PCBツームストーンとは?

電子機器と回路基板に関しては、精度と信頼性が最も重要です。製造工程における完璧さからの逸脱は、性能の問題、あるいはシステムの完全な故障につながる可能性があります。プリント回路基板(PCB)を悩ませるそのような製造上の欠陥の1つは、"PCB Tombstone "として知られています。 

この記事では、PCBツームストーンとは何か、なぜ発生するのか、そして電子機器の機能や信頼性に影響を与えないようにするにはどうすればよいのかについて掘り下げます。

PCB墓石を理解する

PCB墓石

PCBツームストーンは、「ツームストーニング」または「ツームストーン効果」とも呼ばれ、PCBに表面実装部品を組み立てる際に発生するはんだ付け不良です。部品の一端が直立し、もう一端がPCBから浮き上がり、墓場の墓石に似ていることから、この名前が付けられました。

この欠陥は、スマートフォンやノートパソコンから自動車用電子機器や医療機器に至るまで、様々な電子機器に影響を及ぼす可能性があります。トムストーニングは、電子部品の不安定な動作、断続的な接続、あるいは完全な故障につながる可能性があり、機能的な損害だけでなく、経済的な損害や風評被害も引き起こします。

トゥームストーニングはなぜ起こるのか?

なぜ墓石ができるのかを理解するためには、ハンダ付けのプロセスを見ることが不可欠だ。 PCBアセンブリ.表面実装部品は、小さなはんだ粒子とフラックスの混合物であるはんだペーストを使用してPCBに取り付けられます。その後、PCBを加熱してはんだペーストを溶かし、電気的・機械的に確実に接続します。

トムストーニングは主に、はんだリフロー工程で部品にかかる力の不均衡が原因で発生します。この現象にはいくつかの要因があります:

  1. 不均衡な熱プロファイル:PCBがリフローはんだ付け中に不均一な熱プロファイルになり、一方の端が他方よりも速く加熱されると、トンブストーニングが発生する可能性があります。
  2. コンポーネントの設計:重量分布が不均一であったり、各端子の温度特性が異なる部品パッケージは、トンブストーニングを起こしやすい。例えば、コンデンサや抵抗器の一端が大きな端子になっているものは、その影響を受けやすい。
  3. ソルダーペーストの量:は ん だ ペ ー ス ト の 付 着 量 が 正 し く な い と 、 ト ン ブ ス ト ー ニ ン グ が 発 生 す る こ と が あ り ま す 。片方のパッドのはんだペーストが不十分だと、片方の端子が浮き上がってもう片方がくっついたままになることがあります。
  4. 不均一なパッドサイズ:PCBパッドサイズは、表面実装部品の両端子で一定であるべきです。パッドサイズが不揃いだと、トンブストーニングを引き起こす可能性があります。
  5. 部品配置:PCBに部品を配置する際は、精度が重要です。配置時に位置がずれると、トンブストーニングが発生する可能性があります。
 

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トゥームストーニングの防止

電子機器の信頼性と機能性を確保するためには、タンブストーニングを防止することが極めて重要です。ここでは、PCB組み立て時のトンブストーニングのリスクを最小限に抑えるための戦略とベストプラクティスをご紹介します:

  1. 熱プロファイルの最適化:リフローはんだ付け時にバランスの取れた熱プロファイルを維持し、部品を均一に加熱します。リフロー炉の適切なプロファイリングが不可欠です。
  2. 部品の設計:端子サイズと熱特性のバランスが取れた部品を選択する。メーカーによっては、特にトンブストーニングを減らすように設計された部品を提供している。
  3. ソルダーペースト検査:ソルダーペーストの正しい堆積を確認するための品質管理対策を実施します。自動検査システムは、異常の検出に役立ちます。
  4. パッドの設計とサイズ:表面実装部品の両端子のパッドサイズを統一してください。推奨パッドサイズについては、部品のデータシートを参照してください。
  5. 部品配置:高精度ピックアンドプレースマシンに投資し、PCB上に部品を正確に配置する。リアルタイムの配置検証のためにビジョンシステムを導入する。
  6. ステンシル設計:安定したはんだペースト成膜を実現するために、ステンシル設計を最適化します。コンポーネントのパッドサイズに合わせてステンシルの厚みと開口部を微調整します。
  7. リフロー工程管理:リフローはんだ付け装置を定期的に監視・校正し、温度精度と一貫性を維持する。
  8. 品質管理:目視検査や自動光学検査(AOI)を含む厳格な品質管理プロセスを導入し、トンボ玉の欠陥を検出して修正します。

これらの対策をPCB組立工程に取り入れることで、メーカーはトンブストーニングの発生を大幅に減らし、電子製品の信頼性を高めることができる。

結論

PCBツームストーンは、電子機器の信頼性と機能性を悩ませるはんだ付けの欠陥です。表面実装部品の一方の端子がリフローはんだ付け中にPCBから浮き上がり、墓場の墓石に似ていることから発生します。墓石は、パフォーマンスの問題、断続的な接続、あるいは完全なシステム障害につながる可能性があります。

電子機器メーカーにとって、PCBアセンブリ時のトンブストーニングの原因を理解し、予防策を講じることは非常に重要です。熱プロファイルを最適化し、バランスの取れた設計の部品を選択し、はんだペーストの析出を制御し、部品配置の精度を維持することにより、メーカーはトンブストーニングのリスクを最小限に抑え、電子製品の信頼性を確保することができます。

精度と信頼性が最優先されるエレクトロニクスの世界では、トンブストーニングへの対処と防止が、PCB製造とアセンブリの卓越性を達成するための重要なステップとなります。

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