前回の投稿では、電子機器組立における「大型グランドプレーンのボイド」について触れ、石川図と呼ばれる統計的手法を紹介しました。この手法は、プロセスを可視化し、潜在的な欠陥の原因やプロセス変数が及ぼす影響を示す優れた視覚的ツールとなります。この特定の石川図からは、プリント基板（PWB）の設計がボイドに大きな影響を与える可能性があることが示されていました。 本日は、この分野についてさらに掘り下げ、プリント基板（PWB）設計の違いを活用して、電子機器組立における大型グランドプレーンのはんだボイドをどのように最小限に抑えられるかについてお話しします。
プリント配線板（PWB）の設計は、BTCのボイド発生に多大な影響を及ぼす可能性があります。放熱を助けるため、サーマルパッド内にビアが基板に追加されることがよくあります。これらのビアは、充填されたり埋込型にされたりすることがありますが、その場合はボイド発生への影響は比較的少ないです。 ビアを充填するにはコストがかかりすぎる場合が多く、スルーホールビアはフラックスの揮発成分が逃げる経路となる可能性はあるものの、ビアのサイズや形状によってはBTCのボイド発生を増加させる恐れがあります。例えば、サーマルグランドパッドに大きなスルーホールビアが存在する場合、ボイドが増加することが確認されています。 この状況では、リフロー中にグランドパッド上のはんだペーストがビア内部へと浸透する傾向があります。これにより、部品が基板に引き寄せられ、スタンドオフ高さが低下し、フラックスの揮発成分が適切に放出されにくくなります。これは、以前の投稿で「ステンシル設計がBTCボイドに及ぼす影響」について論じた際、ステンシルの厚さがBTCボイドに与える影響と類似しています。 その結果、通常、BTCのボイド率が高くなります。
多くの設計ではビアが存在せず、このシナリオでは、パッドのサイズや形状、および基板パッドと部品パッドの比率の方が、BTCのボイド発生に大きな影響を与えることになります。これらの変数は、ビアのある熱パッドに対しても影響を及ぼす可能性があります。 基板側のサーマルパッドが部品側のサーマルパッドよりも大きい場合、はんだペーストがパッド上でより広く濡れ広がる傾向があり、これにより部品のスタンドオフが減少して、BTCボイドが増加する可能性があります。
パッド上にはんだマスクを配置し、スタンドオフを制御したり、パッドのサイズを縮小したり、アウトガス経路を確保したりする設計がいくつかあります。こうした設計は、特定の部品や用途に合わせて適切に設計されれば、BTCのボイド低減に役立ちます。デリック・ヘロン氏、ヤン・リウ博士、およびニン・チェン・リー博士は、このテーマについて『QFNのボイド制御：サーマルパッド上のはんだマスクパターニングによるアプローチ』と題する優れた論文を発表しています。
リフロープロファイルが、底面接続型部品の下に生じるボイドにどのような影響を与えるかについて、次回の解説をお楽しみに。
