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補助ツールとなります。この石川図からは、はんだペーストがボイドに大きな影響を及ぼし得ることが示されました。 本日は、この分野についてさらに掘り下げ、はんだペーストを最適化することで、電子機器組立におけるグランドプレーンの大きな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。
今日の電子機器製造業界では、用途に応じて多種多様なはんだペーストが使用されています。それがボイドの発生にどのような影響を与えるのか、簡単に見ていきましょう。
はんだペーストは、体積比で概ね50％がフラックス基材、50％がはんだ粉末であり、通常、重量比で88～90％が金属です（合金や用途によって異なります）。ボイドの発生に関して言えば、はんだペースト間の最大の違いはフラックス基材にあります。 市場にはさまざまなフラックスキャリアが存在します。ノークリーンタイプ、水溶性タイプ、RMAに分類されるものなどがあります。これらはすべて、異なる要件や課題に対応するように設計されており、その組成は大きく異なります。その結果、ボイドの発生という点において、他よりも優れた性能を発揮するはんだペーストもあります。
より大きな真実（そしてエンジニアが必要とされる理由）は、ボイド対策だけがプロセスエンジニアが管理すべき課題ではないということです。私たちは、微細構造の印刷、反りの大きい部品、NWOおよびHiPの軽減・排除、高いECM信頼性、ICTの初回歩留まりといった観点から、はんだペーストの性能にも配慮しなければなりません。つまり、メーカーが日々直面する多岐にわたる課題を解決するための、唯一無二の特効薬など存在しないのです。
はんだペーストについてさらに掘り下げてみると、ボイドの発生に二次的な影響を与える要因として、粘度、金属含有量、合金、および金属メッシュサイズ（粒子径分布）などが挙げられます。
粘度 の高い材料は 、粘度の低い材料に比べて気泡が発生しやすい傾向があります。蜂蜜から気泡が逃げ出そうとする様子と、水から気泡が逃げ出そうとする様子を比べてみてください。
金属含有量は材料の粘度に影響を及ぼし、ひいてはBTCの空隙形成性能にも影響を与えます。
合金の種類は 濡れエネルギーに影響を与えます。鉛フリー材料は、かつてSAC305が多くの組立業者にとって唯一の選択肢だった頃ほど単純なものではありません。 現在では、SAC405、SAC305、SAC105に加え、コスト削減のための低銀（Ag）オプションや、はんだ接合部の信頼性を高めるためのドーパントを添加したSAC合金などが利用可能です。合金の濡れエネルギー（あるいは濡れ力）は、ボイド発生特性に劇的な影響を及ぼす可能性があります。要するに、濡れエネルギーが高いほど、BTCにおけるボイド発生の抑制効果は高くなります。
粒子径分布も影響を及ぼす可能性があります。
大型グランドプレーン部品アセンブリにおけるボイドの低減策を検討する際には、はんだペーストのあらゆる側面と特性を同時に考慮することが重要です。これはかなり複雑になる可能性があります。 幸いなことに、インジウム・コーポレーションのテクニカルサポートエンジニアは、これらの課題について徹底的に調査を行っており、お客様の基板アセンブリにおけるBTCボイドを低減するための適切なはんだペーストをご提案できます。また、当社の配合開発チームは、この課題に対応するために、市場で最高水準の鉛フリー・ノークリーンはんだペーストフラックスである「Indium10.1」および「Indium8.9HF」を開発しました。これら2製品は、ぜひご検討いただく価値のある製品です。
次回お会いした際には、プリント配線板（PWB）の設計がBTCのボイド率にどのような影響を与えるかについて詳しく掘り下げてみたいと思います。これ、最高でしょ！？
