ケーススタディ：PCB はんだクラックで徹夜を3回強いられた話

昨年の冬、Tier 1顧客から午前3時に、熱サイクル試験中のPCBクラック発生の連絡が入りました。写真には、はんだパッドに沿った明瞭な粒界破断が写っていました。D3の暫定処置（Containment）には、残業代と運送費で5万以上を要しました。D4では、6つのカテゴリーすべてにわたる特性要因図（フィッシュボーン）の作成に丸1日を費やしました。突破口となったのは「材料」の枝でした。積層板のTgは155度で、設計要件の170度に対して不足していたのです。熱サイクル下では、不十分なTgがエポキシの軟化を招き、応力を生じさせてクラックへと進展させていました。

最大の教訓は、D2の精度こそが8Dプロセスにおいて最もてこの効く活動であるという点です。当初の曖昧なD2では、D4に方向性を与えられませんでした。クラックの形態と環境条件を含めるよう改善した後、調査はレーザーのように焦点が定まりました。受入検査を更新し、すべての積層板ロットにDSC試験を義務付けたため、18か月間再発は起きていません。

この経験から学んだのは、D2の精度は任意ではなく、1週間の調査と1か月の調査を分けるものだということです。私は今、新任の品質エンジニア全員に、D4へ進む前に少なくとも1時間をかけてD2を書き、練り上げるよう指導しています。D2に投じた時間は、D4の効率として10倍になって返ってきます。すべての品質部門は、チームが先へ進むことを許される前に5W2Hデータの完全性を強制するD2テンプレートを持つべきです。

より広い教訓は、あらゆる品質調査に当てはまります。根本原因分析に投資する前に、問題記述に投資することです。よく書かれたD2は、8Dプロセス全体の羅針盤として機能します。問題記述の改善に費やす1時間は、数日分の調査を節約します。品質エンジニアリングチームは、チームがD4へ移る前に、クラック形態の記述や環境条件を含む5W2Hデータの完全性を強制する標準D2テンプレートを策定すべきです。

このケースから私が教えている基本原則は、優れたD2はD4のどの分析ツールよりも多くの調査時間を節約するということです。問題記述の改善に投じる1時間は、少なくとも10時間の調査時間の節約となって返ってきます。品質エンジニアリングチームは、測定の詳細や環境条件を含む5W2Hデータの完全性を強制する必須のD2テンプレートを策定すべきです。

完全なD2に実際に含まれるもの

D4に耐えうるD2は、5W2Hにあいまいさなく答え、しかも測定可能な形で答えます。このケースでは、改善後の記述はおおよそ次のとおりでした。部品面のはんだパッドに沿った粒界破断で、-40～125℃の熱サイクル300回後に観測され、前四半期に受入れた積層板ロットの基板で発生し、40サンプル中2サンプルの割合で、電気試験ではなく断面観察によって検出された。

この一文には、クラック形態、環境条件、数量、検出方法、母集団が含まれています。熱サイクルで基板にクラックが発生している、とだけ述べていた当初のD2と比較してください。最初の版では、フラックス、リフロー、取扱い、設計のいずれをも指しうるものでした。2番目の版は、積層板を指し示しています。

実用的なD2テンプレートは、次の項目を強制します。

• What（何が） — 物理的な観点での不具合。可能な限り写真と断面を添付する。
• Where（どこで） — 基板上の位置、層、パッド、部品リファレンス、および生産ラインまたはセル。
• When（いつ） — 初回発生、検出日、および影響ロットの生産期間。
• Who（誰が） — 顧客、社内ライン、シフト、および機械など作業者に依存しない要因。
• Which（どれが） — ロット番号、デートコード、サプライヤーバッチ、影響数量と検査数量の対比。
• How（どのように） — 検出方法と、不具合を顕在化させた試験条件。
• How many（どれだけ） — 分母を明示した不具合率。単なる件数だけでは不可。

実例：曖昧から測定可能へ

積層板の知見を取り上げ、数値を通して追ってみます。設計要件はTg 170度、被疑バッチはDSCで155度と測定されました。熱サイクルは-40～125℃で実施しました。40サンプルの断面観察で2か所の接合部クラックが認められ、300サイクル時点で5パーセントの不具合率でした。顧客の試験プロトコルは500サイクルまで実施するため、社内では見えなかった不具合が顧客ラインで発生したのです。

これらの数値がD2に記載されると、D4の探索空間は限定されました。1四半期に受入れた積層板ロット、1社のサプライヤー、1つのTg測定値です。特性要因図の作成には依然として1日を要しましたが、「材料」の枝は議論ではなく測定によって確認されました。数値がなければ、同じ特性要因図から十数個のもっともらしい枝が生まれ、優先順位を付ける手段がありませんでした。

D2を終える前のステップバイステップ・チェックリスト

1. 測定できない形容詞を含めず、問題記述を1段落で書く。
2. 少なくとも1枚の写真を添付し、破断や接合部の不具合では断面を1つ添付する。
3. 不具合率を分母と使用した検査方法とともに記載する。
4. 不具合が現れる環境条件と試験条件を記録する。
5. 影響ロット、デートコード、サプライヤーバッチ、および非影響の比較群を列挙する。
6. D3の暫定処置がD2で挙げたすべてのロットを網羅していることを確認する。
7. 調査に関与していない人に記述を読んでもらい、不具合を説明し返してもらう。
8. その後にはじめて、チームをD4へ進める。

D2におけるよくある失敗モードとその検出方法

• 症状の記述。 「基板が不良になっている」は不具合ではなく感覚を述べています。工場内のどの製品にも当てはまりうる文かどうかを問うことで検出します。
• 分母の欠落。 「2件の不具合」はサンプルサイズがなければ意味をなしません。率または比を探すことで検出します。
• 単一条件の記述。 D2がどの試験条件または現場条件で不具合が現れるかを述べていなければ、D4は誤った環境を追いかけることになります。
• 時期尚早な原因。 「サプライヤーが原因で」といった言葉はD2ではなくD4に属します。記述がメカニズムを断定しているかどうかを確認することで検出します。
• 検証されていない比較。 非影響群がなければ、チームは不具合側の何が異なるのかを判断できません。

D2が十分かを検証する方法

最も簡単なテストは羅針盤テストです。そのケースを見たことのないエンジニアにD2を渡し、特性要因図のどの2つの枝を最初に調査するかを尋ねます。その答えが自分の答えと一致すれば、記述は正確です。5つの枝を挙げるなら、まだ曖昧です。2つ目のテストは測定テストです。D2のすべての主張は、記録、写真、または試験報告書にたどれなければなりません。3つ目は暫定処置テストです。D2で挙げたすべてのロットがD3の暫定処置範囲に現れ、D3のすべてのロットがD2に現れなければなりません。

D2が隣接するDステップとどうつながるか

D2はD3から範囲を引き継ぎます。暫定処置が、D2が記述すべき母集団を定義し、暫定処置範囲外のロットを挙げたり、範囲内のロットを漏らしたりするD2は、引き継ぎの破綻を示します。D2はD4へ直接つながります。問題記述の測定可能な各項目が、検証または排除すべき枝になります。D2はD5とD6も制約します。是正処置は、問題を定義したのと同じ測定に対して検証可能でなければならないからです。D2が-40～125℃の300サイクルで不具合が現れると述べているなら、D6の検証はそれらの条件を再現しなければなりません。

調査の詳細

リフロー炉のプロファイルは6か月かけてドリフトしていました。基板中央のピーク温度は仕様より8度低い状態でした。これは発熱体の漸進的な劣化によるものでした。週次の温度チェックは炉の端部のみを測定しており、中央を見逃していました。測定位置は重要です。

是正処置

経年化した発熱体を交換し、熱電対を2か所から基板上5か所に増設し、毎日のプロファイル検証を導入しました。5,000台連続で不具合ゼロを検証しました。

要点

D4を始める前にD2へ投じる時間は、8Dプロセス全体で最もてこの効く単一の活動です。正確なD2は、調査を軌道に保つ羅針盤として機能します。問題記述の改善に投じる1時間は、少なくとも10時間の調査時間の節約となって返ってきます。品質チームは、チームが根本原因分析へ移る前に完全な5W2Hデータを強制する標準D2テンプレートを策定すべきです。私は今、この教訓を新任の品質エンジニア全員に教えています。根本原因分析に投資する前に、問題記述に投資することです。よく書かれたD2は、調査全体の羅針盤として機能します。問題記述の改善に費やす1時間は、数日分の調査を節約します。これが8Dプロセス全体で最もてこの効く投資です。