電子機器のプリント基板実装は、大きく「表面実装」と「挿入実装」の2種類に分かれます。挿入実装のうち代表的な手法が、この記事でご紹介する「DIP実装」です。今回は、DIP実装とは何か、SMT・SMDとはどう違うのか、そしてDIP実装にはどのようなメリット・デメリットがあるのかなどを解説します。

DIP実装とは

DIP実装とはDIP部品のリードをプリント基板のスルーホールに挿入し、はんだ付けして固定する実装方法です。部品に付いたリードを、基板にあらかじめ開けておいたスルーホールに通し、基板の裏側からはんだ付けして固定します。DIP実装の歴史は深く、1960年代から長年にわたって使われてきた、伝統的な実装技術のひとつです。

DIP実装は、部品と基板の接合強度が高いことが最大の特徴です。振動や衝撃を受けやすい環境でも、安定した接続を保てます。現在は機器の小型化・軽量化を受けて、よりコンパクトに設計できる表面実装が主流です。機械的強度が求められる部品や用途では、現在でもDIP実装が重要な役割を果たしています。

DIP部品が使われる主な場面

DIP部品は、主に機械的強度や信頼性が重視される場面で使われています。代表的な例としては、コネクタやリレー、大型電解コンデンサ、トランジスタ、電源関連部品などです。これらの部品は、振動や衝撃、熱ストレスがかかりやすい環境で多用されており、接合強度が高いDIP実装との相性が良好です。

また、試作品の開発や少量生産の場面でも、DIP部品が使われる場合があります。部品の交換や修理が比較的容易であり、なおかつ特殊な大型部品にも対応しやすいことが、その理由です。さらに、自動車や産業機器、医療機器といった高い信頼性が求められる場面でも、DIP実装が広く採用されています。

DIP実装とSMT・SMDとの違い

プリント基板の実装方法として、DIP実装のほかにSMT・SMDといった手法があります。これらの特徴は、DIP実装とは大きく異なるため、それぞれの違いを確認しておきましょう。

SMTは表面実装、DIPは挿入実装

SMT（Surface Mount Technology）は、基板の表面に部品を直接搭載して、はんだ付けする表面実装技術です。一方のDIP実装は、部品のリードを基板のスルーホールに挿入し、基板の裏側からはんだ付けを行います。特徴が大きく異なるため、工程や設備、部品の扱い方にも、それぞれ違いが生じます。

SMTはクリームはんだの印刷、部品搭載、リフローという流れが基本です。高速マウンターを活用した自動化が進んでおり、大量生産に向きます。DIP実装は、部品挿入後にはんだで接合するため、工程がやや複雑になりやすく、強度や信頼性を重視する場面で選ばれる傾向があることが特徴です。

SMD部品とDIP部品の形状の違い

SMD部品は、リードが短いかほとんどなく、チップ状や小型パッケージの形状です。基板表面に直接はんだ付けされているため、部品の専有面積が小さく、高密度で実装できます。一方のDIP部品は、2列に並んだ長いリードが特徴で、これを基板の穴に通して固定します。

形状の違いは、実装後の強度や修理性にも違いを生み出します。DIP部品は、リードが基板を貫通しているため、振動や衝撃に強く、部品の交換も容易です。一方のSMD部品は、小型・軽量性では上回りますが、はんだ接合部が小さいため、機械的な負荷が大きい用途では、DIP部品の方が適している場合があります。

DIP実装のメリット・デメリット

DIP実装には、SMTにはないメリットがある一方で、いくつかのデメリットも指摘されています。ここでは、DIP実装のメリットとデメリットを詳しく見てみましょう。

DIP実装のメリット

DIP実装のメリットは、主に次の4点です。

＜DIP実装のメリット＞

• 機械的強度が高い
• 修理や交換がしやすい
• 大型部品や高電力部品に対応しやすい
• 試作や少量生産で柔軟に対応できる

DIP実装のメリットは、部品と基板の接合強度が高い点です。振動、衝撃、熱ストレスなどに強く、自動車や産業機械といった過酷な環境で使われる製品に適しています。また、メンテナンス性が高いことや、少量生産にも柔軟に対応できることも、DIP実装ならではのメリットです。

DIP実装のデメリット

DIP実装のデメリットとして挙げられるのは、次の4つです。

＜DIP実装のデメリット＞

• 基板の小型化や高密度化が難しい
• 自動化しにくく、生産効率が低い場合がある
• 工程が多く、製造コストがかさみやすい
• 基板に穴を開ける必要があり、設計の自由度が制限される

部品のリードを挿入する穴が必要なため、基板の小型化や高密度化は困難です。部品挿入やはんだ付けの工程は、SMTと比べると自動化しにくく、大量生産時の効率は低下するでしょう。また、スルーホール加工や挿入工程が必要となるため、製造コストが高くなる場合があります。

SMTと組み合わせて使われるケースもある

近年の電子機器では、SMTとDIP実装を組み合わせる「混載実装」が行われるケースもあります。混載実装は、信頼性が高くストレス耐性も求められる製品を、できるだけコストを抑えて量産したい場合に使用されることが多いです。

混載実装は、SMTラインの後にDIP挿入工程とフローはんだ工程を追加するため、工程管理はやや複雑になりがちです。しかし、SMTとDIP実装のメリットを両取りできる手法として支持されています。

DIP実装の主な工程と方法

DIP実装の工程は、一般的な表面実装とは大きく異なります。主な工程を3つのフェーズに分けて見てみましょう。

部品の挿入

DIP実装の第一段階は、部品を基板のスルーホールに挿入することです。挿入方法は、手作業による手挿入と、自動挿入機を使う方法の2つに分かれます。品質管理では、極性や向きが正しいか、部品が基板面にしっかりと密着しているかなどを確認することが大切です。

フローはんだ・ポイントはんだ・手はんだによる接合

部品を挿入した後は、はんだ付けで接合します。主な方法は「フローはんだ」「ポイントはんだ」「手はんだ」の3つです。いずれの方法でも、適切な温度管理とフラックス管理が重要です。

リードカットと外観検査

はんだ付けを終えた後は、余計なリードをカットする工程を経て、外観検査を行います。リードカットは、基板の裏側に突き出たリードを適切なサイズにカットする作業で、自動機または手作業で行われます。

外観検査では、はんだの盛り上がり具合やブリッジの有無、はんだ付けができていない箇所のチェックなどを行います。不良が見つかった場合は、手直しや部品交換などの対応が必要です。

まとめ

DIP実装とは、DIP部品を基板のスルーホールに挿入して固定する、伝統的な実装方法です。SMTと比べて機械的強度が高く、修理もしやすいといったメリットがあります。DIP実装の工程は、部品挿入、はんだ付け、リードカット、外観検査という流れが基本です。