はんだ付け

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はんだ付け(はんだづけ、: soldering)とは、はんだによって金属をつぎあわすこと[1]。また、はんだでついだもの[1]半田付けとも、ハンダ付けとも表記される。

概説[編集]

はんだ付けは、はんだによって金属をつぎあわすことであり、下記のツリーで示されるように、ろう接(鑞接、ろうせつ、brazing and soldering )の一種ともされる。

同じように熱を加えて金属をつなげる溶接とは、溶接は「型を使わない鋳物」であり、母材の金属を違う形に変形させて1つにしたものなのに対し、ろう接は母材に染みこんだり(表面の色が変わる程度)溶かしたりはせずに、隙間を埋めることで密着させているだけで熱すればまたきれいに外れる(溶接は切断でもしないと外れない)という違いがある[2]。 ろう接は(溶接などと比べれば)あまり接合の強度が必要とされない用途に用いられる。

ろう接(brazing and soldering)
 ├ ろう付け (brazing)
 └ はんだ付け(soldering)

手作業で行う場合は、はんだごてを用いて作業することが一般的である。なお(やや特殊ではあるが)直火で加熱する方法もある。

ハンダ付けされる主な金属としては、真鍮トタンブリキなど)、およびそれらにニッケルなどをメッキしたものが挙げられる。

なお、金属にハンダが付着するためには表面の酸化膜がないことが条件のため、酸化被膜が強いアルミニウムステンレスは普通のフラックスでは無効で、ステンレスはそれでも専用のフラックスで接着可能だが、アルミニウムはハンダ自体も高熱で溶ける専用のものが必要で、普通のハンダでは接着できない。 またこれ以外の一般的にハンダ付けできるとされる金属でも、トタン板はヤニ系のペーストでは表面の亜鉛の膜のみで下の鉄につかず、塩酸か塩化亜鉛。鉄も軟鉄・鋼・工具鋼などはペーストではノリが悪くリン酸のフラックスを使った方が良い、逆にブリキは表面がスズのためハンダのノリがよくフラックスなしでもつくなど、フラックスの処置は対象物に応じて使い分ける[3]


はんだごてによる、電子回路のはんだ付け

接合された金属と金属の間に良好な導電性をもたらす(電気を良く通す)ので、しばしば電線端子コネクタプリント基板電子部品類 等々等々を接合するために、つまり電気回路電子回路をつくるために用いられている。

またハンダ付けは、ステンドグラスアクセサリー等を作るためにも用いられている。→#ステンドグラスのハンダ付け#他

なお、はんだを加熱した際に出る煙(ヒューム)は毒性があるので、作業中は部屋の換気をすることや、ファンなどで風をつくり煙を遠ざけるようにして吸わないように工夫することが薦められている。

工場でのプリント基板のはんだ付け[編集]

センサーの微細なはんだ付け

工場でのプリント基板のはんだ付けの方法には、大きく分けてフロー方式リフロー方式がある。

フロー方式(Flow方式)
はんだ槽に溶かしておいたはんだの表層にプリント基板の下面を浸すことによって、はんだ付けを行う方法。主に脚付き部品(手差しライン含む)に使用するが、表面実装部品を両面実装する場合にも使われる。この場合は部品が落ちないようにあらかじめディスペンサを使用して基板に接着剤塗布を行い、仮固定しておく。
はんだ槽のタイプには、はんだ液面を動かさない静止槽(DIP方式)と、はんだ液面に波を立てる噴流式(フロー方式)はんだ槽とがある。
噴流式は83年頃からの登場。
現在ではフロー方式の噴流はんだ槽もDIP槽と呼ぶ場合が一般的。
リフロー炉
リフロー方式(Reflow方式)
プリント基板上にはんだペースト(はんだの粉末にフラックスを加えて、適当な粘度にしたもの)を印刷し、その上に部品を載せてから熱を加えてはんだを溶かす方法。SMT(表面実装技術)と呼ばれ、表面実装型の部品に用いる。部品の小型化・高密度実装化の進展に伴い、この方式が主流となり、改良が行われている。アルミ電解コンデンサなどの部品も、小型化・耐熱化が図られ、リフロー方式に対応するようになっている。加熱方法には、赤外線式や熱風式などがある。
実際の手順は以下のように行われる。
  1. 部品の接合する予定部分にはんだペーストを塗布する。通常は、穴の空いたステンレス製の型紙(メタルマスクステンシル)上で、スキージ(へら)を使ってはんだペーストをしごくことにより、必要箇所に一定の厚さで転写を行う。これを自動で行う装置がクリームはんだ印刷機である(ガリ版印刷やスクリーン印刷と同じ方式である)。
  2. 塗布された部分に部品を実装する。通常は、NC制御のチップマウンタ(表面実装機、部品装着機)で行う。基本的には微小チップ部品から実装を行い、QFP等の大型部品は最後に実装する。
  3. プリヒート=リフロー炉の中で、基板と部品を予熱する(一般的には150℃から170℃程度)。予熱の目的は部品への急激な熱衝撃の緩和、フラックスの活性化促進、有機溶剤の気化などがある。
  4. 本加熱=はんだが溶ける温度まで、短時間高温にする(一般的には220℃から260℃)。はんだの成分組成により溶融温度が異なるが、鉛フリーはんだの場合高温にする必要がある。高温になると金属表面の酸化が進行し濡れ性が悪くなる。また、耐熱保証温度が低く鉛フリー工法には適さない部品もあるので、事前に確認が必要である。
  5. 冷却=自然冷却が一般的だが、部品への熱ストレス時間を短縮する為にも急激に冷却することが推奨されている。特に鉛フリーはんだを使用する場合は引け巣発生防止のためクーラーでの急冷が必要。
これらのほとんどが自動化化されている。
特に集積度が高く多くのピンを持つICでは、リードレスタイプのパッケージが多用されている。BGA (Ball Grid Array)と呼ばれる、IC側にボール状のはんだがあらかじめ形成されたパッケージが使われることがあるが、この場合も基本的にはリフロー方式で行われる。

電気・電子回路のはんだ付けに関する用語[編集]

イモはんだ
はんだごての温度が高すぎる為はんだが酸化したり、温度が低すぎるなどの原因でうまく接合できずにはんだがデコボコになっている状態のこと。形状や練度の低い技術者を、やイモっぽい事を揶揄して、このように呼ぶ。強度や導通が不十分ではんだ割れしやすく、良くないはんだ付けの代名詞となっている。
目玉
はんだの量が少ない、もしくは、ランドと部品足に均等に加熱出来ていないために基板の銅箔部分のみにはんだがつくこと。部品の足にはんだがつかず、見た目が目玉のように見えるためこのように呼ぶ。
ブリッジ
目玉とは逆にはんだの量が多く、コテ先が摩耗して太くなった状態で加熱するために、周囲のランドや部品足なども加熱してしまったり、加熱時間が長くなると起きる不良。多くつけすぎたはんだや長すぎるリード線が不必要な部分にまたがりショートしている状態。橋が架かっているように見えるためこのように呼ぶ。ミスとして起こるものの他に、配線作業を簡単にするため、意図的にブリッジを作る場合もある。
天ぷらはんだ
接合する部分の汚れや、ランド表面が酸化した状態、フラックス量が少ないなどにより、はんだが表面だけに付着して接合が十分にできないこと。接合部分からはがれる様を天ぷらの衣に喩えてこのように呼ぶ。
追いはんだ
上記のようにはんだ付けが不十分な状態である場合に、新しいはんだを追加し、再加熱、再接合を行うこと。
呼びはんだ(予備ハンダ)
呼び水同様に「はんだを誘うための」はんだ。
ケチハンダ
ハンダ使用量を抑えるために、ハンダ溶融槽の温度設定を高くしたことで、ハンダの盛りつけ量が少なくなり、重量のある部品や発熱する部品の、足の部分のハンダが割れてしまったり、ランドが剥がれてしまうような状態で、経年変化や輸送時の衝撃によって、不具合が発生する。下図の左側の写真の状態。いわゆる叩くと一時的に治る。という場合はこの状態が多い。東芝製テレビに多く、修理技術者は、メーカーが東芝製であることを聞いたときに、ハンダとハンダゴテを持って取り敢えず向かう。とか、逆さにすれば治る。という業界ネタでもあった。

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脚注[編集]

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  1. ^ a b 広辞苑第六版「半田づけ」
  2. ^ モデラーの基礎知識 やさしいハンダ付け<3>」伊藤剛『鉄道模型趣味』№.588、機芸出版社、1994年8月号、p.62-63
  3. ^ モデラーの基礎知識 やさしいハンダ付け<1>」伊藤剛『鉄道模型趣味』№.585、機芸出版社、1994年6月号、p.30-31。

関連項目[編集]

外部リンク[編集]