PCBのビアホールはなぜ塞がれる必要があるのでしょうか?何かご存知ですか?

導電孔(ビアホールとも呼ばれます)は、お客様のご要望を満たすために、回路基板のビアホールを塞ぐ必要があります。多くの試行錯誤を経て、従来のアルミシートによる塞ぎ工程を変更し、回路基板表面のソルダーマスクと塞ぎを白メッシュで仕上げました。安定した生産と確かな品質を実現しています。

ビアホールは回路の相互接続と導通の役割を果たします。エレクトロニクス産業の発展はPCBの発展を促進し、プリント基板の製造プロセスと表面実装技術に対する要求も高まっています。ビアホールの埋め込み技術は、同時に以下の要件を満たす必要が生じました。

(1)ビアホール内に銅があり、はんだマスクが差し込まれていても差し込まれていなくてもよい。

(2)ビアホール内に錫と鉛が存在し、一定の厚さ(4ミクロン)が必要であり、ソルダーマスクインクがビアホール内に入り込んで錫ビーズがビアホール内に隠れてはなりません。

(3)スルーホールには、はんだマスクプラグホール、不透明、錫リング、錫ビード、平坦度要件があってはなりません。

電子製品の「軽薄短小」化に伴い、PCBも高密度化と高難度化が進みました。そのため、SMTやBGA PCBが多数登場し、部品実装時のプラグイン化が求められています。主な機能は、以下の5つです。

(1)PCBをウェーブはんだ付けする際に、錫がスルーホールを通って部品表面を通過して短絡を引き起こすのを防ぎます。特にBGAパッドにビアを配置する場合は、BGAのはんだ付けを容易にするために、最初にプラグホールを作ってから金メッキする必要があります。

(2)ビアホール内にフラックス残留物が残らないようにする。

(3)電子工場の表面実装と部品の組み立てが完了したら、PCBを真空にして試験機に負圧をかけ、以下の作業を完了する必要があります。

(4)表面のはんだペーストが穴に流れ込み、はんだ付け不良を起こしたり、配置に影響を及ぼすのを防ぐ。

(5)ウェーブはんだ付け中にスズボールが飛び出してショートを起こすのを防ぐ。

 

導電性ホールプラギングプロセスの実現

表面実装基板、特にBGAやICの実装では、ビアホールプラグは平坦で、凸凹がプラスマイナス1ミルで、ビアホールの端に赤いスズがあってはなりません。ビアホールはスズボールを隠して、顧客に届きます。要件によると、ビアホールプラグのプロセスは多様で、プロセスフローが特に長く、プロセス制御が難しく、熱風レベリングやグリーンオイルはんだ抵抗テスト中にオイルが滴り落ちることが多く、凝固後にオイルが爆発するなどの問題が発生します。ここでは、実際の生産状況に応じて、PCBのさまざまなプラグプロセスをまとめ、プロセスと長所と短所についていくつかの比較と説明を行います。

注:熱風レベリングの動作原理は、熱風を使用してプリント基板の表面と穴から余分なはんだを取り除き、残りのはんだをパッド、非抵抗はんだライン、表面実装ポイントに均一に塗布することです。これはプリント基板の表面処理方法です。

1.熱風レベリング後の穴埋め工程
プロセスフローは、基板表面のはんだマスク→HAL→プラグホール→硬化です。生産には非プラグホールプロセスを採用しています。熱風がレベリングされた後、アルミシートスクリーンまたはインクブロッキングスクリーンを使用して、すべての要塞に対して顧客が要求するビアホールプラグホールを完了します。プラグホールインクは、感光性インクまたは熱硬化性インクを使用できます。ウェットフィルムの色を同じにしたい場合は、プラグホールインクは基板表面と同じインクを使用するのが最適です。このプロセスにより、熱風がレベリングされた後にスルーホールがオイルを失わないようにすることができますが、プラグホールインクが基板表面を汚染して凹凸になりやすくなります。お客様は実装時に誤ったはんだ付け(特にBGA)を起こしやすいため、多くのお客様はこの方法を受け入れません。

2.フロントプラグホールの熱風レベリング工程

2.1 アルミシートで穴を塞ぎ、固め、ボードを磨いてグラフィックを転写する

この技術プロセスは、数値制御ドリルマシンを用いて、スクリーンを作成するためにプラグが必要なアルミニウム板をドリルで穴あけし、プラグを差し込むことでビアホールのプラグが完全であることを確認します。プラグホールインクは熱硬化性インクも使用できます。その特性は高硬度でなければなりません。樹脂の収縮が少なく、穴壁との接着力が良好です。プロセスフローは、前処理→プラグホール→研磨プレート→パターン転写→エッチング→基板表面ソルダーマスクです。

この方法は、ビアホールのプラグホールが平坦であることを保証し、熱風でレベリングする際に油爆発やホールの縁への油だれなどの品質問題がありません。しかし、このプロセスでは、ホール壁の銅の厚さを顧客の基準を満たすようにするために、銅を一度厚くする必要があります。そのため、基板全体の銅メッキに対する要求は非常に高く、銅表面の樹脂が完全に除去され、銅表面がきれいで汚染されていないことを保証するために、プレート研削機の性能も非常に高くなっています。多くのPCB工場では、一度厚くする銅のプロセスがなく、設備の性能が要求を満たしていないため、PCB工場でこのプロセスはあまり使用されていません。

 

2.2 アルミシートで穴を塞いだ後、基板表面のはんだマスクを直接スクリーン印刷する

このプロセスでは、CNCドリルマシンを使用して、穴あけが必要なアルミ板をドリルで穴あけしてスクリーンを作成し、スクリーン印刷機に設置して穴を塞ぎます。穴あけが完了したら、30分以内に停止し、36Tスクリーンを使用して基板の表面に直接スクリーン印刷します。プロセスフローは、前処理→穴あけ→シルクスクリーン→プレベーキング→露光→現像→硬化です。

このプロセスにより、ビアホールがオイルで十分に覆われ、プラグホールが平坦になり、濡れたフィルムの色が均一になることが保証されます。熱風が水平になった後、ビアホールが錫メッキされず、錫ビードが穴の中に隠れないことが保証されますが、硬化後に穴の中にインクが溜まりやすくなります。はんだ付けパッドははんだ付け性を低下させ、熱風が水平になった後、ビアのエッジが泡立ち、オイルが失われます。このプロセスを使用して生産を制御することは難しく、プロセスエンジニアは特別なプロセスとパラメータを使用してプラグホールの品質を確保する必要があります。

2.3 アルミシートを穴に差し込み、現像、予備硬化、研磨した後、表面にソルダーマスクを施します。

CNCドリルマシンを用いて、穴埋めが必要なアルミ板をドリルで穴あけし、スクリーン印刷機にセットして穴埋めを行います。穴埋め穴は両面とも完全に突出している必要があります。その後、基板を硬化・研磨し、表面処理を行います。工程の流れは、前処理→穴埋め穴→予備焼成→現像→予備硬化→基板表面ソルダーレジストです。

このプロセスは、プラグホール硬化を使用して、HAL後にビアホールがオイルを失ったり爆発したりしないようにしますが、HAL後にビアホール内のスズビーズの蓄積とビアホール上のスズの問題を完全に解決することは難しいため、多くの顧客はそれを受け入れません。

2.4 ソルダーマスクとプラグホールが同時に完成します。

この方法では、36T(43T)スクリーンをスクリーン印刷機に設置し、パッドまたは釘を用いて基板表面を仕上げ、すべての貫通孔を塞ぎます。工程の流れは、前処理→スクリーン印刷→プリベーク→露光→現像→硬化です。

工程時間が短く、設備の利用率が高いため、熱風レベリング後にビアホールの油分が失われず、ビアホールが錫メッキされないことを保証できます。ただし、穴を塞ぐためにシルクスクリーンを使用しているため、ビアホール内に大量の空気が含まれます。空気が膨張してソルダーマスクを突き破り、空洞や凹凸が発生します。熱風レベリングで隠れたスルーホールは少量です。現在、当社は多数の実験を経て、インクの種類と粘度を選択し、スクリーン印刷の圧力などを調整することで、基本的にビアのボイドと凹凸を解決し、量産にこのプロセスを採用しています。