リフローはんだ付けは、PCBアセンブリの製造に広く使用されています。多様な部品やパッドサイズに対して、均一なはんだ付け品質を実現します。さらに、制御と監視が非常に容易です。産業界では長年にわたり、PCBアセンブリの製造にリフローはんだ付けが使用されてきました。このガイドでは、リフローはんだ付けとは何か、この重要なプロセスの仕組み、リフローはんだ付けにおける一般的な欠陥、そしてウェーブはんだ付けとの比較について解説します。さあ、読み進めてください。
リフローはんだ付けとは何ですか？
リフローはんだ付けは、表面実装部品をプリント基板に実装する手法です。この工程は、まずプリント基板上の所定のパッドにはんだペーストを塗布することから始まります。次に、部品をペースト上に置き、リフロー炉で加熱します。温度が上昇すると、はんだペーストが溶融し、部品と基板の間に強固な電気的・機械的接続が形成されます。
リフローはんだ付けの利点
リフローはんだ付けは、複数の接続部を同時に処理できます。これにより、隣接する配線をはんだ付けする際に、配線が断線するのを防ぎます。また、リフローはんだ付けは、最終的なPCBの品質を向上させるだけでなく、以下のような多くの利点があります。
- はんだ接合部と表面実装部品の濡れ性が向上しました。
- 多種多様な電子部品のはんだ付け性が向上しました。
- 重要な電子アプリケーション向けの強化されたジョイントの整合性。
- ボードの変色を低減。
- 発熱体およびボード上の焦げたフラックス残留物の除去。
- ロジンまたはスズフラックスの酸化によるホワイトヘイズの形成の減少
- 低残留ペーストと無洗浄ペーストの最適化されたパフォーマンス。
- さまざまな動作条件に対応するためのプロセスの柔軟性が向上しました。
PCB製造におけるリフローはんだ付けプロセス：6つのステップ
PCB製造におけるリフローはんだ付け工程には多くのステップが含まれます。一つずつ説明していきます。
半田付け
まず、基板にはんだペーストを塗布します。はんだ付けが必要な部分にのみ塗布します。これは、はんだペースト塗布機とソルダーマスクを使用することで実現します。はんだペーストを塗布したら、次のステップに進むことができます。
ピックアンドプレース
はんだペーストを塗布したら、部品を所定の位置に配置します。通常、部品のピッキングと配置には自動機を使用します。これは、部品の数が多く、精度が求められるため、手作業での配置が困難なためです。しかしながら、部品の取り扱いには注意が必要です。
予熱
基板を必要な温度に近づけていく必要があります。加熱速度が速すぎると、部品や基板が熱応力によって損傷を受ける可能性があります。さらに、加熱速度が速すぎると、熱応力によって基板の一部が必要な温度に到達できない場合があります。一方、加熱速度が遅すぎると、基板全体が必要な温度に到達しない可能性があります。
熱浸漬
基板の温度を必要な温度まで上げたら、次のステップに進みます。これは「サーマルソーキング」と呼ばれるもので、基板を必要な温度に保ちます。これを行う理由は3つあります。
• 必要な温度に達していない領域があるかどうかを確認するには、この手順で行います。
• 揮発性物質およびはんだペースト溶剤の除去に。
• フラックスを活性化する。
リフロー
リフロー工程は、はんだ付け工程の中で最も高温になる工程です。この工程では、はんだが溶融し、必要なはんだ接合部を形成します。活性フラックスは、接合部の表面張力を低下させることで冶金的な接合を実現します。これにより、個々のはんだ粉末を溶融させて接合することが可能になります。
冷却
リフロー工程の後、基板は部品にストレスがかからないように冷却する必要があります。適切な冷却速度を維持することで、部品への熱衝撃や過剰な金属間化合物の形成を回避できます。当社では、基板の冷却には主に30～100℃の温度範囲を使用しています。この温度範囲では冷却速度が速く、非常に微細な結晶粒径を形成するのに役立ちます。これにより、はんだ接合部は強固になります。
注意すべきリフローはんだ付けの一般的な欠陥
他の製造プロセスと同様に、リフローはんだ付けにも欠陥はつきものです。ここでは、リフローはんだ付けにおけるよくある欠陥とその回避方法について簡単に説明します。
はんだの飛散
はんだ飛散は、はんだペーストがソルダーマスク上に乱雑なパターンで付着することで発生します。これはフラックス剤の不適切な使用によって引き起こされます。また、基板表面に汚染物質が存在する場合にも発生することがあります。十分な量のフラックス剤を使用することで、はんだ飛散を回避できますが、ショートを引き起こす可能性があるため、絶対に防止する必要があります。
はんだスキップ
はんだ飛びとは、はんだが適切に濡れていないはんだ接合部を指します。これは、はんだがパッドまで届かず、結果として断線してしまう場合に発生します。これは製造段階や設計段階のミスが原因です。はんだ飛びを防ぐには、はんだペーストを均一に塗布する必要があります。
はんだボール
はんだボールは、リフローはんだ付けにおいてよく見られる欠陥です。これは、レジスト、導体、またはラミネート表面に付着するはんだペーストの小さな球体です。リフロー温度範囲の狭さ、錆びた電子部品の使用、はんだペーストの不適切な塗布、PCB設計の粗雑さなど、様々な原因で発生する可能性があります。
はんだ不足
はんだ不足とは、接合部が十分に機能するために必要なはんだ量がない状態です。これは主に加熱不足が原因で、回路全体の故障につながる可能性があります。はんだ不足の状態では、当初は正常に機能していても、最終的にはひび割れが発生して機能しなくなることがあります。はんだ不足の状態は、接合部を再加熱し、はんだペーストを補充するだけで修復できます。
はんだ不足接合部とはんだ飛びを混同する人が多いですが、これらは同じではありません。はんだ飛びとは、はんだが全く届かない、または濡れ性が悪いために機械的な接続を形成できない接合部です。一方、はんだ不足接合部とは、はんだの量が不足して電気的な接続を形成できない接合部です。
墓石
PCB トゥームストーン 部品の片側がパッドから外れてしまうことで発生します。はんだは両方のパッドに付着することで濡れ性が向上しますが、片方のパッドで濡れ性が完了しない場合、部品の片側が傾くことがあります。これは典型的な墓石のような外観で、これがこの欠陥の名前の由来です。
トゥームストーン現象は、一方のパッドのはんだペーストが他方のパッドより先に溶けてしまうような要因によって発生することがあります。典型的な原因としては、パッドに接続する配線の厚さが不均一であることや、放熱設計が不十分であることが挙げられます。部品のボディが大きい場合、はんだペーストの中で滑り落ち、トゥームストーン状に固まってしまうことがあります。
はんだブリッジ
小さな部品を使用すると多くの問題が発生する可能性があり、 はんだブリッジ この点ではトップの座を占めています。はんだブリッジとは、2つ以上のはんだ接合部が偶然に接触してしまうことです。これは主に、大きくて幅の広いはんだごて先を使用したり、はんだペーストを塗りすぎたりすることで発生します。はんだブリッジは微細な場合もあるため、ブリッジを接合するのは困難な場合が多くあります。はんだブリッジを検出できない場合、ショートが発生し、部品が焼損したり損傷したりする可能性があります。
はんだブリッジを直すには、はんだごてをはんだブリッジの真ん中に当てます。こうすることではんだが溶け、それを吸い取ってブリッジを壊すことができます。はんだブリッジが大きい場合は、はんだ吸い取り器を使うこともできます。
持ち上げられたパッド
パッドの浮きとは、はんだ付けパッドがPCBの表面から剥がれてしまうことです。これは主に、はんだ付け部に過度の加熱や大きな力が加わったことが原因で発生します。このようなパッドは非常に繊細で、表面から剥がれてしまう可能性があるため、作業は困難です。はんだ付けを行う前に、パッドをPCBにしっかりと取り付け直すよう最善を尽くしてください。
リフローはんだ付けとウェーブはんだ付けの違いは何ですか?
PCB の組み立てには、リフローはんだ付けとウェーブはんだ付けという 2 つの異なるプロセスが使用されます。それぞれ異なるタイプのコンポーネントと製造ニーズに適しています。
最も多く使用されている分野では、リフローはんだ付けは主に表面実装部品の実装に用いられています。小型で繊細な高密度部品の実装に最適な方法です。
一方、ウェーブはんだ付けは、 スルーホール部品 溶融はんだの波を基板上で横断させ、部品のリード線を基板パッドに溶接する工法です。リフローはんだ付けは狭ピッチ部品の高精度化を実現しますが、ウェーブはんだ付けはスルーホール部品の大量生産に特に効果的で、特に 選択的はんだ付け 混合コンポーネントアセンブリ用。
つまり、はんだ付け技術を選択する際には、PCB 上のコンポーネントの種類、組み立ての複雑さ、および必要な生産量によって、これらの方法の選択が決まります。
ボトムライン
リフローはんだ付けは、専門知識と高度な設備を必要とするプロセスです。強固で信頼性の高いはんだ接合部を確保するには、正確な温度管理と慎重な取り扱いが不可欠です。適切なセットアップと熟練した技術者は、欠陥を回避し、最適な結果を得るために不可欠です。MOKO Technologyは、8つの自動SMD組立ラインと最先端のリフローはんだ付け設備を備えています。豊富な生産能力と高度な訓練を受けた技術者を擁する当社は、複雑なリフローはんだ付けを高精度に処理いたします。PCBの適切なリフローはんだ付けに必要なリソースが不足している場合や、高度な技術に抵抗がある場合は、お気軽にお問い合わせください。
