近年、エレクトロニクス製品の高機能化・小型化が進み、実装基板の構成もより複雑になっています。
その中で、表面実装部品（SMD）とスルーホール部品が混在するケースは珍しくありません。
しかし、従来のようにSMDをリフローではんだ付けし、ディスクリート部品は別途フローはんだ付けを行うという二段階の実装工程は、ライン構成や生産効率の面で課題となることがあります。
こうした課題の解決手段として注目されているのが、「ディスクリート部品のリフロー実装」、いわゆる「Pin-in-Paste（ピンインペースト）」技術です。
この手法では、ディスクリート部品をリードごとはんだペーストを印刷した基板のホールに挿入し、はんだペーストとともにリフロー炉で加熱することで、SMDと同時に一括ではんだ付けすることが可能となります。
本コラムでは、ディスクリート部品のリフロー実装の仕組みやメリット、実装時の注意点、導入のポイントについて、図解を交えながらわかりやすく解説します。
ディスクリート部品とは？
ディスクリート部品とは、基板にあけられた貫通穴（スルーホール）にリード（端子）を挿し込んで実装するタイプの電子部品を指します。
代表的な部品には、DIP（Dual In-line Package）タイプのIC、ピンヘッダー、電解コンデンサ、抵抗、リレー、トランス、コネクター、端子台などがあります。
これらの部品は、リードをスルーホールに挿した上で、基板裏面側からはんだを流し込むことで固定します。従来、このようなディスクリート部品の実装には、フローはんだ付け（はんだ槽に基板を通す方法）が広く使われてきました。
スルーホール実装は、リードが基板を貫通してはんだ付けされるため、機械的な強度が高いという利点があり、特に物理的ストレスのかかる部品や大電流を扱う部品においては、今なお多く用いられています。
一方で、表面実装技術（SMT）の普及により、実装面積の最適化や自動化が進んだ結果、スルーホール部品の扱いは工程面での負担となる場面も増えてきました。
こうした背景のもと、近年コネクターや端子台のスルーホール部品を従来のフローはんだ付けではなく、リフロー工程に組み込んで実装する技術が注目されるようになってきたのです。
ディスクリート部品をリフロー実装するメリットと課題
ディスクリート部品は、通常はフローはんだ付けによって実装されますが、あえてリフロー炉での実装を行う「Pin-in-Paste（ピンインペースト）」と呼ばれる手法が注目されています。
これは、表面実装部品とディスクリート部品を同一のリフロー工程で一括ではんだ付けする方法であり、工程の集約による生産効率向上や人的コストの削減といった大きなメリットがあります。
たとえば、SMDとディスクリート部品が混在する基板であっても、リフロー実装に統一することでフロー工程や手付け工程を省略でき、工程数を削減できます。
また、基板の両面に実装がある場合でも、フローはんだによる部品落下のリスクを回避できるため、両面実装の自由度も高まります。
さらに、リフロー実装はSMTラインでの自動化との相性が良いため、生産ライン全体の自動化率を高めるうえでも有効です。
部品の供給から搭載、はんだ付けまでを一貫して自動化することで、品質の安定化と人件費削減にもつながります。
一方で、ディスクリート部品のリフロー実装には注意すべき技術的課題も存在します。最大の課題が、「メタルマスク設計における基準が確立されていない」という点です。
通常のSMD部品では、はんだペースト印刷用のメタルマスクに関して、部品ごとにメーカーが推奨する開口サイズや印刷条件を提供していることが一般的です。
しかし、ディスクリート部品のリフロー実装に関しては、部品メーカーから開口サイズ量やディスクリート部へのペースト供給量に関する推奨値が明示されていないことが多く、設計・実装には高度なノウハウが求められます。
また、部品メーカー推奨のメタルマスク開口で実装した場合でもはんだ量不足が発生するケースが少なくありません。
そのため、対応実績のない部品実装会社では、適切なメタルマスク設計やペースト印刷が行えず、不具合が発生するリスクも高くなります。
ピンとホールのクリアランス、ピンの熱容量、はんだの濡れ性、フィレット、はんだ上りなど複数の要素を総合的に見極める必要があり、実績と経験を持つ実装パートナーの選定が不可欠です。
このように、ディスクリート部品のリフロー実装は、生産性と効率性の向上に寄与する一方で、専門知識と技術的な工夫が求められる高度な実装手法です。
メリットと課題の両面を理解したうえで、適切な設計と実装体制を整えることが、安定した量産品質を実現するための鍵となります。
実装技術：Pin-in-Paste（ピンインペースト）の原理と手順
Pin-in-Paste（ピンインペースト）実装とは、ディスクリート部品をリードごと基板のスルーホールに挿し込み、はんだペーストとともにリフロー炉で加熱して実装する手法です。
通常はフローはんだや手付けで行われるスルーホール部品の実装を、リフロー工程に統合することで、ラインの簡素化やコスト削減を図ることができます。
原理（仕組み）
Pin-in-Pasteでは、リード（端子）のまわりに塗布されたはんだペーストが、リフロー加熱時に溶融し、スルーホール内部に毛細管現象で流れ込み、リードとホール壁に濡れ広がって接合されます。これにより、フローはんだと同様に信頼性の高い接合が実現できます。
Pin-in-Paste 実装手順
- はんだペースト印刷
メタルマスクを使って、スルーホール部品の挿入箇所にもはんだペーストを印刷します。ペーストはホールの上面ランドとその周辺に盛られるよう設計します。 - 部品挿入
スルーホール部品のリードを、はんだペーストを塗布したスルーホールに挿入します。この時点ではまだリードは固定されておらず、重力や摩擦で仮固定されている状態です。 - リフロー加熱
通常のSMDと同様に、リフロー炉に通して加熱します。はんだペーストが溶けてスルーホール内部に流れ込み、リードとホール壁に濡れ広がって接合が形成されます。 - 冷却・固化
リフロー炉から出たあとは冷却工程で固化し、スルーホール内のはんだが固着して電気的・機械的な接続が完了します。
ポイントとなる技術要素
- ホール径とリード径のクリアランス：狭すぎるとペーストが十分に流れ込まず、広すぎると接合強度が低下します。
- はんだペーストの量と粘度：適切な量を確保し、流動性にも配慮が必要です。
- メタルマスク開口形状：部品ごとに最適化する必要があり、経験に基づいた設計が求められます。
- 熱プロファイル設計：リードの材質や太さにより熱容量が異なるため、リフロー温度の均一化に配慮が必要です。
Pin-in-Pasteは、工程の統合による生産効率向上に大きく貢献する一方で、細やかな設計と実装ノウハウが不可欠な手法です。
特に、リフロー実装に最適化されたディスクリート部品と基板設計の組み合わせ、および適切なメタルマスク設計が成功の鍵となります。
Pin-in-Paste工法における注意点と課題
Pin-in-Paste（ピンインペースト）工法は、工程の省略やラインの自動化といった面で多くの利点を持ちますが、その一方で特有の実装リスクや技術的な課題が存在します。
安定した品質で量産に適用するためには、以下の点に十分な配慮が必要です。
はんだ量の調整が難しい
Pin-in-Pasteでは、はんだペーストをスルーホールの上から印刷するという特殊な条件になります。SMDと違い、はんだがホール内部へと流れ込む必要があるため、従来のメタルマスク設計とは考え方が異なります。
多すぎるとブリッジやはんだボールの原因となり、少なすぎると接合不良や空洞（ボイド）が発生する可能性があります。
特に部品メーカーからはんだ量の推奨値やマスク開口比が提供されないケースも多く、実装ノウハウや事前評価が不可欠です。
スルーホールとリードの寸法バランス
ホール径とリード径のクリアランスが適切でないと、以下のような問題が起こります。
- クリアランスが狭すぎる：はんだが流れ込みにくく、濡れ性不足により導通不良が発生。
- クリアランスが広すぎる：部品がぐらつき、リフロー中にリードが動いて位置ズレや接触不良が起こる。
リード形状・材質による熱吸収
リードが太く、または銅や鉄など熱伝導性の高い材質の場合、リフロー加熱中にリードが熱を吸収して温度が十分に上がらないという現象が起きることがあります。 これにより、スルーホール内のはんだが完全に溶融せず、濡れ不良や空焚き状態になることがあります。リードとホールの温度上昇を正確に制御するため、適切なリフロープロファイル設計が必要です。
部品の保持安定性と搭載機の対応
はんだペーストの上に部品を挿し込む構造上、部品がリフロー前に動いたり傾いたりするリスクがあります。部品が不安定なまま加熱されると、不均一な濡れやはんだ割れが発生します。
また、一部の搭載機ではスルーホール挿入を自動で行うには特殊なノズルが必要となるため、設備面の適応性も事前に確認しておくべきポイントです。
作業者・実装会社の技術力に依存
Pin-in-Paste工法は、SMD実装と比べて標準化された設計指針が少ないため、経験の浅い実装業者では対応が難しいケースもあります。特に、メタルマスクの開口設計やはんだペーストの盛り量調整には、実績に基づく判断と現場での微調整が必要です。
そのため、この工法を採用する際は、Pin-in-Pasteの実装経験が豊富なパートナーを選ぶことが、安定した量産品質を確保するための重要な判断材料となります。
適用が推奨される部品の例
Pin-in-Paste（ピンインペースト）工法は、すべてのディスクリート部品に適しているわけではありません。適用にはいくつかの条件があり、特に形状やサイズ、リード構造がリフロー条件に適した部品を選定することが重要です。以下に、Pin-in-Paste実装に向いている部品の具体例とその理由を紹介します。
ピンヘッダー・ソケット（1列・2列）
- リードが真っすぐで挿入しやすく、比較的軽量で搭載時の安定性が高い。
- 特に2.54mmピッチの汎用ピンヘッダーは、メタルマスク設計のノウハウも蓄積されており、実装の再現性が高い。
コネクタ・端子台（基板対基板／ケーブル対基板）
- コネクタは機械的な強度が必要なため、スルーホール実装が一般的。Pin-in-Pasteによりリフロー工程で強度のある実装が可能。
- 例：ボックスヘッダ、DINコネクタ、USBコネクタなど。
適用のポイント
Pin-in-Pasteに適した部品を選ぶ際は、以下の点をチェックしましょう。
- メーカーがリフロー実装対応品として明記しているか
- リード径とホール径の関係が適正か
- 部品の重さ・高さ・熱容量がリフロー条件で処理可能か
- 同一リフロー条件下で他のSMDと共存できるか
Pin-in-Pasteを効果的に活用するには、「部品の特性 × 実装条件」の組み合わせを事前に検証し、量産で安定再現できるかどうかを見極めることが重要です。汎用部品であっても、設計と実装の微妙な差で結果が大きく変わるため、事前の試作と評価が欠かせません。
Pin-in-Pasteに対応する基板・部品設計のポイント
Pin-in-Paste実装を量産で安定させるには、基板側の設計や部品選定にも工夫が必要です。従来のスルーホール実装とは異なる観点で最適化する必要があり、実装工程だけでなく基板・部品設計段階からの連携が重要です。
スルーホールの形状とメッキ仕様
- ホール径とリード径のクリアランスは部品種により詳細検討が必要です。狭すぎるとペースト流入が妨げられ、広すぎると保持力や濡れ性に問題が出ます。
- ホールの内壁にはPTH（Plated Through Hole）処理が必要で、はんだ濡れ性を確保するために適切なメッキ厚（例：銅30μm以上、スズめっきなど）が推奨されます。
メタルマスクの開口設計
- メーカー推奨値がない場合が多く、過去の実績や試作結果をもとに設計する必要があります。
- 通常のSMD用よりも多めのはんだ量が必要なため、スルーホール上の開口をやや大きめに取る設計が有効です。
リード長と挿入しろの調整
- リードの突出量は、基板下面に1mm以内に収まる設計が望ましいです。
- 長すぎるとスルーホール下に余計なはんだが溜まり、ブリッジやショートの原因になることがあります。
熱設計とリフロープロファイル対応
- リードが太い／金属比率が高い部品では、リフロー温度プロファイルがSMDと異なる傾向があります。
- 部品ごとの熱容量を考慮してプロファイルを調整することで、全体の濡れ性と結合性を安定させます。
基板レイアウト上の工夫
- Pin-in-Paste部品の周辺にSMD部品を密集させすぎると、ペースト印刷や挿入時に干渉リスクがあります。
- 部品配置の順序や搭載ルールもPin-in-Pasteを前提に見直すと効果的です。
まとめ
Pin-in-Paste（ピンインペースト）工法は、ディスクリート部品をリフロー工程で同時に実装できる高度な技術であり、実装ラインの工程集約・省人化・コスト削減に大きく貢献します。特にSMDとの混載基板や、片面実装に制約のある構成において、そのメリットは顕著です。
一方で、成功の鍵は「設計・実装・評価」の三位一体の体制にあります。ディスクリート部品にはリフロー用の仕様が明確でない場合も多く、メタルマスクの設計やはんだ量の最適化などには、経験とノウハウに基づいた判断が求められます。
また、基板設計や部品レイアウトも、Pin-in-Paste実装を前提として最適化する必要があります。
熱設計・寸法設計・設備適合性といった要素を事前に評価し、実装パートナーと密に連携することで、量産時の品質安定と生産性向上を両立することが可能になります。
Pin-in-Pasteは決して万能な手法ではありませんが、正しく活用すれば、電子機器の生産現場において大きな競争力を生む技術です。
本記事がその導入・検討の一助となれば幸いです。
