表面実装技術（SMT）は、現代の電子機器製造において、コンパクトな回路設計と高速な自動組立を可能にするために使用されている。しかし、部品サイズが小さくなり、基板の高密度化が進むほど、組立不良の発生確率は高くなる。PCB のトゥームストーニング（マンハッタン効果とも呼ばれる）は、リフローはんだ付けにおいて最も頻繁に発生する欠陥の一つである。これは、はんだ付けの過程で小さな表面実装部品の一方の側が持ち上がり、パッド上で直立してしまう現象である。この欠陥はごく小さな部品に起こるものであるにもかかわらず、オープン回路を引き起こし、製品の信頼性を低下させ、手直しコストの増大につながる可能性がある。安定した品質を実現するためには、トゥームストーニングが発生する原因と、それを防止する方法を理解しておく必要がある。PCB組立および高い製造歩留まり。
PCBのトゥームストーニングとは何か
PCB のトゥームストーニングとは、表面実装部品の一方の端子がパッドから外れ、もう一方の端子だけがはんだ付けされたままになることで、部品が墓石のように片側だけで立ち上がった状態になるはんだ付け不良のことです。この不良は通常、SMT 実装のリフロー工程中に発生し、はんだペーストコンポーネントの両側に濡れ力を形成して融合する。これらの力が釣り合っているとき、コンポーネントは平坦な状態になる。力が均等でない場合、より強い側がコンポーネントを上方へ引き上げるように作用する。
この問題は、チップ抵抗器、多層セラミックコンデンサ、超小型インダクタなどの小型受動部品で最も一般的です。0201 や 0402 といったパッケージは、質量が小さいため、表面張力によって部品が回転し、その後に第2の接合部が形成されてしまうため、特に影響を受けやすくなります。
リフロー中におけるトゥームストーニングの過程
リフローはんだ付けでは、プリント基板のパッド上のはんだペーストが溶融し、部品端子とパッドの間に金属学的な接合を形成します。理想的には、両方の接合部がほぼ同時に融点に達することが望まれます。片側が先に溶けると、溶融したはんだがより大きなぬれ力を生じ、そのパッド側へ部品を引き寄せます。もう一方の側がまだリフローしていない場合、部品は回転して垂直に立った状態になります。この不均衡は、いくつかのプロセスおよび設計要因によって引き起こされる可能性があります。
PCBトゥームストーニングの主な原因
主な原因の一つははんだペーストの不均一な印刷ペースト量の多いパッドにステンシル印刷を行うと、溶融したはんだはそのパッドに対してより強い表面張力を発生させます。
Tombstoning は次の原因によっても発生する可能性がありますリフロー中の熱的不均衡銅の分布の不均一性、単一のパッドに接続された大きなグラウンドプレーン、または同期していない温度分布により、一方の接合部がもう一方よりも速く加熱される可能性があります。
そのリスクはさらに高まりますパッド設計の問題・パッドのサイズ、間隔、または銅配線の接続が異なる場合、はんだ量や加熱挙動に不均一が生じる可能性があります。
もう一つの要因は部品の誤った配置・部品がパッドの中央に配置されていない場合、一方の側のはんだが端子をつかみ、デバイスを上方へ引き上げてしまうことがあります。
さえ物質的条件重要である。濡れ広がり速度は、フラックスの活性度、はんだペーストの粘度、およびPCB表面処理汚染、酸化、または不適切な保管条件により、はんだが付着しない場合があります。
PCB実装におけるトゥームストーニングの影響
トゥームストーニングは、電気的性能および製造の効率に影響を与えます。部品がオープン回路を生じさせ、一方の端子が接続されていないため、デバイスは正常に動作できません。別の場合には、部分的な接触によって断続的な信号が発生し、診断が困難になります。
欠陥は生産コストも高くします。トゥームストーンが発生した基板は、検査・修理・交換が必要となり、その結果スループットが低下し、製造歩留まりも下がります。
適切な予防対策
密接な協力関係PCB製造、物質、および組立工程の監督が、効果的な予防を確実にするために必要である。
最も重要な要因の一つはバランス型パッド設計・パッドは大きさと間隔が均一でなければならず、2つの端子がパッド上に十分重なることで、濡れ性が安定するようにしなければならない。
安定したはんだペースト印刷もまた不可欠である。各パッド上に同一量のはんだを確保するために、十分なステンシル厚さ、適切なアパーチャ設計、および頻繁なステンシルの点検が行われる。
適切に管理されたリフロープロファイル複数の接合部を同時に溶融させることができます。緩やかな立ち上がり、一定のソーク領域、そして適切なピーク温度により、PCB 全体の熱的ばらつきを最小限に抑えます。
精密なピックアンドプレースさらに、トゥームストーニングのリスクを低減します。マシンのキャリブレーション、適切なノズル圧力、および最適な実装速度によって、部品がパッドの中央に維持されます。
もう一つの段階は材料の清掃パッドおよび部品リードからほこり、油分、酸化物を除去して清浄にすることで、はんだのぬれ性が向上し、接合部の信頼性が高まる。
墓石化されたコンポーネントは、製造プロセスのより早い段階で検出することができ、検査技術、是正措置が速やかに講じられるよう、自動光学検査装置やX線システムを含みます。
追加のプロセス改善
高密度実装においては、さらなるプロセス改善によってトゥームストーニングを一層低減することができます。能動部品で同等の熱容量を得るために、エンジニアは受動部品の周囲にある銅のバランスを見積もる場合があります。リフロー時の不均一な加熱速度は、サーマルリリーフ構造を追加したり、配線幅を変更したりすることで均衡させることができます。また、シミュレーションツールや設計レビューを用いて生産初期段階で起こり得る濡れ性の不均衡を予測することも可能であり、これにより設計者は開発初期段階でフットプリントやスペーシングを修正することができます。
プロセスの監視とトレーニングも有用です。生産中は、ステンシルの位置合わせ、ペーストの状態、および実装精度を、作業者が一定間隔で確認する必要があります。オーブン温度のチェックとコンベア速度の管理により、バッチ間でリフロープロファイルが一貫していることを確保します。これらの管理に、安定した材料と慎重なPCB設計を組み合わせることで、バランスの取れたはんだ接合が形成され、リフロー中の部品浮きの可能性が大幅に低減されます。適切な設計、プロセス管理、および製造面でのサポートがあれば、電子機器メーカーはトゥームストーニングを抑制し、現在のPCB実装における品質の一貫性を確保することができます。
電子製品がますます小型化・高密度化するにつれて、トゥームストーニングのような組立不良の問題はより深刻になっています。この不良は通常、不均一なはんだペースト、熱的ばらつき、パッド設計上の問題、または実装ミスに起因する、濡れ性の不均衡な力によって発生します。適切なPCBレイアウト、高精度なステンシル印刷、リフロープロファイルの最適化、およびプロセスの厳格な管理を行うことで、メーカーはトゥームストーンの発生を大幅に低減し、製品全体の信頼性を大きく向上させることができます。
PCBCart は、十分に整備された SMT 生産ライン、厳格な品質管理体制、そして豊富なエンジニアリングの専門知識を背景に、プロフェッショナルな PCB アセンブリサービスおよび PCB 製造サービスを提供しています。PCBCart は、PCB 設計レビューおよび量産性（DFM）解析、精度の高いはんだペースト印刷、最適化されたリフローはんだ付けプロセスを提供することで、組立不良の削減と製品品質の均一化を実現し、ユーザーを支援します。
信頼できるPCB実装を入手しましょう―今すぐお見積もりをご依頼ください
役立つリソース
•レーザーステンシル製作
•無料DFMチェック
•リフローはんだ付け工程ガイドライン
•自動光学検査（AOI）
