ソルダリングの接合部の補修について | パターン設計開発支援サイト

ソルダリングの接合部の補修について

補修には、
  ・ソルダリング後の自主点検で発見した不良部分の修正作業
  ・設計変更による修正作業
  ・製品がお客様に渡った後、使用中、故障し修理する場合

 があります。

製造工程(過程)においては検査等、

自主点検により検出した規格外に対しては修正します。

作業内容は
  (1)部品の誤実装、故障などによる取替え修理
  (2)ソルダリング接合部の修正、修理
  (3)プリント配線板のパターン、ランド、パッドなどの修正、修理
  (4)設計変更、ロジック変更に対応した取り付け、取外し



作業の一例です。

 ソルダの完全除去 → 洗浄 → フラックス塗布 → ソルダリング → 洗浄

ソルダの除去には吸取り機、ウィッキングワイヤなどを使用します。
 

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鉛フリーはんだの特徴 | パターン設計開発支援サイト

鉛フリーはんだの特徴

鉛フリーはんだは、廃棄された電子機器等から
はんだ成分(主にSn-Pbはんだ)が酸性雨により鉛(Pb)が
溶け出して汚染するという問題解決の為、開発されました。

現在では環境問題に対する世界的な行動により
その使用が主流となっています。

現在実用化されている鉛はんだの特徴を
整理しました。

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ソルダペースト印刷時の注意点 | パターン設計開発支援サイト

ソルダペースト印刷時の注意点

ソルダペーストに求められる材料特性です。
    
 ①印刷性 : かすれ、にじみがなく版抜け性が良いこと。
 ②粘着性 : 部品を保持する粘着力があること。
 ③形状保持性 : 印刷、装着からソルダリング間にだれないこと。
 ④保存安定性 : 通常の作業場の環境化で所定期間、初期特性が維持出来ること。
 ⑤洗浄性 : フラックス残渣、ソルダボールが容易に除去できること。

印刷性を良くする機構的な管理要因です。

 ①プリント配線板とマスクの位置合わせ、精度管理
 ②プリント配線板の平滑性管理
 ③スキージ速度、版離れ速度、印圧の管理
 ④マスクの開口面積と開口側面状態の管理
 ⑤プリント配線板をマスクのギャップ管理 

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洗浄について | パターン設計開発支援サイト

洗浄の目的は、

「ソルダリング接合部の表面からフラックス残渣を除去し、その表面を清浄にすること」

です。


フラックス残渣を洗浄する目的は、

 ①電機絶縁不良を防止する。
 ②腐食防止する。
 ③電気接触不良を防止する。
 ④電気検査時におけるピンコンタクト性を確保する。
 ⑤外観検査を行いやすくする。
 ⑥ソルダボールを除去する。

が挙げられます。

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挿入実装(リード部品)と表面実装(チップ部品) | パターン設計開発支援サイト

挿入実装(リード部品)と表面実装(チップ部品)

・挿入実装
 リード線をカットしフォーミングされた部品を
 挿入した基板を溶融した噴流ソルダに浸漬しフローソルダリング
 が行われます。

・表面実装
 予めソルダペースト印刷と部品が装着された実装基板を
 リフロー装置に通過させ、ソルダリングを行います。

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ソルダリングについて | パターン設計開発支援サイト

ソルダリングについて

金属同士を低音で接合したい箇所、金属同士を接合して

電気的な導通を得たい箇所に使われています。


ソルダリング後に不良になった部品等を取り替えたい場合に

適した接合方法です。


①ソルダリング工法の目的

 ・電気的接続:2つの金属同士を接合して電気的導通を得たい場合

 ・機械的接続:2つの金属同士を接合して両者の位置関係を固定し

  機械的に保持したい場合


②ソルダリング工法の長所

 ・作業性:低コストで容易に接合することができます。

 ・部品交換:故障した部品などを簡単に取り外して部品を

  交換することができます。

 ・低音接続:低温短時間で作業できるため、熱に弱い部品の機能

  を損なうことなく接合できます。

 ・一括多点、多量接続:自動機を使用することによりプリント基板の

  多数の接続部を同時に接続できます。

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熱不足 | パターン設計開発支援サイト

熱不足

はんだこてによる手はんだ付けでは“ぬれ不良”以外にも

はんだ時間が長くなることにより、

レジスト剥がれ、部品の損傷といった重大な問題を引き起こすことがあります。


熱量不足を感じた場合、速やかにはんだこて、こて先を

適切なものに変更する必要があります。


又、同じようなパッドでも、パタンの接続先により

同じ条件でのはんだ付けが不可能な場合もあります。


始業前点検におけるこて先温度の確認も重要です。

測定部とこて先の接触不良(位置ズレ)、

こて先が温まる前の計測終了(電源入れた直後の計測終了、

温度上昇前の計測終了)にも注意が必要です。

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ブローホール、ピンホールの原因と対策 | パターン設計開発支援サイト

ブローホール」とは、

ソルダフィレット上にできる孔のことです。


はんだ内に発生したガスが表面に浮き上がり、開口部分が

ギザギザになった状態が特徴ですが、

スルーホール内部にボイドがありながら外部からは孔が

あいているように見えない状態もあります。

ピンホール」とは、

はんだの下に空洞などがあり、そこから表面まで微細な穴が

発生した状態のことです。

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プリント基板のフローはんだづけにおける、

ブローホール・ピンホールは基本的に同じ原因によります。


はんだ槽からプリント基板が離脱した瞬間に、ホール内のガスが

放出された痕跡がブローホール・ピンホールとなります。

プリント基板に水分やガスが吸着していると、

それが原因となるため、梅雨時期など多湿の場合に発生しやすく

なります。

また、

 ・プリント基板のスルーホール径の大きさ

 ・ランドの酸化、汚れ ・スルーホールのメッキ不良

 ・部品の酸化・汚れ

 ・作業条件(工程の管理規格・管理状態)

といった事項も発生原因になります。

対策としては、

プリント基板のスルーホール径とリード径のクリアランスの適正化、

基板、部品のリードに汚れ・酸化の無いように適切に管理すること、

予備加熱温度の適正化、ソルダ温度、マシンのコンベア速度を

遅くすることなどが挙げられます。

ガスがはんだ槽内で放出されれば、再び溶融はんだにより

ホールが塞がれた状態となります。

コンベア速度を遅くするとフラックスが劣化しやすくなり、

ブリッジ等、他の不良が発生する場合がありますが、

はんだ槽の温度を低くすることで防ぐことができます。

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Sn-Pb系のソルダの種類 | パターン設計開発支援サイト

Sn-Pb系ソルダでよく使用されるものは

通常 Sn30% 〜 63%程度のものです。


この範囲のソルダの主の性質と用途をまとめました。

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電子工業用ソルダの種類 | パターン設計開発支援サイト

電子工業用ソルダの種類です。

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ソルダリングに関する用語 | パターン設計開発支援サイト

ソルダリングに関する用語です。


・酸化皮膜
 一般に空気中に晒された金属表面は酸化物となっており、これを酸化皮膜といいます。
 酸化皮膜があるとソルダが母材に綺麗にぬれません。

・反応
 2種類以上の金属元素の相互作用によって別の金属物質に変化すること。

・溶融
 溶けること。又、溶かすこと。固体が加熱などにより液体になる現象。

・相互拡散
 金属が他の金属とお互いに交じり合う現象。

・活性化
 特定の機能が活発になること。反応性が高まること。

・溶解
 気体、液体、固体が他の液体あるいは個体に溶け出して混合し均一な状態となる現象。

・金属間化合物
 2種以上の金属が結合し、新しい性質をもつようになった化合物。
 合金に多くみられます。

・合金層
 ある金属に他の金属や非金属を溶かし合わせたもの。

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部品の冷却 | パターン設計開発支援サイト

・ダイオードの冷やし方
発生した熱は主にリード線を経由してプリント基板のパターンから放熱されます。

ダイオードの順方向電流が大きい場合(5A〜30A程度)、
ダイオードに放熱フィンを取り付ける必要がでてきます。

TO-220パッケージ、TO-3Pパッケージは裏面にカソード電極又はアノード電極が
剥き出しになっており個別に放熱フィンを取り付けて効率的な放熱が可能です。

カソード電極又はアノード電極が出ていない絶縁タイプは共通の放熱フィンに
取り付けられるようになっています。

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コンデンサの種類と特質について | パターン設計開発支援サイト

コンデンサの種類と特質について

・アルミニウム電解コンデンサ
電源回路などに一般的に広く使われているコンデンサ
大容量で安価です。
極性があり、周波数特性が低く、容量抜け、容量精度が悪く寿命が短い等の欠点もあります。
一般的なものは形状が円柱型で、仕様の概要は
容量範囲 0.1μF〜10mF 耐圧:6.3WV〜350WV となります。

・フィルムコンデンサ
プラスチック系フィルムを用いたポリエステルコンデンサ(通称:マイラコン)と
ポリスチレンコンデンサ(通称:スチコン)があり、極性が無く、周波数特性も比較的良好なこと
から主にアナログ系回路(微小信号回路、オーディオ、計測、高圧回路等)に使用されています。
一般的な仕様は、容量範囲 100pF〜1uF、耐圧 50V〜数kV、
外観色は灰、黄、紅、赤など様々です。

・マイカコンデンサ
誘電体が雲母(マイカ)を使用していることからこの名称です。
特性として、極性無し、高周波領域での損失が少なく、
高周波回路(同調回路、フィルタ、位相補正用等)に向いています。

電極は金属蒸着で形成され、容量精度が高く、温度係数も低く安定しています。
静電容量は小さく、1000pF以下が主流です。


・セラミックコンデンサ
誘電体にセラミックを使用し、無極性で円盤型が一般的です。
小型で高周波特性に優れ、誘電体の特性によって任意の温度係数が得られるなどの
特徴があります。

用途として、低誘電率系のものは高周波回路(同調回路、水晶発振回路、温度補正用)向きです。
仕様として容量範囲 1pF〜100uF、耐圧:25V〜数kV。
外観色は茶、灰、緑、青などがあります。

回路上では特に断りの無い箇所にはこのタイプのコンデンサが多く使用されています。

はんだのこて先の選定要素 | パターン設計開発支援サイト

はんだのこて先の選定要素

選定要素に、
・熱伝導性に優れている材質であること
・はんだのりが良いこと があります。

はんだこては、熱伝導形をしており、直熱形と比較して熱効率が悪い
という反面、こて先が交換でき安価となる等のメリットがあります。

こて先の選定ポイントとして
・こて先が急速に加熱出来る材質であること(熱伝導性に優れる。)
・はんだ濡れ性が良い(はんだののりが良い)
・作業温度に達した後の熱伝変動が少ない(熱容量が大きい)
・重量が軽く、バランスの良いこと
・熱効率が良いこと

などが挙げられます。

実機を借用し使い勝手、はんだの仕上りを確認することも選定手段のひとつです。

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チップ部品のはんだ付け作業 | パターン設計開発支援サイト

チップ部品のはんだ付け作業 


チップ部品は熱容量が小さく耐熱性の低い部品も 多い為、

こて先を直接接触させないよう、かつ 加熱し過ぎないように

素早く行う事が必要です。 


はんだ付け作業は、

配線板のパターン、ランド部分を 加熱することで、

はんだの流れを良好にし、 そこへはんだを溶融し接合します。 


半導体素子など熱に弱い部品の場合は、

部品本体が 過熱しないよう手早く行う事もポイントです。 


部品面と配線板の銅箔面に自然にはんだが流れこみ、 

光沢を有する富士山のような形状にすると“良い” とされ、

「ぬれ性が良い。」とも言われます。 


良好な換気を有する場所で行う事も必要です。 

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リフローソルダリング | パターン設計開発支援サイト

リフローソルダリング

一括リフローソルダリングは、一体化したトンネル炉内に、

予備加熱部、本加熱部、冷却部を構成し、
コンベアでその炉内に、予めソルダペースト塗布と
実装部品が搭載されたプリント配線板を通過させて、
ソルダリングする方式です。

この方式では、炉内の温度分布とコンベア速度が最も重要で、

搭載部品と基板の熱容量に合致した適切な温度プロファイルを

作って作業を行う必要があります。



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電子部品の静電破壊について | パターン設計開発支援サイト

電子部品の静電破壊について
乾燥した冬の季節になると、静電気に悩まされる方も多いと思います。 
電子回路(半導体集積回路など)にとっても、プロセスルールの微細化
により耐電圧が低下傾向にあるため静電気などのサージによる破壊が
起きやすい季節とも言えます。 
  電子部品が静電気によって破壊される現象を静電破壊と言います。
静電気の発生原因
 静電気の発生原因のひとつに、2つの物質がこすれて起こる摩擦帯電
 があります。このときの帯電量が静電気の強さになります。
電子部品の静電破壊モデル
 ・人体帯電モデル(HBM)
  人体に帯電している静電気が電子部品に放電されて起こる静電破壊。
 ・マシンモデル(MM)
  装置に帯電している静電気が電子部品に放電されて起こる静電破壊。
 ・デバイス帯電モデル(CDM)
  電子部品自身が帯電していて、外部に放電された際に起こる静電破壊。
静電気を流出させない対策
 対策としては接地をすることにより、帯電した静電気を逃がす方法が
 効果的です。
 製造工程では、リストストラップ、帯電防止マット、帯電防止衣服などの
 対策が実施されます。
静電気を発生させない対策
 ・帯電防止スプレー
  絶縁体は電気が移動にくいため、帯電防止スプレーを使用して絶縁体の
  表面に導電性の皮膜を作ることによって帯電を防止します。
 ・湿度管理
  乾燥していると、静電気が発生しやすくなります。湿度が高いと絶縁体の
  表面に水分が多く付着し、導電性の皮膜と同様の効果があるため帯電
  が抑えられます。
 ・除電
  除電器により、+と−のイオンを出すことにより、静電気を電気的に中和し
  帯電を減らすことができます。
最後に、電子回路を静電気や雷などの高電圧サージから守る部品として
ダイオードやバリスタが使用されます。 

はんだショート | パターン設計開発支援サイト

はんだショート

はんだショートの原因は、「印刷にじみ」、
「はんだ量多」、「加熱だれ」などはんだボール
の発生原因と似ています。

印刷厚の増加でパッド間ショートは起こりやすく
なり、リフロー後のショートに繋がります。
ペースト種による程度の違いも認められます。

連続印刷時の粘土変化や裏拭きの不備により、
印刷時にショートする場合もあります。
マスク裏面に付着したはんだでマスク/基板間に
隙間が出来、部分的に印刷にじみが発生し、
ショートのへ原因になる場合もあります。


はんだ飛びによって発生するショートもあります。 

  「ペーストの吸湿による水の突沸」、

「部品電極のめっき不良によるはんだ爆ぜ」はよく知られている
内容です。又、繊維状異物を中立ちにショートする場合もあります。

一般的なはんだショートが比較的広い範囲で短絡して
いる事に対し、この類は、細線状にショートしているのが特徴です。 

部分加熱法とは | パターン設計開発支援サイト

部分加熱法とは
パッケージのリード、実装基板を局部的に加熱する 方法で、

「はんだごて」、「ホットエアー」の2種類有り。 


特徴はデバイスやプリント配線板への熱ストレスは 小さい。

但し、量産性に乏しい。 

その為、はんだ付けの手直し、耐熱性の弱いデバイスに多く採用されています。 


全体加熱法とは 

パッケージ、実装基板全体を加熱する方法。 「赤外線加熱」、「温風加熱」、「温風・赤外線 併用加熱」、

「VPS加熱(ベーパーフェイズソルダリング)」、「フロー(噴流)加熱」

の5種類有り。 


特徴は量産性、ランニング・コストに優れていること から、

一般に広く利用されています。

 但し、デバイス、プリント配線板への熱ストレスが 大きい欠点がある為、

実装時の条件出し(設定) が重要です。 

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ソルダペーストの劣化によるはんだボール | パターン設計開発支援サイト

ソルダペーストの劣化によるはんだボール
ソルダーペーストの劣化は、
①長時間印刷による劣化
②リフロー中の劣化
③保管時の劣化
の3種類にわかれます。
ソルダーペーストを長時間印刷すると、粘土、
チキソ比の上昇による印刷不良を起こす場合は
あります。
この時、金属塩の形成で活性剤の還元力が低下し、
はんだボールが発生する場合もあります。
“使用時間限定”、“ペースト追加供給”、
“作業環境温度の調査”等の対策が有効となります。
リフローでは、部品間の温度差を一定にするため
プリヒートされますが、その時間が長いと活性剤劣化、
はんだ粉の酸化を招きはんだボールを増加させます。
大型部品搭載などの影響でリフロー時間が長くなる
場合は、N2炉、高耐熱性を謳ったソルダーペーストの
利用を検討する必要もあります。
※チキソ比
粘度計の測定で、回転数と粘度のデータから得られる
傾きから、チキソ性の程度を 表す指数となるもの。
※チキソ性
粘度の高い液体に力を加えると流動性が生じる性質
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