ビアホールは、PCB（プリント基板）において層間の電気的接続に寄与する役割を果たしている。ビアホールに対するソルダーレジストの製造は、特に強調される必要はなかった。しかし、電子製品の軽量化、薄型化および小型化の発展傾向に伴い、PCBはますます高密度化へと移行し始めている。さらに、SMT（表面実装技術）、BGA（ボールグリッドアレイ）、QFP（クワッドフラットパッケージ）などのパッケージング技術の急速な進歩により、ソルダーレジストでプラグされたビアに対して、顧客はより高い要求を示すようになっている。
ビアホールへのソルダーマスク充填には、次のような機能があります。
a. 回路基板に部品を実装した後のフローはんだ付け工程において、PCB基板上のスズがスルーホールを通過して部品実装面に露出するのを防止することができます。
b. 通常ビアホール内に残留するフラックスの問題を効果的に解消し、製品の安全性をさらに向上させることができます。
c. 部品の組み立て後、テスター内に真空の負圧状態が形成される。
d. はんだペーストが表面からビアホール内へ流入するのを防止し、空はんだ状態を生じさせないことが可能です。
e. リフローはんだ付け時に、ビアホール内でのはんだボールの発生を防止し、さらに錫ボールの飛散による短絡の発生も防止することができます。
ソルダーマスク充填ビア製造技術の紹介
ビアホール用ソルダーレジストプラグの製造工程には通常、ビアプラグ処理、PCBへのソルダーレジスト塗布、予備乾燥、露光、現像および硬化が含まれる。製造プロセスが非常に長く、管理が困難であるため、製品品質を十分に保証できることはほとんどない。
通常のソルダーレジスト適用技術と比較すると、ソルダーレジストプラグドビア製造は、シルクスクリーン印刷とポストキュアを除き、同等の工程を共有している。したがって、ソルダーレジストプラグドビア製造プロセスを最適化するための要点は、シルクスクリーン印刷およびポストキュアに関する合理的な監視と管理にある。
はんだレジストのビア穴プラグ用シルク印刷には、主にアルミ板方式とシルクスクリーン方式の2種類があります。アルミ板方式の利点としては、シルク印刷時の変形が小さく、位置合わせ精度が高いことが挙げられますが、工程が長く、相対的に生産効率が低いという特徴があります。シルクスクリーン方式とは、シルク印刷によってはんだレジストインクをビアホール内に流し込むプロセスを指します。この方法の本質的な利点は、基板表面へのはんだレジスト塗布とはんだレジストによるビアホールプラグを同時に行えるため、生産効率が高い点にあります。しかし、シルクスクリーンは変形量が大きく、位置合わせの制御が難しいという問題があります。補正量の管理が不十分であったり、シルク印刷時の作業者による制御が適切に行われなかったりすると、はんだレジストプラグ不足の不具合が発生します。
ポストキュアは主に硬化温度と時間に関連しています。プラグドビアホールを有する基板は分割硬化に依存し、プラグドビアホールを有しない基板は一回硬化に依存します。
現在の製造技術
・シルクスクリーン印刷
a. アルミニウム板。穴あけ工具と同じサイズのドリルを使用して穴を開ける。
b. シルクスクリーン。具体的な要件が明確にされておらず、作業者にはガイドラインがない。
• ポストキュアリング
後硬化の条件：80°Cで30分、120°Cで30分、150°Cで60分。
ソルダーマスク充填ビア製造工程で最も一般的に見られる問題
ソルダーレジスト充填ビアの製造工程で最も一般的に見られる問題には、次のようなものがあります。
a. ソルダーレジストのプラグ処理に充填不良があり、ビアの縁で銅が露出している。
b. ソルダーレジストでビアホールをプラグしている箇所では平坦性が得られておらず、BGAパッケージ部のソルダーレジストインクが不均一である。
c. HASL（ホットエアレベラー）処理後、開口部のソルダーレジストインクに気泡や剥がれが発生する表面仕上げ。
問題の原因と改善策
Issue#1: ソルダーレジストのプラグ加工において充填不良が発生し、開口部で銅が露出している。
・理由分析。
ビアホールのプラグ処理に使用されるソルダーレジストインクが不足しているため、ビアホールの一部がソルダーレジストで覆われず、その部分の銅が露出してしまう。シルク印刷工程では、ビアホールについて以下の2つの状況が発生する：ビアホール径が同じまたは近い場合と、径が大きく異なる場合である。ビアホール径が小さくなるほど、ソルダーレジストインクが受ける抵抗は大きくなり、ソルダーレジストによるビアホールのプラグ処理はより困難になる。
・改善策。
アルミニウムシートの開口部は最適化し、製造工程で行われるソルダーレジストによるビア埋め作業を規定する必要があります。
Issue#2: ソルダーレジストでビアホールをプラグしても平坦性が得られず、BGAパッケージ部のソルダーレジストインクが不均一である。
・理由分析。
以下の製造プロセスから、ソルダーレジストでビアホールをプラグしたプリント基板において、イメージング後にはビアホール縁部での平坦度不良は発生せず、ポストキュア後に発生することが分かる。さらなる調査により、平坦度不良の本質的な原因は、揮発性物質がソルダーレジストインク中で膨張し、ソルダーレジストインクを押しのけてしまうことにあると判明した。印刷性を高めるため、メーカーがソルダーレジストインクを製造する際には溶剤を添加するが、そのためソルダーレジストインクを高温で硬化させる前に、溶剤を可能な限り揮発させておく必要がある。
・改善策。
後硬化のパラメータは、硬化時間を適切に延長するように調整する必要があります。高温硬化の前に、ソルダーレジストインク中の揮発性物質は可能な限り減少させるべきです。
Issue#3: HASL表面処理の適用後、開口部のソルダーレジストインクに気泡や剥離が発生する。
・理由分析。
ソルダーレジストインクに関する要素を考慮しない場合、ブリスターや剥離は通常、2つの状況で発生します。
1つは、銅の前処理が不十分で、銅とソルダーレジストインクとの密着性が悪い場合です。
もう1つは、ソルダーレジストインクの硬化不足により、ソルダーレジストインクの耐熱性が低下する場合です。
基板は同一の前処理条件で製造されているため、最初の原因は除外できます。
・改善策。
ソルダーレジストプラグドビアの製造技術の特性に従い、ビアホール開口部のソルダーレジストインクが完全に硬化するよう、ポストキュア工程における高温フェーズのパラメータを変更する必要があります。
結論として、ソルダーレジスト充填ビアの製造技術を改善するための有効な対策は、以下のようにまとめることができる。
a. ソルダーレジストでビアをプラグする製造を制御する鍵は、シルクスクリーン印刷および後硬化のパラメータ設定にあります。
b. アルミニウム板上のステンシル開口の製作はシルクスクリーン印刷において重要な役割を果たし、ステンシル開口の直径は0.4mmから0.45mmの範囲でなければならない。
c. シルク印刷によるソルダーレジスト充填の際、ビアホールは一度充填して、ソルダーレジスト充填中に空気が入り込むのを防ぐ必要があります。
d. ポストキュア中は、ソルダーレジスト中の揮発性物質を完全に揮発させるために、低温でのキュア時間を十分に確保する必要があります。
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