リフローはんだ付けとウェーブはんだ付け：究極のガイド

イントロダクション

はんだ付けはPCBの製造において広く使用されており、非常に重要です。電子部品をプリント基板に固定するために用いられます。PCB業界では、主にリフローはんだ付けとウェーブはんだ付けの2つのプロセスが採用されています。どちらも有用で、それぞれにメリットがあります。したがって、生産目標、コスト管理、そして製造目標全般の達成に役立つ適切な方法を選択する必要があります。

この記事では、リフローはんだ付けとウェーブはんだ付けの比較について説明します。それぞれの方法を理解することで、どの方法を適用すべきかを判断することができます。製造業者やエンジニアの皆様は、このガイドを参考に、PCB製造計画を改善するための適切な選択を行うことができます。

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、プリント基板の表面にデバイスを実装する最も一般的な方法です。このプロセスは、主にスルーホール部品に関して、ウェーブはんだ付けとは多少異なります。ウェーブはんだ付けは主にスルーホール部品に使用されますが、リフローはんだ付けよりも安価です。

リフローディップはんだ付けでは、微細な粉末はんだとフラックスを接触パッドの部品と混合して塗布します。その後、アセンブリを赤外線ランプに当て、はんだを溶融させて強固な接合を確立します。必要に応じて、個々の接合部をホットエアペンシルではんだ付けすることも可能です。

リフローはんだ付けとウェーブはんだ付けの唯一の大きな違いは、熱がプリント基板に与える影響です。リフローはんだ付けでは、機器を用いて非常に制御された方法で上面から熱を加えます。ウェーブはんだ付けは通常、プリント基板の裏面で行われます。部品は手作業で挿入され、表面を押さえることで接合されます。また、リフローはんだ付けはウェーブはんだ付けよりも工程管理が優れているため、より正確で精密です。

リフローはんだ付けプロセス

リフローはんだ付けは、はんだペーストを用いてプリント基板（PCB）に部品を実装する、電子機器製造における基本的な工程の一つです。ここでは、リフローはんだ付け工程における最も一般的な手順をご紹介します。

1.予熱：

予備工程は予熱です。PCBアセンブリをゆっくりと加熱し、はんだ付けの準備を整えます。この工程には、主に2つの目的があります。

熱プロファイリング: これにより、PCB が回路アセンブリ全体のはんだ付けに適した適切な温度に達することが保証されます。

溶剤の蒸発：予熱は、はんだペースト中の揮発性溶剤の除去に役立ちます。さらに、これらの溶剤ははんだ付けプロセスに影響を与え、はんだ付け接合部の信頼性を低下させる可能性があります。

2. サーマルソーク：

次に、予熱が行われている場合は、アセンブリの熱浸漬段階が続きます。この段階では、はんだペースト内のフラックスが機能するために温度が維持されます。フラックスは活性化される必要があります。活性化は通常、はんだと金属間の濡れ性を向上させるためであり、良好なはんだ接合部を形成するために不可欠です。

3. リフローはんだ付け：

リフローはんだ付け工程では、ペーストが溶融し、部品のリード線とPCBパッドを濡らして冶金接合を形成します。この工程は一般的に以下の手順で行われます。

増加： はんだペーストに供給される熱量を決定するために、最大リフロー温度に温度を調節します。

浸す： 浸漬により、アセンブリがしばらく最高温度に保たれ、はんだが溶けて流れるようになります。

冷却： 最後のリフローは急冷です。ここでは温度を急速に下げ、はんだ接合部を固め、部品をPCB上に固定します。

4.冷却：

リフロー工程の最後の工程は、アセンブリの冷却です。冷却制御は、以下の点で重要です。したがって、以下の点を考慮して冷却速度を調整する必要があります。

溶融したはんだとの機械的および電気的接触が良好であることを確認してください。

コンポーネントやはんだ接合部に影響を及ぼすような熱衝撃を回路に加えないでください。

はんだ付けによって確立された接続が可能な限り強固で耐久性があることを確認します。

5. リフローはんだペースト：

リフローはんだ付け工程では、リフローはんだペーストと呼ばれるはんだペーストを使用します。これは、はんだ合金粉末とフラックス剤を混ぜたペーストです。スクリーン印刷によってPCBアセンブリ上に塗布され、リフローされて固化することで、はんだ接続部が形成されます。

ウェーブはんだ付けとは

ウェーブはんだ付けは、PCB製造において適用可能なもう一つのはんだ付け方法です。多数のPCBを同時にはんだ付けする必要があるエンジニアにとって、ウェーブはんだ付けはより適切な技術です。ウェーブはんだ付け工程は、はんだ付けする部品にフラックスを塗布することから始まります。フラックスは、はんだ付け前に酸化物層を除去し、金属を洗浄します。これは、品質管理に不可欠な作業工程です。

その後、リフローはんだ付けと同様に、精密なはんだ付け工程における熱衝撃の影響を防ぐため、予熱が行われます。はんだはプリント基板上を波打って流れ、様々な部品のはんだ付けが始まります。この段階で電気接続が行われます。その後、冷却技術が適用されます。これにより、温度が最小限に抑えられ、はんだが固まり、所定の位置に固定されます。

ウェーブはんだ付けプロセス

1. フラックス塗布

ウェーブはんだ付けにおいて、フラックスの使用はプリント基板上にクリーンで強固なはんだ接続部を形成するために不可欠です。フラックスは金属表面を洗浄し、酸化物層の形成を防ぎます。そのため、はんだが表面を十分に濡らすのを防ぎます。こうしてフラックスは、ピンと基板間の接合を妨げる酸化物を除去します。さらに、電気接続に影響を与える抵抗係数を最小限に抑えます。

さらに、フラックスは加熱プロセス中のPCBの酸化を抑制するため、はんだ付けプロセスが計画通りに進行します。また、すべての部品が確実にはんだ付けされるように、熱伝導性を向上させる必要があります。さらに、フラックスは用途に適合し、不適合な溶剤による部品の損傷を防ぐ必要があります。

2.予熱

PCBは、まずヒートトンネルコンベアシステムで加熱され、その後、溶融はんだの波に晒されます。この工程は、PCB表面に塗布されたはんだの流れを開始するため、非常に重要です。はんだ付け工程では、はんだが部品と良好な接着を形成する必要があり、これは活性フラックスによって可能になります。また、予熱は、はんだ付け時に問題となるPCB上の水分を減らすのにも役立ちます。予熱とは、はんだ接合部に悪影響を与える熱衝撃を防ぐために、PCBを徐々に加熱することです。さらに、はんだ付け工程に備えて、PCBをはんだ付けに適した温度まで予熱します。

3.ウェーブはんだ付け

ここでは、はんだが制御された波状にPCB表面に塗布されます。加熱されると、基板上のはんだペーストは液体となり、はんだの波を形成します。この波は主にPCB上を通過し、部品を基板に接合し、安定した電気接続を実現します。部品をPCBに固定するだけでなく、溶融はんだは接合部に機械的支持と電気絶縁を提供します。

4。 冷却

その後、PCBは冷却され、はんだ接合部が冷却され、硬化して部品が固まります。冷却は、PCBに残った熱による変形を防ぐため、不可欠です。指定された温度をゆっくりと下げることで、はんだ接合部が固まり、しっかりと接続されます。これにより、ウェーブはんだ付け中に形成される接続部は強固になり、熱や振動に耐えることができます。制御された冷却により、メーカーははんだ接合部の完全性、ひいてはPCBアセンブリの品質を保証できます。

リフローはんだ付けとウェーブはんだ付けの違い

はんだ付けプロセス

プリント基板のはんだ付けは、生産性と費用に影響します。リフローはんだ付けとウェーブはんだ付けは、フラックスの塗布方法が異なります。リフローはんだ付けでは、溶融はんだをプリント基板に流し込む前に、フラックスで金属表面の酸化層を除去します。これにより、比較的速く電気接続が確立されます。リフローはんだ付けでは、はんだペーストにフラックスが組み込まれています。これをオーブンで焼き固めることで、基板全体をはんだ付けすることなく、銅箔をグラスファイバー織物にしっかりと接着させることができます。

用途

ウェーブはんだ付けは、PCBとの接触面積が小さい部品に使用されます。一方、リフローはんだ付けは、PCBとの接触面積が大きい部品に使用されます。スルーホール部品や、基板を1回のはんだ付けで高速にはんだ付けするのに適しています。リフローはんだ付けは、小型でピッチの狭いSMTや表面実装部品に適しています。異なる部品を搭載した基板には、ウェーブはんだ付けとリフローはんだ付けの両方の手法が用いられます。

生産能力

ウェーブはんだ付けは、はんだの流れが一定であるため、大量生産に最適です。一方、リフローはんだ付けは、少数の製品に微細なはんだ付けが必要な用途に適しています。プロジェクトの規模とその詳細に応じて、どちらの方法を選択するかが決まります。

主な違い

ウェーブはんだ付けは、溶融はんだの波を基板に一回流し込み、はんだ付けを行う方法です。一方、リフローはんだ付けは、基板上のはんだペーストを熱で溶かしますが、部品や小型部品を過熱することはありません。さらに、リフローはんだ付けではフラックスがはんだペーストに混入するため、フラックスを広範囲に塗布するウェーブはんだ付けよりも無駄が少なくなります。

適切なプロセスの選択

エンジニアリングの専門家は、プロジェクトの要件に応じて選択を行います。リフローはんだ付けは高精度であるため、温度特性が調整されたSMT部品に最適です。一方、ウェーブはんだ付けは、スルーホール部品の場合、比較的高速で低コストです。複雑な設備をほとんど必要としないためです。ミディアムソリューションは、混合コンポーネントPCBにおいて、高い効率と接合品質を兼ね備えています。

リフローはんだ付けとウェーブはんだ付け：利点と限界

リフローはんだ付けは、プリント基板上に小型部品をはんだ付けするために使用されます。はんだペーストを使用し、適切な温度で良好な接続を確保します。設備投資のため初期投資はある程度必要ですが、サイクルタイムが短く、強固な接続が得られます。リフロー中の温度管理は、欠陥を回避し、最適な結果を得るために不可欠です。

一方、ウェーブはんだ付けは、複数のPCBを最短時間ではんだ付けするためによく使用されます。これは、PCBを溶融はんだの波に浸すことで、スルーホール部品を効果的にはんだ付けします。しかし、配置精度が低いため、繊細なSMD部品や小型のSMD部品には推奨されません。さらに、ウェーブはんだ付けでははんだくずが多く発生し、ブリッジやコールドジョイントなどのはんだ付け不良を回避するために、フラックスにはより細心の注意を払う必要があります。

リフローおよびウェーブはんだ付けの用途

リフローはんだ付けは、スマートフォン、コンピュータ、その他の民生用電子機器などの表面実装（SMT）において広く使用されています。マイクロプロセッサや抵抗器などの小型部品をPCB上に迅速に配置できるため、製品設計者に好まれています。一方、THTアセンブリでは、コネクタ、スイッチ、その他の大型電子部品にウェーブはんだ付けが一般的に使用されています。さらに、この方法はPCBにあらかじめ開けられた穴にリード線をはんだ付けするため、機械的な強固な接続が求められる用途に適しています。

PCBアセンブリに適したはんだ付け方法の選択

PCBアセンブリで使用するはんだ付け方法は、いくつかの重要な要素によって異なります。リフローはんだ付けは、主にSMT部品を使用するアセンブリで一般的に使用されます。これにより、回路製造に使用されるマイクロチップやコンデンサなどの繊細な部品の実装と溶接が可能になります。

スルーホール部品を用いたアセンブリ（スルーホール技術（THT））では、ウェーブソルダリングが可能です。この技術により、PCBのドリル穴にリード線を挿入した状態で部品を適切にはんだ付けし、良好な機械的接続を実現できます。

アセンブリにSMT部品とTHT部品の両方が含まれる場合、複合ソリューションが必要になる場合があります。これは、表面実装部品のリフローはんだ付けとスルーホール部品のウェーブはんだ付けの双方の技術を強化することを意味します。それぞれの方法の適用性は、生産ロット、コスト、PCBレイアウトの特性にも左右されます。

主要なポイント（要点）

この記事では、リフローはんだ付けとウェーブはんだ付けという2つのはんだ付け技術を比較します。それぞれの手順と温度について説明します。リフローはんだ付けについては、エンジニアや技術系企業にとって役立つ簡単な手順で説明します。必要な工具については最後に記載します。リフロー炉を使用しますが、フライパンなど他の器具も使用できます。リフローはんだ付けプロセスは、プリント基板を加熱する炉の温度上昇と設定の影響を受けやすいです。はんだペーストも不可欠であり、最高品質のものを使用する必要があります。