■試作と量産では、貼り合わせの意味が違う
試作では、目的は「性能が出るか確認すること」である。
量産では、目的が変わる。
同じ位置に。
同じ圧力で。
同じ速度で。
同じ状態を。
何千個、何万個と繰り返す必要がある。
つまり量産では、一個の完成度よりも、再現性が重要になる。
■手貼りは非常に優秀な工程である
人は思っている以上に高度な補正をしている。
材料が少し斜めなら直す。
気泡が入れば押し出す。
端部が浮けば押さえる。
剥離しにくければ角度を変える。
つまり試作時の手貼りでは、作業者がその場で多くの異常を補正している。
一方、自動機は設定された動作を繰り返す。
そのため、部材側にばらつきがあると、そのばらつきがそのまま貼付品質へ出る。
■「人が貼れる」は量産条件ではない
試作担当者が10枚きれいに貼れた。
これは重要な確認である。
しかし、量産性を判断するには足りない。
例えば、
● 1時間に何枚貼れるか
● 1000枚連続で貼れるか
● 作業者が変わっても同じか
● 材料ロットが変わっても同じか
● 夏と冬でも同じか
まで考える必要がある。
つまり、貼れることと、工程として成立することは別である。
■位置ズレは熱性能へ直結する
例えばTIMが半導体パッケージより0.5mmずれたとする。
大型部品なら影響が小さい場合もある。
しかし小型の発熱部品では、0.5mmずれるだけで発熱面の一部を覆えなくなる可能性がある。
逆にTIMがはみ出せば、
● 周辺部品と干渉する
● 絶縁距離へ影響する
● 組立性が悪化する
こともある。
つまり位置ズレは、外観不良ではなく、熱性能と安全性の問題になる。
■貼付位置のばらつきは、どこから来るのか
原因は一つではない。
● 部材外形公差
● キャリア上の配置精度
● 剥離時の変形
● 吸着時の姿勢
● カメラ認識誤差
● 貼付ヘッドの位置精度
● 対象ワーク側の位置ばらつき
などが積み重なる。
つまり最終的な貼付精度は、加工精度だけでは決まらない。
部材・設備・認識・ワークの公差が積み重なって決まる。
■柔らかい材料ほど位置が安定しにくい
TIMや発泡材は、柔らかいことがある。
柔らかい材料は、段差へ追従しやすい。
しかし搬送時には、
伸びる。
たわむ。
変形する。
吸着面に沿って形が変わる。
といった問題が起きる。
つまり、熱性能上の柔軟性が、量産工程では扱いにくさになることがある。
■薄い材料ほど扱いが難しくなる
薄膜TIM。
絶縁フィルム。
グラファイト。
これらを薄くすれば、
● 熱抵抗低減
● 軽量化
● 省スペース
に有利になる。
しかし薄くなるほど、
● シワ
● 折れ
● 静電気
● 反り
● 破れ
が起きやすくなる。
つまり、製品性能のための薄膜化が、量産難易度を上げる。
■気泡は貼り方によって発生する
大面積のシートを一気に貼ると、空気を閉じ込めることがある。
特に中央部に空気が残ると、後から抜けにくい。
そのため量産では、
端から順に貼る。
ローラーで圧着する。
貼付角度をつける。
といった工夫が必要になる。
つまり気泡対策は、材料だけではなく、貼付動作の設計でもある。
■貼る速度でも気泡は変わる
試作ではゆっくり貼る。
量産ではタクトを短くしたい。
そのため貼付速度を上げる。
すると空気が抜ける前に材料が接着し、気泡が残る場合がある。
つまり、
試作時には問題なし。
量産速度では気泡発生。
ということが起こる。
■量産では「速さ」が新しい条件になる
試作と量産の最大の違いの一つが、タクトである。
量産では、
速く剥がす。
速く搬送する。
速く貼る。
速く圧着する。
必要がある。
すると、
● 材料の粘弾性
● 剥離力
● 変形
● 接着挙動
も変わる。
つまり量産では、時間そのものが材料条件になる。
■圧着条件が変われば接触状態も変わる
TIMや粘着部材は、圧着時の圧力によって接触状態が変わる。
しかし量産設備では、
● ローラー圧着
● プレス圧着
● ヘッド圧着
など方式が違う。
また、
圧力。
時間。
速度。
も変わる。
試作時に指で丁寧に押した状態と、自動機で0.5秒圧着した状態が同じとは限らない。
つまり、貼付条件は熱性能条件でもある。
■圧力が均一とは限らない
大面積部材をローラーで貼る場合、一見均一に圧着できているように見える。
しかし、
ローラー硬度。
ワークの反り。
段差。
速度。
によって圧力分布が変わる。
一部だけ強く圧縮。
別の部分は接触不足。
という状態もあり得る。
その結果、同じ材料でも場所によって熱抵抗が変わる。
■材料の伸びが位置ズレを生む
フィルム材料や薄い粘着材は、張力によって伸びることがある。
例えばリール・ツー・リール加工では、材料を一定張力で搬送する。
加工中は寸法が合っている。
しかし張力を解放すると縮む。
すると完成品寸法が変わる可能性がある。
つまり、加工機上の寸法と、使用時の寸法は必ずしも同じではない。
■長尺加工では累積ズレも起こる
一個目は合っている。
100個目も合っている。
しかし1000個目になると、ピッチが少しずれている。
これは、
● 材料伸び
● 張力変動
● 搬送誤差
● 温度変化
などによって起こることがある。
小さなピッチ誤差でも、長尺では累積する。
そのため量産では、一個の寸法精度だけでなく、連続加工での安定性が重要になる。
■温度と湿度も貼り合わせへ影響する
粘着材やフィルムは、温度や湿度によって性質が変わる場合がある。
夏は柔らかい。
冬は硬い。
湿度が高いと材料寸法が変わる。
剥離力も変化する。
試作室では安定していたのに、量産工場では季節によって貼付性が変わるということも起こり得る。
つまり量産では、環境条件も工程条件の一部である。
■剥離ライナーも重要な部品である
熱対策部材本体に注目しやすい。
しかし量産では、剥離ライナーも非常に重要である。
自動機では、ライナーから部材を安定して剥がす必要がある。
剥離力が強すぎる。
部材がライナー側へ残る。
逆に弱すぎる。
搬送途中で部材が動く。
つまりライナーは、製品には残らなくても、量産性を左右する工程材料である。
■剥離角度によって部材の変形も変わる
薄い部材をライナーから剥がすとき、剥離角度が小さいか大きいかで、材料にかかる力が変わる。
特に、
● グラファイト
● 薄膜TIM
● 細長い部材
では、剥離時に曲がったり伸びたりする可能性がある。
つまり自動貼付では、材料形状だけでなく、どう剥がすかまで設計対象になる。
■吸着できない材料もある
自動機では、真空吸着で部材を持ち上げることが多い。
しかし材料によっては、
● 多孔質
● 柔らかい
● 非常に薄い
● 表面が粗い
ため、安定して吸着できないことがある。
すると、
部材が落ちる。
位置がずれる。
変形する。
という問題が起こる。
つまり、自動化では「貼れるか」だけでなく、持てるかも重要になる。
■吸着できても、変形すれば意味がない
薄いグラファイトを吸着した。
しかし吸着穴部分だけ局所的に引っ張られ、部材が反った。
その状態で貼れば、気泡や位置ズレにつながる。
つまり自動化では、
搬送中の形状安定性
まで考える必要がある。
■部材形状が自動化しにくいこともある
熱性能だけを考えて、細長い形状にした。
複雑な切り欠きを入れた。
非常に細いブリッジ部を作った。
すると、自動剥離時に切れる。
吸着すると変形する。
位置認識が難しい。
という問題が起こる。
つまり、熱的に最適な形状と、量産的に最適な形状が一致するとは限らない。
■設計段階で設備条件を見る必要がある
量産後になって、
「この形状は自動機で扱えません」
となると、設計変更が必要になる。
そのため可能であれば、試作段階から、
● 吸着方法
● 貼付方向
● 部材ピッチ
● キャリア幅
● 認識方法
● 圧着方法
を確認する方がよい。
つまり量産では、部品設計と設備設計を同時に進めることが重要になる。
■位置認識できなければ自動化できない
透明フィルム。
黒いグラファイト。
光沢の強い金属箔。
こうした材料は、画像認識が難しい場合がある。
輪郭が見えにくい。
反射する。
背景と同化する。
すると、設備が正確な位置を認識できない。
そのため、
● 認識穴
● 切り欠き
● 非対称形状
● マーク
などを追加することがある。
つまり、設備が見つけやすい形にすることも部材設計である。
■左右対称形状は誤組立を起こすことがある
一見左右対称に見える部材。
しかし実際には表裏や方向がある。
自動機や作業者が逆向きに貼っても、外観では気づきにくい。
そのため、
● 一か所だけ切り欠きを変える
● 非対称穴を設ける
● タブ位置を変える
などによって、誤組立を防ぐことができる。
つまり形状設計は、ポカヨケにもなる。
■前編のまとめ：量産では、人ではなく工程が良い状態を作り続ける
試作では、人が補正している。
斜めなら直す。気泡があれば押し出す。剥がれなければ角度を変える。
しかし自動機は、設定された動作を繰り返すだけである。
部材側のばらつきは、そのまま貼付品質へ出る。
位置ズレは0.5mmでも発熱面を覆えなくなる。
貼付速度を上げれば、空気が抜ける前に接着する。
圧着方式が変われば、接触状態も変わる。
柔らかい材料ほど搬送で変形し、薄い材料ほどシワと静電気に弱い。
さらに、剥離できない。吸着できない。認識できない。
熱的に最適な形状が、量産的に最適とは限らない。
つまり、
貼れることと、工程として成立することは別である。
後編では、その解決側を見ていく。
部材の一体化。リール供給。工程能力の管理。
そして、実際に起きた失敗事例と、加工会社として何ができるのか。
コラム監修：角本 康司 (オーティス株式会社)
語学留学や商社での企画開発を経て2011年にオーティス株式会社入社。経営企画部を中心に製造・技術部門も兼任し、2018年より代表取締役として事業成長と組織強化に努めている。
※本記事は教育・啓発を目的とした一般的な技術解説であり、特定企業・製品・技術を示すものではありません
