はんだ ご て 温度。 鉛フリーはんだ付けの基礎知識

ハンダ付けで重要なのはコテ先温度。温調はんだごてを選ぶと失敗しにくい

はんだ ご て 温度

ここで覚えていてほしいのは、温度条件を見るのは2つの目的があるということです。 一つは、加熱条件が正しくはんだ付けが行われる範囲に温度と時間があったか、もう一つは部品の耐熱保障温度を超えていないかです。 したがって、温度測定は最低2か所は必要となります。 一つは電極、もう一つはパッケージ表面です。 電極ははんだ付け、パッケージは耐熱温度を見るためです。 理想的にはパッケージは温度上昇を避けたい、電極は適切に加熱したいという背反条件になります。 特にリフローでは基板丸ごと炉の中に入るわけですから、片一方だけ冷やしたいとか、片一方だけ加熱したいなんてことはできません。 一般的な部品であれば、パッケージと電極の温度差はそんなに極端には出ません。 つまり両方の条件を満たす温度と時間になっているか?をチェックすることになります。 耐熱温度は部品のの仕様書に、理想的なはんだ付け温度プロファイルは、はんだの仕様書に書いてあります。 これを参照して上がってきた温度プロファイルを判断してください。 そして最も大事なことは、その温度プロファイルで接合されたはんだ付け状態の観察です。 はんだ付けが良好な状態かどうか、必ず判断する必要があります。 温度プロファイルの測定を指示したくても、どこをどう測れば良いのか、特に開発や設計が試作を依頼する場合など、困ることがあると思います。 残念ながら、基板内の温度測定箇所に決まりはありません。 ただいくつかのポイントはあります。 まず、耐熱温度の低い部品が挙げられます。 過剰な過熱を避けなければいけないデバイス等、最高温度とその時間を指定します。 そんなの分からないという方は、キーとなるデバイス、CPUやASIC、DSP等をとりあえず測りましょう。 次に、意図しなくても過昇温になりやすい部品を指定します。 主にアルミ電解コンデンサがこれに当たります。 アルミ電解コンデンサは電極よりボディの温度のほうが上がりやすい傾向があります。 またその構造上高温に弱く、鉛フリー対応の部品でもサイズによっては、ピーク温度が230度以下で5秒以内、200度以上が30秒以内と厳しい基準となっています。 またリフロー回数も1回の場合もありますので、仕様書はよく読みましょう。 逆に温度の上がりにくい部品もあります。 大型のコイルなどは比熱容量が大きく、なかなかはんだの接合温度まで加熱するには時間がかかります。 これらの部品が混載された基板では、温度プロファイルは十分注意して読み取る必要があります。 実装を請け負うほうとしては、実はリフロー条件をあまりにも細かく設定されてしまうと温度条件を満たすことができなくて困ってしまうことがあります。 まず一つ目は、欲張って測定ポイントを多く設定されてしまうことです。 一般的な温度測定装置(プロファイルチェッカー)は 6か所までしか同時に測ることができません。 それ以上のポイントを指定されてしまうと、複数回測定しなければならず非常に効率が悪くなります。 次に、比熱容量の極端に大きな部品と小さな部品が混載されている場合です。 現在多く採用されている熱風(ホットエアー)式のリフローでは過昇温は避けられますが、径が10mm以上や部品高さが5mmを超える大型のコイルやトランスなどは要注意です。

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鉛フリーはんだを使用するとなぜ、酸化しやすい? メンテナンス・トラブルシューティング・使用例 鉛フリーはんだを使用するとなぜ、酸化しやすい? 鉛フリーはんだを使用すると酸化しやすい理由 POINT 1 POINT2 POINT 3 POINT 1. 鉛フリーはんだを使用するとなぜ酸化しやすい? 鉛フリーはんだを使用すると、共晶はんだ使用時に比べ4~5倍の早さでこて先が酸化します。 共晶はんだの場合はその成分の1つである鉛が、こて先の酸化を緩和していました。 その鉛が入っていない鉛フリーはんだを使用すれば、酸化のスピードが早くなりこて先の寿命が短くなるのは避けられません。 鉛フリーはんだこての特性を理解して、日頃の作業のなかでメンテナンスを習慣づけることが、鉛フリーはんだによる酸化を防ぐ近道です。 POINT 2. ワイヤーでのクリーニングは、こて先を拭ったときに、こて先に若干のはんだが残り、それがこて先の酸化防止に一役買うことになります。 それでも酸化物が除去できない場合は、こて先ポリッシャー(HAKKO FT-700 の回転ブラシで酸化物を除去した上でケミカルペースト(HAKKO FS-100)をつけるとぬれ性が回復します。 POINT 3. こて先を長持ちさせるためには、熱復帰率の優れたこてを使う! こて先の酸化を遅らせるためには、設定温度をできるだけ低くする(必要以上に温度を上げない)。 鉛フリーはんだは、共晶はんだに比べ融点が高く、そのまま設定温度に反映させると、高温状態におちいり、侵食や酸化が激しくなる可能性があるからです。 では「融点が高くなったのに、温度をあげなければ熱不足ではんだ付けできないのでは?」という疑問にはどう答えればよいでしょう。 それを解消するのが熱復帰率です。 そこで、はんだこての最適温度をできるだけ共晶はんだの時と同じ温度にするためには、 熱復帰率がよく、温度管理がきっちりできるはんだこてが必要になってきます。 このような条件を満たした鉛フリーはんだ対応品として弊社が推奨するのが、HAKKO FX-951、FMシリーズなどです。 特にHAKKO FX-951、HAKKO FX-952などは、84種類もの標準こて先をラインナップしたこて先が使用できるのでお勧めです。 下記サイトでご紹介していますのでご覧ください。

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図1:はんだ付け接合部 図1は、はんだ付け接合部を電子顕微鏡によって、約400倍に拡大した写真です。 下が銅の層、上がはんだの層です。 はんだと銅の境界線部分に細い帯があるのがわかるでしょうか?(赤矢印の部分)これがはんだと銅を接合しているスズと銅の合金層(金属間化合物)です。 はんだ付けは、この合金層によって接合されています。 言い換えると、はんだ付けとは、この「合金層を造る技術である」ともいえるでしょう。 接着剤は接着剤自体が固まることによってくっつきますし、溶接は母材を溶かして固めることにより接合します。 はんだ付けとは、接合の原理が大きく違うわけです。 ところが、多くの人は、はんだ付けを溶接や接着剤と同じように、金属を溶かして固めることで接合していると誤解しています。 はんだ付けの最適な温度条件 実は、この合金層を形成するためには、最適な温度条件があります。 図2:はんだ付け接合温度と強度の関係 (電気通信大学 電子工学科 実験工学研究室データ) 図2をを見ると、溶けたはんだの温度が高すぎても低すぎても接合強度が弱くなることがわかります。 ここまで説明しても、「じゃあ、高温のハンダゴテでパパッと、はんだの温度が上がる前にはんだ付けを終わらせてしまえばいいのでは?」と考える人がいます。 ところが、高温になったコテ先は大気に触れると酸化します。 (ハンダゴテメーカーやコテ先メーカーでは知られています。 ) 酸化膜に覆われたコテ先は、はんだにぬれない(はんだを弾いてしまう)ため、溶融したはんだを導熱体として熱を効率よく伝えることができません。 このため、はんだの温度は上がらないのに、コテ先が触れた母材だけが異常に高温になってしまうといった状況に陥りやすく、正常なはんだ付けができません。 しかし、この最適条件を知る人はたいへん少ないのが現実です。 さらに、一般の人がハンダゴテを購入するホームセンターなどの店頭では、温度調節機能付きハンダゴテは、ほとんど販売されていません。 こうした現状から、温度調節機能付きハンダゴテの存在すら知らない人が多いのです。 この根本的な原因は、はんだ付けに対する正しい基礎知識の啓蒙不足にあると私は考えています。 世の中のはんだ付けに対する知識は、20~30年前からほとんど変わっていません。 その20~30年前は、温度調節機能付きハンダゴテは存在しないか、存在しても一般の方は入手できませんでした。 その頃の常識が、今も根強く残っています。 こうした背景があるため、せっかくハンダゴテメーカーが、いいハンダゴテを作って店頭に並べても、お客さんに良いハンダゴテを選択する知識がないために、安いハンダゴテしか売れません。 また、売る側にもはんだ付けの知識が足りないため、良いハンダゴテが店頭に並びません。 このサイトで正しい知識を学んだ皆さんが、今後良い道具を求めれば、こうした環境も良くなるに違いありません。 多くの人が、「はんだ付けが上手にできないのは、自分の腕が悪いからだ。 」「技術が不足しているからだ。 」と思い込んでいます。 実は、最初に使用するハンダゴテを選んだ時点で、そのはんだ付けは不良になることが決まっている場合がほとんどです。 最初にはんだ付けを体験する学校教育の現場では、温度調節機能付きハンダゴテが使われることがありませんし、正しいはんだ付けの基礎知識を学んだ先生が、在籍する可能性もほとんどありません。 はんだ付け業界の不思議な現実と、ハンダゴテ選びの重要性を知ったところで、次回から、より具体的なはんだ付けの正しい基礎知識を学んでいきます。 では、明るいはんだ付けを! 図2:煙となって蒸発するフラックス フラックス(はんだ付けに必ず必要な溶剤:後で詳しく解説)は、 図1のように糸はんだにチューブ状(ごぼう天のように)に内包されています。 このため、はんだ付けに使用できるフラックスの量は限られています。 ハンダゴテで加熱を始めると 、図2のように、フラックスは煙となってどんどん蒸発していくので、フラックスが活性化して働く時間は、数秒間しかありません。 つまり、この数秒間にはんだ付けを完了させる必要があります。 そのためには、ハンダゴテの熱を効率よく、はんだ付け対象物(以下、母材といいます)に伝える必要があり、母材と直接接触して熱を伝えるコテ先の形状選びは、とても重要になります。 現在、日本でハンダゴテを購入すると、 図3のように鉛筆を削ったような形状(B型、または円錐状と呼ばれる)のコテ先が多くの場合付属しています。 このため、「この形が万能だろう」と考える人が多いのですが、実はこのコテ先が曲者です。 この形状では、蓄えられる熱量が小さく、母材と点でしか接触できないため、はんだ付けに十分な熱量を伝えることができません。 図6:C型コテ先 これまでの話をまとめると、はんだ付けは、母材に合わせてコテ先を選択できるように、形状や太さの異なるコテ先を何種類か持っていることが非常に重要になります。 そして、最初に購入したハンダゴテに付属している鉛筆型のコテ先しか持っていないことが、はんだ付けを難しくしています。 残念なことに、このような情報はあまり知られていません。 異なる形状のコテ先を購入しようにも、ホームセンターなどの店頭には並んでいないのが実情です。 ここで正しい知識を学んだ人は、ぜひインターネットで検索するなど、最適なハンダゴテとコテ先を探してみてください。 なお、ハンダゴテやコテ先選びに自信のない人、面倒な人には、初心者から上級者まで広くお使いいただけるハンダゴテセットをノセ精機でもご紹介しています。 よろしければご利用ください。 (自分で道具を選ぶのも楽しみの一つです) 図8:作業後のフラックス 図8は、はんだ付け作業が終わった後に残ったフラックスです。 一見、液状に見えますが、実はプラスチックのように固まっています。 フラックスは、はんだ付けではとても重要な役割をしています。 あまり目立たず、気づきにくい存在ですが、フラックスなしで、はんだ付けはできません。 ハンダゴテを使ったはんだ付けの技術は、「フラックスを上手に使う技術」と言い替えることもできます。 フラックスには、3つの大きな役割があります。 金属の表面や、溶けたはんだ表面の酸化膜や汚れを科学的に除去する表面洗浄作用• はんだの表面張力を低下させねばりを弱くして、はんだのぬれ(流れ)を良くする• ハンダゴテを当てている間、金属の表面を覆い、金属の再酸化を防ぐ 通常、フラックスは糸はんだに隠れているため見えません。 糸はんだを鋭利なナイフでカットすると、 図9のようにチューブ状に含まれているフラックスを観察できます。 図9:カットした糸はんだ(フラックスが断面に見える) 糸はんだを熱して溶かすと、前出の 図2のようにフラックスは煙となって蒸発します。 蒸発すると、フラックスはプラスチックのように固まり、効果を発揮しません。 糸はんだに含まれるフラックスは極少量ですから、蒸発するまでの時間は、ほんの数秒間しかありません。 そしてこの短時間に、はんだ付けを完了しなくてはなりません。 そして、金属表面を覆って表面の酸化膜などを除去しはじめます。 なるべく長時間フラックスが活性化するには、蒸発を抑えるためにフラックスの温度上昇も抑える必要があります。 ところが、初心者がはんだ付けをする際に、見よう見まねでよくやりがちなのが、 図10の例です。 熟練のはんだ付け作業者を見ていると、コテ先に糸はんだを当ててはんだを溶かしているだけのように見えます。 しかし、糸はんだをコテ先に直接当てて溶かすと、はんだは母材の方へ流れていかず、フラックスだけがどんどん蒸発してしまいます。 図13:液体フラックスの塗布 液体フラックスは、 図13のようにはんだ付けしたい箇所に塗布して使用します。 フラックスは「ちょい」と塗るだけで、飛躍的にはんだ付けを簡単にします。 魔法の液体のようですが、使いすぎてはいけません。 フラックス原液には、母材を腐食させてしまったり、電気的な導通の性質があります。 よって、母材にフラックスを残したままにしておくと、はんだ付け部分が腐食したり、電気的にショートしたりする恐れがあります。 できるだけフラックスの使用は控えめにして、フラックスを使用後は、必ずメタノールやIPA(イソプロピルアルコール)などで拭き取る必要があります。 第3回:はんだ付けの基本動作 実際のはんだ付け作業(ハンダゴテの操作と糸はんだの供給)を細かく分解して解説します。 はんだ付け作業は、見よう見まねでやっている人が多く、熟練者の作業を見て、動作の意味を勘違いしてしまう人が、数多くいます。 特に「溶かして固めて、くっつける」と誤解している人は、目の錯覚に陥りやすくなります。 熟練者が、どのタイミングでハンダゴテを母材に当て、糸はんだを供給し、そしてどのように加熱するのか?を理解して、イメージトレーニングをすることは、実際のはんだ付けで必ず役に立ちます。 では、早速順を追って、解説します。 ) 1. 熱くなったコテ先を母材に当て、温める 図2:少量のはんだを溶かす コテ先を母材に当てた瞬間から、母材の加熱が始まります。 そのままにしておくと、コテ先の接触部分が酸化して、はんだにぬれにくくなります。 そこで、母材にコテ先を当てると同時に、コテ先に糸はんだを少しだけ供給して溶かします。 こうすることで、わずかなフラックスを母材の表面に供給することができます。 フラックスは、母材の表面にできた酸化膜を除去し、はんだ付けに適した表面を作り出します。 同時に、この「少量のはんだ」がコテ先と母材の間に入り込むことで、熱を伝える表面積が大きくなります。 そして、「少量のはんだ」を介して、熱が効率よく母材に伝わり始めます。 ここで誤解を避けたいのは、「直接、糸はんだをコテ先に当てて溶かす」と早合点してしまうことです。 熟練者は、はんだ付けの動作を一瞬で行っているため、この「少量の犠牲のはんだ」の供給以降も、チョンチョンと糸はんだをコテ先に直接当てて溶かしているように、はた目には見えます。 しかし、そうではないことが、次の動作以降を見ていくとわかります。 母材を本加熱する 4. 糸はんだを供給する 5. 必要なはんだ量を見極めて、糸はんだの供給を止める 6. はんだを母材になじませ、合金層を形成する 7. コテ先を離す 8. 母材を動かさないようにして、はんだが固まるのを待つ 保管用PDFに掲載しています。 ぜひ、下記よりダウンロードして、ご覧ください。 第4回:はんだ付けの良し悪しと失敗原因 1. 良いはんだ付けとは? はんだ付けがうまくいったかどうかは、「フィレット」の有無で判別することが可能です。 「フィレット」とは、滑らかな裾広がりの形をしたはんだ接合部のことで、適切な温度条件がそろうと形成されます。 そのため第三者が、はんだ付けの出来栄えを判断する基準となります。 はんだ付けの世界ではとてもよく使われる言葉ですので、覚えておきましょう。 図1は代表的な電子部品のはんだ付けの良品写真です。 はんだと母材が接する境界部分に滑らかな裾広がりのカーブが存在し、これが「フィレット」です。 図1:はんだ付けの良品写真 熱量が多すぎても、少なすぎてもフィレットは形成されません。 すなわち、はんだ付け接合部にフィレットが形成されていれば、適切な温度条件の下で良好な合金層が形成され、はんだ付けが成功していると客観的に証明されるわけです。 はんだ付けが失敗する理由 はんだ付けが失敗する原因は、大きく分けて3つあり、熱量とはんだ量が関係しています。 熱不足とはんだ量の過多 B. オーバーヒート C. はんだ量の過少 以下のはんだ付けの写真は、左が良いはんだ付けの例、右が悪いはんだ付けの例です。 熱不足とはんだ量の過多 図2~5の右の悪いはんだ付け例を見ると、どれも水滴のように滑らかで、凸型カーブに膨らんだ形をしています。 一見はんだ量が多いほど接合強度が強そうに見えるので、特にはんだ付けを「金属を溶かして固めることで接合している」と勘違いしている人は、はんだを過剰に供給しがちです。 このような形は、意図的に熱量が不足した状態を作り出すか、はんだを過剰に供給することによってできます。 どちらの場合も結果的に、熱量不足のため内部でリードとはんだが、なじんでおらず、合金層が完全にはできていません。 実際に電流が流れ始めると、やがて導通不良、部品落下などの不具合を引き起こしてしまいます。 合金層の形成が重要であり、はんだ量が多くても接合強度は強くならないので、注意しましょう。 図5:D-Subコネクタのカップ端子へのリード線はんだ付け、 (左)適切 (右)はんだ量過多 B. オーバーヒート C. はんだ量の過少 続きは保管用PDFに掲載しています。 ぜひ、下記よりダウンロードして、ご覧ください。 第5回:母材の固定とはんだ付けの最適条件 前回は、工場の製造動線とゾーニング、そしてさまざまな検査機器、除去装置について解説しました。 今回は検査・測定データの見える化と人材育成について解説します。 母材(はんだ付け対象物)の固定 正しいはんだ付けを行うためには、正しい道具の選択と基礎知識が必要です。 ここまで学んできた知識を活用すれば、はんだ付けはすでに難しいものではないはずです。 しかし、実際のはんだ付けでは、「母材(はんだ付けの対象物)の固定」も重要です。 実は、多くのはんだ付け不良は、母材の固定が不十分であることが原因です。 以下例を示しながら、説明していきます。 図1、2はどちらも、母材の固定が不十分で発生したはんだ付けの失敗例です。 溶融したはんだは、コテ先が離れてから数秒間は溶けたままで、完全に固まっていません。 したがって、この間に母材が動いてしまうと、はんだは半分固まった状態でかき混ぜられてしまうため、ボロボロの状態になります。 この状態は「イモはんだ」と呼ばれています。

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