PCBのウェーブはんだ付け問題のガイド

ジャンプ先： ウェーブはんだ付けとは何ですか？ |ウェーブはんだ付けの欠陥と対策

ウェーブはんだ付けとは何ですか？

ウェーブはんだ付けは、プリント回路基板（PCB）の大量生産中に使用されるはんだ付けプロセスの一種です。ウェーブはんだ付けプロセスにより、メーカーは大型のプリント回路基板を迅速かつ確実にはんだ付けできます。このプロセスの名前は、各ボードが通過するはんだの波に由来しています。個々のはんだポイントではなくはんだの波を使用すると、機械的および電気的に信頼できるはんだ接合が生成されます。

ウェーブはんだ付けプロセスは、PCBアセンブリの従来のスルーホール方式と新しい表面実装方式の両方に効果的です。

では、ウェーブはんだ付け機には何があり、プロセスはどのように機能しますか？

基本的に、標準的なウェーブはんだ付け機は、1つのコンポーネントから始まります。それは、行われている特定のはんだ付けプロセスに必要な温度に維持されるはんだの加熱タンクです。タンク内で、技術者ははんだの波を設定し、次に各PCBをタンクに通すので、はんだの波の上部がPCBの下部に接触するだけです。

設計者は、ウェーブはんだ付けされるプリント回路基板の設計に関して、2つの主要な問題に注意する必要があります。

• パッドの間隔： はんだ付けする必要のあるパッドが近すぎると、液体はんだがそれらの間に流れる可能性があります。接続された2つのパッドだけでなく、場合によってはPCB全体の短絡が発生します。

• ソルダーレジスト： ソルダーレジスト層は標準的な方法として青写真に含まれているため、プリント回路基板上にソルダーレジストの層を配置することは、これまでほど問題にはなりません。それでも、ソルダーマスクまたはソルダーレジスト層がPCBの設計図の一部であることを再確認することは、常に良いことであり、不幸な事故を防ぐのに役立ちます。

はんだ付けするボードのパッド間隔とソルダーレジストの層を確認したら、フラックスを塗布します。フラックスは、はんだ付けする必要のあるボードの領域がきれいで、酸化がないことを保証するのに役立ちます。状況に応じて、フラックスを適用する方法は2つあります。

• スプレーフラックス。細かいミストとして塗布し、圧縮空気を噴射して余分なものを取り除きます。
• 通常のフラックスのタンクからボードに適用される泡フラックス。小さな穴のあるプラスチックシリンダーがフラックスのタンクに沈められます。シリンダーがしっかりと真に沈んだら、その上に金属製の煙突を取り付けることができます。次に、空気をシリンダーに強制的に通して、煙突から泡を発生させることができます。 PCBの底部は、このフォームフラックスでコーティングできます。

ボードの下側をフラックスで処理したら、ボードを予熱します。ウェーブはんだ付けプロセスの一部としてはんだが適用される方法のため、ウェーブはんだ付けされたプリント回路基板は、手動ではんだ付けされた場合よりもはるかに多くの熱にさらされます。予熱しないと、回路基板は、熱衝撃が原因で、さまざまな種類のはんだ付け欠陥が発生する可能性があります。

熱衝撃の可能性を最小限に抑えるために、ウェーブはんだ付けが必要なボードは、必要な温度までゆっくりと加熱する必要があります。

予熱されていない場合、ウェーブはんだ付けされたボードに発生する可能性のある欠陥にはどのようなものがありますか？

ウェーブはんだ付けの欠陥と対策

ウェーブはんだ付けプロセスに機械が関与しているからといって、各接合部を手ではんだ付けするよりもエラーが発生しにくいというわけではありません。はんだタンクを使用する場合でも、ハンドアイアンを使用する場合でも、はんだ付けを正確な科学のように扱い、はんだ付けする場所と内容を慎重に制御する必要があります。

そうしないと、以下に示すようないくつかのはんだ付けの欠陥のいずれかが発生します。

1. 不十分な穴埋め

不十分な穴埋めは、ボードに取り付けるコンポーネント用に事前にドリルで穴が開けられたプリント回路基板で発生する問題です。基本的に、不十分な量のはんだがコンポーネント用に開けられた穴を埋めると、不十分な穴埋めが発生します。つまり、冷却すると回路基板にはんだが付着しなくなります。穴埋めが不十分な理由はいくつかあります：

• フラックスが正しく適用されておらず、ボードを貫通していませんでした。つまり、はんだが活性化されておらず、コンポーネントを適切に結合できませんでした。

• ボードの上面の温度がはんだを溶かすのに十分なほど高くないため、穴からはんだが上昇する可能性があります。

• はんだの波にボードが足りませんでした。ボードの十分な数が波と接触しない場合、はんだがスルーホールに押し上げられるのが少なすぎます。

これらの問題を修正する最良の方法は、別の一連のはんだ付け前チェックを実行することです。使用しているフラックスの種類を確認し、PCB全体をカバーするのに十分な量のフラックスがあることを確認してください。この手順は、2番目の問題である不十分な予熱にも役立ちます。

はんだは熱に流れるため、PCBの貫通穴の温度が適切でない場合、はんだも流れません。 「適切な」温度は会社の運用基準によって異なりますが、一般的な経験則では、華氏300〜340度、または摂氏150〜170度です。

アセンブリ全体が前にこの温度に達する必要があります ボードは波と接触します。貫通穴が正しい温度に達しているかどうかわからない場合は、ウェーブはんだ付けプロセスのプロファイルを作成してください。ボードのリフロープロセスとまったく同じか非常に似ているはずです。

ウェーブはんだ付けプロセスのプロファイルを取得しているときに、ボードの高さ、つまり、一度に波にさらされるボードの量を確認することもできます。一度に少なくとも半分のボードの厚さをはんだウェーブで実行するようにしてください。これにより、ウェーブの静水圧によってはんだがスルーホールに押し上げられます。

2. 持ち上げられたコンポーネント

トゥームストーンとも呼ばれる持ち上げられたコンポーネントは、はんだ付けプロセス中にボードから浮き上がったコンポーネントです。墓石には、次のようないくつかの一般的な原因があります。

• リード長が正しくないため、コンポーネントがはんだ槽に入るときにボードからコンポーネントが浮き上がる可能性があります。
• フレキシブルPCBでウェーブはんだ付けを実行しようとすると、残りのコンポーネントが平らなまま曲がり、ボードから浮き上がります。
• はんだの種類と温度の要件が異なるコンポーネントを使用します。

誤ったリードの長さを修正するには、使用しているリードを確認してください。リードが長すぎる場合は、はんだ槽にぶつかるとスルーホールからリードが押し出される可能性があります。これを修正するには、波内浸漬時間を長くすることができます。これにより、リードへの熱需要が減少し、リードが落ち着くようになります。

PCBのたわみやその他のたわみに関連する問題を修正するには、使用しているPCBの種類とその耐熱性を再確認します。ボードの屈曲は、大きなコネクタや大きなICパッケージまたはソケットでよく見られます。プラスチックなど、最初から曲がるPCBは、ウェーブはんだ付けしないでください。はんだの波によってプラスチックが曲がり、コンポーネントがボードから浮き上がる可能性があります。

最後に、ボードの熱公差を確認したら、すべてのコンポーネントの熱公差を確認します。異なる温度要求またはリードはんだ付け可能温度を持つコンポーネントも、一部のコンポーネントがはんだ付けする一方で、過剰な熱が他のコンポーネントを押しのけるため、波との接触時に持ち上がる可能性があります。使用しているすべてのコンポーネントに同じ要件があることを確認してください。これにより、この種の問題を防ぐことができます。

3. 過度のはんだ

過剰なはんだは、ボードがウェーブはんだタンクを通過するときにはんだが蓄積した結果です。これでもボードと問題のコンポーネントを電気的に接続することになりますが、はんだ自体の内部で何が起こっているのかを正確に知ることは、あなたやボードを見ている人にとっては難しいでしょう。

接続にはんだが多すぎる理由はいくつか考えられます：

• 同じタイプのコンポーネントが異なる方向を向いている
• 設計プロセスに関して誤ったリード長を使用する
• コンベヤーベルトの回転が速すぎる

最初の原因は、簡単に修正できることです。 1つのタイプのすべてのコンポーネント（たとえば、すべてのバッテリー）が、ウェーブタンクに入るときに同じ方向を向いていることを確認してください。したがって、1つのコンポーネントがタンクに入るときにタンクから「離れた」方向を向いている場合、そのタイプの他のすべてのコンポーネントもその方向を向いている必要があります。

設計プロセスでのリードの長さが正しくないために発生するリードの突起を修正することも、過度のはんだを防ぐのに役立ちます。リードが長すぎると、はんだがリードに溜まり、過剰になる可能性があります。これを解決するには、パッドの表面を超えて伸びすぎないリード長を決定します。たとえば、NASAは2.29 mmのリード長を使用します。これは、はんだ付けのためにパッドを突き抜けるのに十分な長さです。

コンポーネントがすべて同じ方向を向いていて、はんだの長さが正確である場合は、コンベヤーベルトの速度を落とす必要があるかもしれません。速度が速すぎるコンベヤーベルトは、ボードのコンポーネントがはんだタンクを通過するときに、はんだの波の後に波を放出してしまう可能性があります。この問題の最も簡単な解決策は、許容可能なコンベヤーベルト速度についてプロジェクトマネージャーに相談することです。

4. はんだボール

はんだボールは、ウェーブはんだ付けプロセスを経るときに、PCB（特にリードの近く）に少量のはんだが再付着したときに発生する可能性があります。はんだボールの一般的な原因には、次のものがあります。

• タンク内のはんだの温度が高すぎます。
• はんだがボードから離れるときに波に戻り、余分なはんだがボードに跳ね返る可能性があります。
• 加熱されたフラックスによって放出されたガスにより、液体はんだがボードに吐き戻される可能性があります。

一般的なはんだボールの問題を解決する最良の方法は、PCB自体の設計です。 PCB設計で使用するはんだマスクを選択するときは、そもそもはんだが付着する可能性が最も低いものを見つけてください。デザインに最適なソルダーマスクを選択することで、ボードデザインをより堅牢にすることができます。

加熱されたフラックスからのガスによって引き起こされるはんだボールは、通常、ウェーブはんだタンクの周りの空気の過度の逆流、または環境に存在する窒素の低下から生じます。はんだタンクに流入している空気の量と、はんだタンクの環境に存在する窒素の量を確認してください。これらの両方に注意を払うことは、加熱されたフラックスからの跳ね返りによって引き起こされるはんだボールの問題を軽減するのに役立ちます。

はんだが波にフォールバックする理由はいくつかあります。フラックスに揮発性物質が残っているかどうか、はんだ波の高さなどです。問題の根本にビードを付ける最良の方法は、はんだ波を次のように実行することです。波の上に白いカードがありますが、ボードは処理されていません。波を通過するいくつかのテストボードで同じテストを実行し、結果を比較します。

5. はんだフラグ

はんだフラグは、リードの端から突き出たはんだの小さな突起です。ボード上の他のコンポーネントと適切な電気的接続を形成することはできますが、不適切なフラックスの塗布と、ボードからのはんだの排出方法に関する問題の両方を示しています。

はんだフラグの一般的な原因は次のとおりです。

• ウェーブはんだ付け機からのはんだの排出を遅くし、リードに過剰な量のはんだを残します。これにより、排出時に片側に「フラグ」が立てられます。

• ひげのように見えるはんだの跡—通常は不適切に適用されたフラックスの結果です。

• はんだリードの不適切な保管。酸化を引き起こす可能性があり、はんだを簡単に取り付けることができなくなります。

排水が遅いのは、通常、はんだウェーブとボードの分離の制御が不十分なためです。ほとんどの場合、これははんだウェーブの逆流が正しく設定されていないためです。「ラムダ」スタイルのウェーブに設定されていることを確認してください。はんだウェーブの逆流が適切に設定されている場合、はんだは、ボードがウェーブから分離するときに、ボードと同じ速度で同じ方向に流れます。必要に応じて、少し速く実行できます。ただし、ゆっくり実行するか、まったく実行しないと、はんだフラグ/スパイクが増加します。

酸化は、リードが不適切に切断または保管された結果である可能性があります。リードが社内でカットされていない場合は、サプライヤーにリードをカットする方法を確認してください。ベアカットエンドは、特に長期間保管されている場合、リードを酸化させる可能性があります。ショップがリードを社内でカットする場合、リードをカットして保存する方法と、リードを保存する期間をより細かく制御できます。これらの3つの要因すべてにより、リードが酸化されやすくなり、波を通過するときにはんだで濡れにくくなります。

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