御社のはんだ接合検査装置、SJIについて教えて下さい

SJIはSolder
Joint-Inspectionの略で、はんだ接合検査のことを指し、当社は30年以上前から自動化に取り組んでいます。自動車の車載部品やデジタル家電、産業機器など高品質系から高生産性のものまで幅広く採用され、多品種少量生産から少品種大量生産まで、日本はもちろん、欧米、アジア各国など実装ラインがある世界中の工場で稼働しています。

特に近年はその重要性が高まっており、例えば自動車は、ECUをはじめ、車載で使われる電子基板と電子部品が増加しています。当社ははんだ接合状態のセンシングがしっかりとできるように、検査原理とソフトウェアの改良と革新を重ねて作り込んできました。

どのようにIPCをSJIに取り入れていますか？

プリント基板への電子部品の実装は、ランドと呼ばれる電気接続をする部分に電子部品を載せ、はんだで接合して固定・通電させる形で行われます。オムロンのSJIの要件定義には、IPCの品質基準を採用しており、検査装置を通じてユーザーにIPCに則った検査環境を提供しています。

はんだの接合状態をセンシングする時に重要な要素は、3つあります。

1. ランドの位置、2. 部品電極の姿勢、3. はんだ形状（図1）。

なぜ数ある規格のなかからIPCを採用したのでしょうか？

IPCは実際にエレクトロニクスの製造や実装に携わる世界のユーザーが集まった業界団体であり、IECやJISの実装に関する標準は、もとを辿ればIPCが規格・提案したものが多い印象です。IPCは実装現場の実態に適した標準規格であり、世界で使われているものと理解しています。IPCの表現や条件を使うことで、IECやJISなど他の規格書の条件とも近くなるため、IPCを要件定義のベースとしています。海外の車載メーカーや国内でも自動車の品質セクター規格を導入されている顧客などからもIPC準拠の要求があったことも大きいです。

IPCとの出会いは1990年代前半。海外の顧客とはんだ付の品質許容基準について議論した時に話が出たのがはじめてです。業界標準として海外の多くの企業が品質基準として採用していることを知ってからは、IPCを参考にしてSJIの開発を行うようになりました。

IPCを実装する上で苦労した点を教えてください。

1987年に最初に製品化したSJIは、カラーハイライト技術を使ってはんだの角度情報を色で識別し、形状を推定して画像化する形で検査を行っていました。当時、そこにIPCを取り入れるには、多くの技術的な課題を解決しなければなりませんでした。例えば、IPCに記されている表現、基準に準拠した検査を実施するには、はんだ形状を3次元化して判定できなければなりません。

しかし当時のカラーハイライト技術では、①はんだの向き、法線の特定ができない、②角度情報を高さに換算して積分する際に誤差が累積し、最終的な角度に誤差が出てしまうという２つの課題があり、鏡面で自由曲面のはんだの形状を定量的に捉えることはできませんでした。

そのため、はんだの向き（法線）の特定に関しては、はんだ形状のシミュレータを作成し、さまざまな形状に対してカラーハイライト画像ではどう映るかをひたすらに解析しました。これを逆に辿り、カラーハイライト画像の映り方とはんだ形状の知見を集めてプログラム化することで、はんだの形状を3Dで復元する技術を開発しました。

ほかに苦労した点は？

電子部品の小型化と高密度実装によって、BGAをはじめとするBTC（下面電極部品）が多くなり、外観検査では見えない箇所ができてきました。そこには「3D-CT」の高速検査技術を開発し、CT検査ができる開発も進みました。いまではこれらの検査設備を組み合わせ、インライン非破壊全数フル3D-
SJIを実現できました。これは、自社で車載部品をはじめ、様々なエレクトロニクス製品を設計・製造し、生産ラインを持っているからこそできたと思います。

IPCを導入した効果はどう感じていますか？

品質基準にIPCを採用している企業、特に自動車向けで外資系顧客の仕事をしている企業には提案をしやすくなりました。またIPCを意識しているお客様とはコミュニケーションがスムーズになりました。いままで検査装置でやってきたSJIをIPCで客観的なデータとして示せるようになり、品質改善のためのコミュニケーションが円滑化するなどのよい効果が表れています。

また従来は、SJIを正しく実施するためには、国や業界、各企業の品質基準を参考にしながら、それを画像処理のパラメータ設定に置き換えるという人の勘やコツ、経験に依存するところが多く、画像処理に詳しい技術者やメーカー技術者の手助けが必要でした。それをIPCという国際標準をベースにすることで画像処理設定も標準化できました。品質許容基準における不良項目の表現についても、自社独自の表現、検査装置メーカー方言だったものを、IPCの表現を採用しました。

これまでは不良流出防止の技術者である検査専任者と、不良発生防止の専門家である実装技術者が品質問題を共有しにくい状態が続いていましたが、そこも解決することができました。

人と設備、設備と設備、人と人で理解しあえる共通の物差しはとても重要で、品質改善の自律的・継続的活動や、組織の意思決定スピードを加速させます。これにより品質経営の課題である、不良発生にともなう品質コスト、無駄と投資の最小化が可能になります。IPCを共通の物差しとしたのは良かったと思います。