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ボイドの発生原因と対策：温度プロファイルと印刷・設計の総点検
リフロー後のはんだ内部に生じる空洞（ボイド）は、フィレット強度や熱抵抗・信頼性を低下させる代表的な不良です。本稿では、現場で頻発する要因をプロファイル／印刷・材料／設計の3視点で整理し、再現性のある是正手順を提示します。（図4-1〜図4-25参照）
1. ボイドのメカニズム
はんだペースト中の溶剤・フラックスが加熱で揮発→気化ガスが抜けられずトラップされるとボイドになります。プリヒートでフラックスが劣化（酸化・樹脂の粘化）すると、気泡の抜け道が作られず、図4-11〜4-14のように大きなボイドが残存します。逆に急激な加熱や上部ヒータの強風（ファン回転高すぎ）でも、局所過熱によりガスが一気に発生・封じ込められ、ボイドが増加しがちです（図4-15〜4-17）。
2. プロファイルが原因のケース
- プリヒート過多：滞留が長いとフラックスが熱劣化し、表面張力が失われてガスの排出性が低下（図4-12, 4-13）。
- 加熱勾配が急：急昇温で気化速度がフィレット形成に追いつかず、ガスが内包（図4-25）。
- 上部偏重・強風：上面からの熱風が強いとフラックスが飛散・酸化し、見た目の光沢が良くても内部のボイドが悪化（図4-51〜4-53相当）。
- 均熱（イコライジング）不足／過多：均熱が短いと溶剤が抜け切らず、長すぎるとフラックスが枯れてガス抜けが悪化。
推奨プロファイルの考え方
- 昇温勾配：1.0〜1.5 ℃/sを基準に、部品密度が高い基板は下部ヒータを活用して上下温度差を縮小。
- 均熱工程：溶剤の抜けを最優先に設定（目安60〜120秒）。フラックス臭の変化や重量減少率で過多・不足を見極め。
- 溶融保持時間（液相以上）：40〜60秒を目安。長過ぎは劣化、短過ぎはガス残り。
- ファン：必要最小限。まずは下部ヒータで熱を入れ、上部の風量を下げる（図4-22〜4-24）。
3. 印刷・材料起因のケース
- 印刷過多／分布不良：ランド中央に厚肉が溜まるとガス抜け経路がなくなる。ウィンドウペイン開口や角R開口で中心を薄く。
- 粘度・溶剤バランス不適合：低沸点溶剤が多い／劣化したペーストで発生。ロット切替時は必ず試刷・重量測定。
- フラックス劣化：保管温度逸脱・長期滞留・強い熱風での前加熱で活性が失われ、濡れ性・排気性ともに悪化。
4. 設計・実装条件起因のケース
- ランド設計：大型パッドや密閉形状（QFNセンタパッド等）はボイドが溜まりやすい。周辺にリリーフ（ガス抜け溝）／ビア・イン・パッド（樹脂埋め推奨）を検討。
- 基板吸湿・汚染：含水基板は加熱時に水分が気化。プリベーク（105〜125℃×4〜8h）や洗浄で対策。
- 窒素雰囲気：酸化抑制で濡れ・表面流動が安定し、ボイド低減に有効（図4-33〜4-35に相当）。
5. すぐ効く現場対策（手順）
- 上部風量を一段下げる／下部ヒータを+10〜30℃（上下差の平準化）
- 均熱工程の再設計（短すぎ→延長、長すぎ→短縮）。臭気・重量・外観で確認。
- 溶融保持時間を40〜60秒帯に調整（速度で微調整）。
- 印刷配分の見直し（中央薄め・外周厚めの開口、チップは過多を削減）。
- ペースト／ロット確認（入庫日・保管温度・粘度・試刷重量）。
- 窒素化（可能ならppm低下）／プリベークの実施。
6. 症状別の“原因→対策”早見表
| 症状 | 主因 | 対策 |
|---|---|---|
| パッド中央に大型ボイド | 中央厚肉／均熱不足 | ウィンドウ開口／均熱延長／速度微減 |
| 光沢良いのにX線で多発 | 上部強風でフラックス劣化 | 上部風量↓・下部加熱↑・昇温緩和 |
| QFNセンタパッドで面状ボイド | ガス抜け経路不足 | スリット開口・ビア樹脂埋め・窒素 |
| チップ部品のサイドボール併発 | 過多印刷／過熱で飛散 | 開口縮小・上部温度/風量↓・下部活用 |
まとめ
ボイドは「見た目のフィレット光沢」では判断できません。プロファイル（昇温・均熱・溶融保持・上下配分・風量）→印刷配分→材料健全性→設計の順で因果を切り分け、X線で必ず結果確認。まずは上部風量を弱めて下部で温度を持ち上げる、均熱の適正化から着手すると改善が早いです。