以下の分野の専門家 プリント基板（PCB） 業界の専門家であれば、トゥームストーニングや ヘッド・イン・ピローといった一般的なはんだ付け欠陥については、あまりにもよく知っていることでしょう。これらの欠陥は、影響を受けた部品と基板自体の両方の性能に重大なリスクをもたらします。
お客様との会話の中で、こうした不具合の種類に関する用語がしばしば誤解されていることに気づきました。多くの人が、これら2つを1つの包括的なカテゴリーにまとめてしまうのです。中には、 「ヘッド・イン・ピロー」 の不具合を「トゥームストーニング」と呼ぶケースさえありました。これらの不具合は原因が異なり、トラブルシューティングの推奨事項も異なるため、このような混同は混乱を招くことになります。
どちらの不具合も、アセンブリの2つの表面間の接触やはんだ付けが不十分であることが原因であり、それがこの誤った解釈につながっています。本記事では、それぞれの特徴を明確に解説し、不具合を効果的かつ正確に診断するための有益な基礎知識を提供します。
「トゥームストーニング」とは何ですか？
トゥームストーニング は、PCB製造において最も目立ちやすい欠陥の一つであると言えるでしょう。この欠陥を見ると、部品が端を底にして垂直に立っており、まるで墓地の墓石のように見えます。
主に小型の受動部品で発生し、その主な原因ははんだパッドへの濡れが不均一であることです。一方のパッドがもう一方よりも先に濡れると、濡れたパッドの表面張力によって部品が引っ張られます。この力によって部品が浮き上がり、反対側のパッドではんだ接合が完全に形成されなくなります。
（注：『プリント基板組立作業者向けはんだ欠陥ガイド』の図4.1および図4.2には、このことがよく示されている。）
トゥームストーニングのトラブルシューティング
当社は、トゥームストーニングに対処するために、さまざまなトラブルシューティング手法を採用しています。調査の際、最初に検討する点の一つがパッドの設計です。影響を受けている部品のパッドのサイズや形状が異なっている場合、部品にかかる表面張力の不均一の一因となる可能性があります。こうした相反する力を最小限に抑えるため、パッドのサイズと形状をできるだけ統一することを推奨しています。
リフロー工程を変更することも、トゥームストーニングの発生頻度を抑えるのに役立ちます。ショルダープロファイルや短時間の保持時間を導入することで、問題となっている部品に関連する両方のパッドが同時に濡れるようにすることができます。
「ヘッド・イン・ピロー」とは何ですか？
トゥームストーニングとは異なり、「ヘッド・イン・ピロー」欠陥は、目視による検出が極めて困難であることが知られています。その正確な位置を特定するには、X線検査や断面検査が必要となる場合が多くあります。
主にBGAで発生するこの欠陥は、BGA上のはんだボールが、PCB上のはんだペーストの付着部と融合できない場合に現れます。 BGAの反り が主な原因です。リフロー工程中、BGAが加熱されて反り、その結果、BGAのはんだボールとはんだペーストの付着部との間に剥離が生じることがあります。
リフロー工程が完了し、BGAが冷却されると、反りの程度は軽減されます。 はんだボールとはんだペーストの堆積物は、やがて再び接触するようになります。しかし、リフロー中にはんだが溶融したにもかかわらず、再接触時にはんだ接合面に過度な酸化が生じていることがよくあります。これにより、はんだが融合して十分なはんだ接合部を形成できなくなります。その結果、はんだボールとはんだペーストの堆積物の間に隙間が生じ、まるで人が枕に頭を乗せたような状態になります。
（注：『プリント基板組立作業者向けはんだ欠陥ガイド』の図3.1は、この点に関する良い参考資料となる。）
「ヘッド・イン・ピロー」のトラブルシューティング
「ヘッド・イン・ピロー」欠陥を軽減するためのトラブルシューティングの推奨事項は、BGAのはんだボールとPCB上のはんだペーストの堆積物との間の距離を縮めることに重点が置かれています。
- 印刷効率：印刷時に効果的な転写効率を確保することで、リフロー前にはんだボールとはんだペーストの間に大きな隙間が生じないようにすることができます。
- リフローの最適化：もう1つのアプローチとして、BGAの反りを最小限に抑えるためにリフロープロファイルを最適化する方法があります。これを実現するには、リフロー工程中に部品が過度に高温にならないよう、熱量と液相線温度以上の保持時間（TAL）を低減させます。
- 材料の選定：さらに、Indium Corporation®社の「Indium10.8HF」など、ヘッド・イン・ピロー欠陥の発生頻度を低減する特性を備えた特定のはんだペーストが開発されています。
検出は困難ですが、特定の工程や材料の変更を行うことで、ヘッド・イン・ピロー欠陥を抑制することができます。
結論
「ヘッド・イン・ピロー」と「トゥームストーニング」という不具合は、しばしば同じ意味で使用されますが、これらはPCBにおいてまったく異なる現象であり、それぞれ異なるトラブルシューティングの手順が必要です。トゥームストーニングは通常、濡れ力の不均一が生じている小型部品で見られるのに対し、ヘッド・イン・ピローは主に、リフロー工程中に反りが生じるBGAで発生します。
これら2つの欠陥カテゴリーの違いを理解することは、顧客とメーカー間のコミュニケーションを円滑にするのに役立ちます。双方が同じ認識を持つことで、これらの問題をできるだけ早く効果的に解決することができます。詳細については、インジウム・コーポレーションの 『プリント基板組立におけるはんだ付け・製造欠陥を排除するためのグリーンライト・ガイド』 をデジタル版でご覧いただくか、Amazonで書籍をご購入ください。
