品に組み込むためにシステムの組み立て作業に移されます。 この作業は通常、非常に労働集約的であり、組み立てられる構成部品は、機械化された組立ラインに沿ってステージング カート上の個々のワークステーションに供給されます。 主な健康と安全上の危険は、材料の移動とステージング (フォーク リフト、手動リフト)、組み立てプロセスの人間工学的影響 (動作範囲、コンポーネントを「セット」するために必要な挿入力、ネジとコネクタの取り付け)、および最終パッケージングに関連しています。 、シュリンク包装して発送します。 一般的なコンピューターの組み立てプロセスには、次のものが含まれます。

  • シャーシ/ケースの準備
  • PCB (マザーボードとドーター ボード) の挿入
  • 主要コンポーネント (フロッピー ドライブ、ハード ドライブ、電源装置、CD-ROM ドライブ) の挿入
  • ディスプレイ アセンブリ (ポータブルのみ)
  • マウスとキーボードの挿入 (ポータブルのみ)
  • ケーブル、コネクタ、スピーカー
  • トップカバーアッセンブリー
  • ソフトウェアのダウンロード
  • test
  • 再加工します
  • バッテリーの充電 (ポータブルのみ) とパッケージング
  • シュリンク包装して発送します。

 

組み立て工程で使用できる唯一の化学薬品は、コンピューターのケースまたはモニターの最終的なクリーニングです。 通常、イソプロピル アルコールと水の希薄溶液、または市販の洗浄剤の混合物 (たとえば、Simple Green - 希ブチル セロソルブと水の溶液) が使用されます。

 

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