めっきや溶接における穴の発生を防ぐには、新しい製造プロセスをテストし、その結果を分析する必要があります。めっきや溶接のボイドは、製造工程で使用されるはんだペーストやドリルビットの種類など、特定可能な原因を持つことがよくあります。PCBメーカーは、これらのボイドの一般的な原因を特定し、対処するために、いくつかの重要な戦略を活用できます。
1.還流温度曲線を調整する
溶接空洞の発生を防ぐ方法の一つは、還流曲線の臨界領域を調整することです。時間段階を変えることで、ボイド発生の可能性を増減させることができます。理想的な還流曲線の特性を理解することは、空洞発生の防止に不可欠です。
まず、ウォームアップ時間の現在の設定を確認してください。予熱温度を上げるか、還流曲線の予熱時間を長くしてみてください。予熱ゾーンの熱不足が原因ではんだ穴が発生する可能性があるため、これらの対策を講じて根本原因に対処してください。
均一な加熱領域も、溶接ボイドの原因となることがよくあります。浸漬時間が短いと、基板のすべての部品と領域が必要な温度に達しない可能性があります。還流曲線のこの領域には、余裕を持って加熱時間を確保してください。
2.フラックスの使用を減らす
フラックスが多すぎると、溶接状態が悪化し、通常は溶接不良につながります。接合部におけるもう一つの問題は、フラックスの脱ガスです。フラックスの脱ガス時間が十分にない場合、過剰なガスが閉じ込められ、ボイドが形成されます。
PCBにフラックスを過剰に塗布すると、フラックスが完全に脱ガスされるまでの時間が長くなります。脱ガス時間を追加しないと、フラックスの塗布量が増えると溶接ボイドが発生します。
脱ガス時間を長くすることでこの問題を解決できますが、必要なフラックス量を維持する方がより効果的です。これにより、エネルギーと資源を節約し、接合部をよりきれいにすることができます。
3.鋭利なドリルビットのみを使用する
めっき穴が空く一般的な原因は、スルーホールのドリル加工不良です。鈍いビットやドリル加工精度の低さは、ドリル加工中に破片が発生する可能性を高めます。これらの破片がPCBに付着すると、銅めっきができない空白部分ができてしまいます。その結果、導電性、品質、信頼性が低下します。
メーカーは、鋭利で切れ味の良いドリルビットのみを使用することで、この問題を解決できます。ドリルビットの研磨または交換は、四半期ごとなど、一定のスケジュールで実施してください。この定期的なメンテナンスにより、貫通穴の掘削品質が一定に保たれ、切削屑の発生を最小限に抑えることができます。
4.さまざまなテンプレートデザインを試す
リフロー工程で使用するテンプレートの設計は、溶接ボイドの発生防止に有効にも、阻害にもなります。残念ながら、テンプレート設計の選択において万能な解決策はありません。はんだペースト、フラックス、PCBの種類によって、より効果的な設計が異なります。特定の基板の種類に適したテンプレートを見つけるには、試行錯誤が必要になる場合があります。
適切なテンプレート設計を見つけるには、適切な試験プロセスが必要です。メーカーは、型枠設計が空隙に与える影響を測定・分析する方法を見つけなければなりません。
これを確実に行う方法は、特定のテンプレート設計でPCBを一括作成し、徹底的に検査することです。この検査には複数の異なるテンプレートを使用します。検査によって、どの型枠設計の平均的なはんだ穴数が最も多いかが明らかになります。
検査プロセスにおいて重要なツールの一つがX線検査装置です。X線は溶接部のボイドを見つける方法の一つであり、特に小型で密集したPCBを扱う際に有効です。便利なX線検査装置があれば、検査プロセスははるかに容易かつ効率的になります。
5.掘削速度の低下
ビットの鋭さに加え、ドリル速度もめっき品質に大きな影響を与えます。ビット速度が速すぎると、精度が低下し、異物の発生リスクが高まります。さらに、ドリル速度が速すぎるとPCB破損のリスクが高まり、構造の完全性が脅かされる可能性があります。
研磨やビット交換後もコーティングに穴があいてしまう場合は、ドリル速度を下げてみてください。速度を遅くすることで、貫通穴の形成ときれいな穴あけに時間がかかります。
従来の製造方法は今日では選択肢ではないことをご留意ください。高い穴あけ速度を実現するために効率性を重視する場合、3Dプリントは良い選択肢となるかもしれません。3DプリントPCBは従来の方法よりも効率的に製造され、同等またはそれ以上の精度を実現します。3DプリントPCBを選択すれば、貫通穴の穴あけが全く不要になる場合もあります。
6.高品質のはんだペーストを使用する
PCB製造プロセスにおいてコスト削減策を模索するのは当然のことです。しかし残念ながら、安価または低品質のはんだペーストを購入すると、溶接ボイドが発生する可能性が高くなります。
はんだペーストの種類によって化学的性質が異なり、その性能や還流プロセス中のPCBとの相互作用に影響します。例えば、鉛を含まないはんだペーストを使用すると、冷却中に収縮する可能性があります。
高品質のはんだペーストを選ぶには、使用するPCBとテンプレートのニーズを理解する必要があります。はんだペーストが厚すぎると、開口部の狭いテンプレートに浸透しにくくなります。
異なるテンプレートをテストすると同時に、異なるはんだペーストをテストすることも有効です。はんだペーストがテンプレートに合うようにテンプレートの開口部のサイズを調整するには、5ボールルールを活用することが重要です。このルールでは、製造業者は5個のはんだペーストボールを収容できる開口部を備えた型枠を使用しなければならないと規定されています。このコンセプトにより、テスト用に異なるペーストテンプレート構成を作成するプロセスが簡素化されます。
7.はんだペーストの酸化を抑える
はんだペーストの酸化は、製造環境における空気や水分の過剰によって発生することがよくあります。酸化自体がボイド発生の可能性を高め、過剰な空気や水分はボイド発生のリスクをさらに高めます。酸化を分解・低減することで、ボイド発生を防ぎ、PCBの品質を向上させることができます。
まず、使用するはんだペーストの種類を確認してください。水溶性はんだペーストは特に酸化しやすいです。また、フラックスが不足すると酸化のリスクが高まります。もちろん、フラックスが多すぎるのも問題となるため、メーカーは適切なバランスを見つける必要があります。しかし、酸化が発生した場合は、フラックスの量を増やすことで通常は問題を解決できます。
PCBメーカーは、電子製品のめっきや溶接による穴の発生を防ぐために、様々な対策を講じることができます。ボイドは信頼性、性能、品質に影響を与えます。幸いなことに、はんだペーストの変更や新しいステンシル設計の採用といった簡単な手順で、ボイド発生の可能性を最小限に抑えることができます。
テスト、チェック、分析の方法を使用することで、どのメーカーでも還流およびめっきプロセスにおけるボイドの根本原因を見つけて対処することができます。
