概要
リフローはんだ付けとウェーブはんだ付けの主な違いは、リフローはんだ付けは表面実装部品が搭載された基板に使用されるのに対し、ウェーブはんだ付けはスルーホール部品が搭載された基板に使用されるという点です。リフローは、以下の3つの主要な工程のうちの1つであり、 きょくかんり 実装。リフローは、主に部品がすでに実装済みの回路基板をはんだ付けする工程です。リフローの過程で、はんだペーストが溶けてから冷却されます。この冷却によって、部品とパッドが固定されます。.
以下、日東電工のリフローはんだ付け装置のセクションでは、リフローはんだ付けの技術的原理について解説します。また、SMT業界で使用される実装技術についても詳しく紹介しています。 日東電工のリフロー装置は、モジュール式でデジタル化された、ユーザーフレンドリーな設計を採用しています。高い性能、信頼性、安全性、メンテナンスのしやすさ、そして使いやすさを兼ね備えています。これらの特徴により、お客様は運用コストを削減できます。また、高品質な製品を納期通りに生産することも可能になります。ウェーブはんだ付け製品においては、これらの装置は最適な選択肢であり、優れた投資となります。.
ウェーブはんだ付け炉システムにおける4つの新技術
1) PCB表面への垂直スプレー（経路最適化システム付き）
A. ノズルがプリント基板に対して垂直にスプレーすると、フラックスが基板上により均一に広がります。また、スプレーが穴の奥まで浸透しやすくなります。これにより、溶融はんだの昇り性と濡れ性が向上します。.
B. 自動経路最適化システムにより、フラックスコーティングが均一に行われる。.
C. 高性能なソフトウェアにより、コンベアの速度やPCBの幅に応じてスプレー設定を調整することができます。.
（原文で言及されている画像は、ここには含まれていません。）
2) ウェーブはんだ付けでは、耐用年数を延ばすために、表面がセラミック加工された鋳鉄製のタンクを使用している
A. 厚さ10 mmの鋳鉄製タンク壁を使用することで、加熱時のタンクの変形に対する耐性が大幅に向上する。.
B. 鋳鉄にはグラファイトが多く含まれています。グラファイトははんだとの濡れ性が低いため、タンクへの腐食はほとんど生じません。タンクの耐食性と表面の滑らかさをさらに向上させるため、鋳鉄の表面にセラミック処理が施されています。これにより、耐用年数がさらに延びます。.
3) 酸化を抑制し、ランニングコストを削減するための新しい流路および新しいノズル設計
これらの変更により、酸化が抑制され、その結果、お客様の運用コストが削減されます。.
4) はんだ波をより安定させるための、新しいインペラーおよび流路の設計
- ノズル、流路、およびインペラの構造は、波の安定性に直接影響を及ぼす。.
- 波高は±0.5 mmの範囲内で制御可能です。.
- 混合予熱の利点 a. 赤外線予熱は温度を素早く上昇させます。熱風予熱は温度の均一性を保つのに役立ちます。 b. 赤外線と熱風の両方を併用することで、迅速な加熱とより均一な温度分布が得られます。 c. 混合予熱は、特に水溶性フラックスに適しています。.
- 内蔵型局所選択スプレーシステム A. 局所スプレーは、タイミングベルト、ボールねじ、リニアガイドを備えたステッピングモーターを用いて、X軸およびY軸方向に移動します。これにより、フラックスの局所選択スプレーが可能になります。B. 選択したノズルにより、スポットスプレー、ラインスプレー、矩形スプレーを行うことができます。C. このシステムは、PCとモーションコントロールボードを採用しています。 応答が速く、高精度で、プログラムによる制御が可能です。操作や清掃も簡単です。D. スプレー面積が総面積の50%未満の場合に適しています。フラックスを50%以上節約できます。.
- はんだポット領域内の局所窒素充填装置 A. はんだポット内の局所窒素充填装置は、少量の窒素を用いて、基板の下やはんだノズル周辺に高濃度の窒素を供給することができます。B. 特殊なステンレス製のナノ・マイクロ多孔質チューブを採用しています。窒素が拡散し、その領域を高濃度で均一に満たします。 C. 3つの流量計が3本の窒素ラインを制御します。窒素の使用量は約12 m³/hです。ノズルから流出するはんだ付近の酸素濃度は約1000 ppmです。D. これにより、はんだの品質が向上し、はんだの酸化が抑制されます。本装置には、オンラインでの酸素濃度検出機能はありません。.
1. リフローはんだ付けの原理
電子基板がますます小型化するにつれて、チップ部品の使用が一般的になっています。従来のはんだ付け方法では、もはやニーズに応えられなくなっています。混合集積回路基板の組み立てには、リフローはんだ付けが用いられます。この組み立てに使用される部品は、通常、チップコンデンサ、チップインダクタ、チップトランジスタ、ダイオードなどです。.
SMT技術の発展と成熟に伴い、SMC部品やSMDデバイスが次々と登場しました。リフローはんだ付けのプロセスや装置も改良され、リフローはんだ付けの利用が広まりました。現在では、ほぼすべての電子製品でリフローはんだ付けが採用されています。.
リフローはんだ付け（英語： リフロー) により、PCBのパッドにあらかじめ塗布されたはんだペーストが溶融します。この溶融状態において、表面実装部品のリードや端子が、PCBのパッドと機械的および電気的に接続されます。リフローにより、部品が基板に実装されます。 リフローは、はんだ接合部に熱風を当てることで機能します。一定の高温下で、はんだペーストに含まれるフラックスが反応し、SMD接合部が形成されます。この名称は リフロー はんだ付けに必要な高温を実現するために、装置内部で高温ガスを循環させることを指します。.
2. リフローはんだ付け機の概要（温度曲線付き）
PCBが加熱ゾーンに入ったとき：
A. はんだペーストに含まれる溶剤やガスが蒸発します。同時に、フラックスがパッド、部品のリード、およびピンを濡らします。ペーストは柔らかくなり、へこみます。これにより、パッドが覆われ、パッドや部品のリードへの酸素の侵入が遮断されます。.
B. PCBが予熱ゾーンに入ると、基板と部品は十分に予熱されます。これにより、はんだ付け温度への急激な上昇による損傷を防ぐことができます。.
C. PCBがリフローゾーンに入ると、温度が急上昇し、はんだペーストが溶融する。液状のはんだがパッド、部品のリード、およびピンを濡らしていく。はんだは広がり、流れ、濡れと混合によってはんだ接合部を形成する。.
D. PCBが冷却ゾーンに入り、はんだが固まります。これでリフローはんだ付けが完了します。.
（通常、マニュアルのこの部分には、標準的なリフロー温度プロファイルの図が掲載されています。）
3. リフローはんだ付けプロセスの要件
リフローは電子機器の製造において一般的な工程です。私たちのコンピューターに使われている基板も、この工程を経ています。その利点としては、温度管理が容易であること、はんだ付け時の酸化を抑えられること、そして製造コストの管理がしやすいことが挙げられます。.
この装置には加熱システムが備わっています。部品がすでに実装された基板に、高温の窒素または熱風を吹き付けます。これにより、はんだが溶けて、部品をプリント基板に接合します。.
重要なポイント
- 適切なリフロー温度プロファイルを設定してください。温度プローブを使用して、そのプロファイルをリアルタイムでテストしてください。.
- 加工の際は、基板に指定されているはんだ付け方向に従ってください。.
- はんだ付け中は、コンベアの振動を避けてください。.
- はんだ付け済みの基板の品質を検査してください。.
- はんだが十分に充填されているか、接合面がはんだで覆われているか、接合形状がきれいな半月形になっているかを確認し、はんだボールや残留物、トゥームストーニング、コールドジョイントがないかを確認してください。また、PCB表面の色変化も確認してください。検査結果に基づいて温度プロファイルを調整してください。量産中は、定期的にはんだの品質を確認してください。.
4. リフローはんだ付けに影響を与える要因
- PLCCやQFPなどの大型部品や、一部のディスクリートチップ部品は、熱容量が大きくなっています。小型の部品に比べて、大型の部品をはんだ付けするのは困難です。.
- リフローオーブンのコンベアは、部品をループ状に搬送します。また、このコンベアはヒートシンクの役割も果たします。ヒーターセクションの端部と中央部では熱状態が異なります。そのため、同じゾーン内でも温度は変動します。オーブン内の各温度ゾーンや、基板上の各位置によって、温度が異なる場合があります。.
- 製品の積載状況は再現性に影響を与えます。リフロー温度曲線を調整する際、エンジニアは、無負荷時、負荷時、およびさまざまな負荷係数（LF）の条件下で、一貫した結果が得られることを確認する必要があります。負荷係数 LF = L / (L + S) であり、ここで L はコンベア上の組み立て済み基板の長さ、S は基板間の隙間を表します。 LFが大きいほど、良好な再現性を得ることは困難になります。一般的な高負荷係数の範囲は、製品（部品密度、基板の種類）やオーブンの種類にもよりますが、0.5～0.9です。良好なはんだ付けと再現性を実現するには、実務経験が必要です。.
5. リフローはんだ付けプロセスの利点
- リフローはんだ付けでは、プリント基板を溶融はんだに浸すことはありません。その代わり、局所的な加熱を行います。そのため、部品にかかる熱衝撃が少なくなります。その結果、過熱による部品の損傷リスクが低くなります。.
- はんだは接合部のみに塗布され、熱も局所的に加えられるため、ブリッジングのような欠陥を回避しやすくなります。.
- リフロー工程では、はんだは一度しか使用されません。はんだの再利用は行われません。これにより、はんだが清浄で不純物を含まない状態が保たれ、良好なはんだ接合が確保されます。.
6. リフロー工程の流れ
リフローは表面実装基板に使用されます。その工程は比較的複雑で、主に片面実装と両面実装の2種類があります。.
A. 片面実装：はんだペーストを塗布 → 部品を実装（手作業または機械による） → リフロー → 外観検査および電気的検査。.
B. 両面実装：A面へペースト塗布 → 部品実装 → リフロー → B面へペースト塗布 → 部品実装 → リフロー → 外観検査および電気的試験。.
簡単にまとめると、「はんだペーストのスクリーン印刷 → 部品の実装 → リフロー」となります。重要なのは、正確なスクリーン印刷です。実装の歩留まりは、ピック・アンド・プレース機のPPMに左右されます。リフローについては、温度上昇率、ピーク温度、および冷却曲線を適切に制御する必要があります。.
7. リフロー機の保守規則
リフロー機を使用した後は、必ずメンテナンスを行ってください。これにより、機器の寿命を延ばすことができます。.
- 機械の各部を毎日点検してください。特にコンベヤーのメッシュベルトには細心の注意を払い、詰まりや脱落がないことを確認してください。.
- 機械を修理する際は、感電や短絡を防ぐため、電源を切ってください。.
- 機械を安定させてください。傾いたり、不安定になったりしてはいけません。.
- ある加熱ゾーンの加熱が停止した場合は、まず関連するヒューズを確認してください。（原文ではこの文が途切れているようですが、ヒューズは通常、最初に確認すべき項目です。）
8. リフロー装置の安全および操作上の注意事項
- 身の安全を確保するため、作業員は名札や首から下げるアクセサリーを外さなければなりません。袖がだぶだぶの服は着用しないでください。.
- 高温に注意し、火傷を避けてください。適切な保護具を着用してください。.
- オーブンの温度ゾーンやコンベアの速度を勝手に変更しないでください。.
- 室内の換気を確保してください。排気ダクトは窓の外へと通じていなければなりません。.
締めくくりの要約（短文）
- リフローはSMD基板用です。ウェーブはんだ付けはスルーホール基板用です。.
- リフローでは、制御された加熱と冷却によって、あらかじめ塗布されたペーストを溶融させます。ウェーブは、基板を流動するはんだ波に浸漬する工程です。.
- リフローは温度と酸化を適切に制御できるため、SMT実装で広く用いられている。.
- 最新のウェーブはんだ付けシステムでは、垂直スプレー、より優れた炉材、改良されたフロー設計、混合予熱、局所スプレー、および局所窒素導入が採用されており、歩留まりの向上とコスト削減を実現しています。.
- リフロープロセスとウェーブプロセスのいずれにおいても、適切な温度プロファイル、負荷計画、入念な点検、そして定期的なメンテナンスが、安定した歩留まりを確保するための鍵となります。.
