電子設計 - PCBA溶接原理と手動溶接技術

はんだ付けはPCBA加工において非常に重要な一部である。現在の自動溶接プロセス（SMT、Wave Soldeirng）は非常に一般的になっているが、手動溶接（Toucu-up）は完全に回避されていない。、特に修理（補溶接）操作では自動溶接では代用できない。

熟練していない手作業の溶接技術は高品質の溶接欠陥（冷溶接、空溶接、仮溶接、ブリッジ、短絡）を発生するだけでなく、回路の動作異常を引き起こすだけでなく、さらに深刻なのは、溶接中に電子部品を破損したり、通電後に部品が焼失したりする可能性もある。そのため、どのようにすべての電子製造に従事する人員が溶接の原理と概念を理解し、実施することを確保してこそ、電子製品の溶接品質を効果的に保証し、向上させ、製品に欠陥が発生する確率を下げ、さらに製品の使用寿命を延長することができる。

なぜ溶接が必要なのでしょうか。

溶接の主な機能は、個々の電子部品を接続して、相互に電子信号を通信することを目的としている。2つ目は、電子部品を回路基板に固定することです。そうしないと、電子部品が動かずに落ちてしまい、動作しなくなります。

記事上部の画像は回路基板の断面図です。図では、半田、銅箔パッドと部品ピンの関係を見ることができます。素子ピンはPCBの銅箔パッドに溶接で接続され、銅箔パッドは他の素子ピンに接続され、完全な電子回路を形成する。

溶接とは？

簡単に言えば、ろう付けとは、2つの金属の間に2つの金属よりも低い融点を持つ金属半田を添加することである。この半田はまた、2種類の金属と相互作用し、化学反応を起こし、最終的に界面金属を形成しなければならない。化合物（IMC）、それらは互いに結合している。

手動溶接の手動方法は、2種類の金属を同時に「鉄」で加熱し、半田を加えて溶かすことである。溶融した半田は、電子部品のピンと回路基板上の銅箔パッドとの間の隙間に浸透し、それらを覆っている。最終的には、電気信号伝送の中継媒体として双方が結合して強固になるだろう。

したがって、はんだには3つの要件があります。

土壌の融点は低いはずだ。動作可能な材料を見つけないように、温度は電子製品の動作と貯蔵温度を下回ってはならない。

土壌は一定の電子伝導性を持っている。導体または半導体。

土壌は一定の溶接強度を持ち、一定の耐衝撃性を有する。

上記の要求に基づいて、現在のPCBA加工は通常、はんだとして「錫」を用いているため、「はんだ」と呼ばれているが、電子部品のピンや回路基板はほとんどが「銅」材料で作られており、ニッケル、錫、銀などのめっき金属は表面溶接が最も多い金属である。

「合金」を使用するのは半田の融点を下げるためであり、各種の半田付けの需要を満たすこともできる。例えば、少量の「銀」を添加するのは、より良い濡れ性を得て、半田強度を強化し、疲労抵抗性を高めるためである。半田ペーストに少量の「銅」を加えることで半田点の強度を高めることができ、少量の銅でも半田のこて先への腐食を減らすことができる。

実際、これは非常に興味深い問題であり、なぜ2つの高融点金属が一定の割合で混合されると、その共晶点が大幅に低下するのか。

ようせつげんり

溶接の原理はそれとは関係ありません。それは「温度」を利用して半田を溶融し、電子部品をPCB基板に接続します。温度が融点以下に冷却されると、はんだが凝固して結合します。

しかし、手動溶接はSMTリフロー炉のように完全に加熱することはできず、人間はこのような高い温度に耐えられないため、溶接対象物と半田を加熱するために「電気こて」単点熱源を設計したが、これはこの時有効である。伝導は非常に重要になります。

手動溶接では、はんだごてで発生した熱を使用して、部品のピンと銅箔パッドをはんだの融点より高い温度に急速に加熱しますが、溶融部品と回路基板の温度まで高くしないで、その後、はんだを加熱領域に当てて、融点を超える温度に接触すると、元のソリッドスズ線は自然に液体になり、溶接点とリードの間と周囲全体に均一に流れます。はんだごてが取り外されると、熱源のない液状はんだが自然に冷却され、温度がはんだの融点より低いと凝固し、溶接作業が完了します。

以上の説明に従って、特に注意する必要がある点がいくつかあります。

墋ªの最高の電気アイロン加熱原理は最短時間で、最低の温度で最適な溶接品質を完成することであるべきである。これは、ほとんどの電子部品や回路基板が高すぎる温度に長時間耐えることができないためであり、そうしないと電子部品が破損したり、銅箔パッドがはがれたりする可能性がある。また、半田を長時間加熱すると、半田線中の半田が完全に揮発して失効することもあり、半田品質に悪影響を与える。

墋ªこての熱容量は十分でなければならない。アイロンの熱エネルギーは電気的に変換されるので、その熱容量はパワーワット数によって決定される。ワット数が大きいほど、熱容量が高くなり、熱補償能力が高くなります。最初に冷却された部品と銅箔マットの上にアイロンヘッドが置かれると、熱が下部にあふれ始めます。アイロンは、加熱要件を満たすために十分な熱を連続的かつ安定的に供給しなければならない。ワット数が小さすぎると、加熱温度が不安定になったり不足したりして、虚溶接と空溶接が溶接できないという欠点があります。

一部のPCBパッドは大面積の銅箔に接続されており、「放熱」は設計されていない。それらの吸熱速度はさらに恐ろしい。この場合、大出力のこてを使用するほか、より大きな形状を使用する必要があります。アイロンヘッド（ヘッド）、例えばナイフ型アイロンヘッドは、その接触面積を増加させ、熱伝導効率を向上させる。

良い溶接効果とは？

良好な溶接によって、溶接材料を徐々に拡散させることができます。

墋ª半田と半田の表面とアセンブリピンは自然な弧を描くべきである。

溶接効果がよい

電気はんだごてを正しく使用して電子部品を回路基板に手動ではんだ付けするには？

墋ªはんだごてヘッドを用いてはんだ付けを行う場合、回路基板上の銅箔パッドと電子部品のピンを約1〜2秒加熱して一定の温度に加熱することをお勧めします。同じ時間に少量の半田を加えることもできます。アイロンヘッドの先端部は、アイロンヘッドと溶接対象物との接触面積を増加させることができ、銅箔パッドと電子部品のピンに熱エネルギーをより効果的に伝達することができる。

墋ªは溶接対象物の温度が上昇するのを待ってから、大量の錫線をアイロンヘッドに送り、溶接が必要な銅箔パッドとリードの間を半田が本当に濡らし、さらにそれらを包み込むことを確保する。

銅箔パッドとピンの温度が上昇するまで、すべての半田を一度にアイロンヘッドに注入しないでください。これにより、温度が上昇していない箇所にはんだがオーバーフローし、はんだ付けや半田付けなどの不具合を招きやすくなる。

手動PCB溶接技能

墋ªはんだヘッドが回路基板のパッドとアセンブリのピンに接触した場合、最短時間で溶接が完了し、熱源が除去されることを確認します。鉛フリー錫導線SAC 305の融点は217ºCであり、通常のこての温度は350ºCの間になる。溶接点の高温と長時間の局所加熱は、電子部品や回路基板を損傷しやすい。金属材料ではありません。耐えられないが、プラスチック部品や糊は耐えられない。材料の熱膨張係数を考慮しなければならない。

墋ªは電気アイロンで溶接した後、速やかにアイロン先端を溶接箇所から取り外さなければならない。除去が遅すぎると、はんだチップが形成されます。これは、液体半田が高温アイロンヘッドに従って移動するためである。アイロンヘッドが溶接点から一定距離離れると、はんだが引き抜かれ、糸引きヘッドが形成される。迅速にアイロンヘッドを除去するはんだが破断すると、アイロンヘッドのはんだがはんだ点に戻るのを促進することができ、はんだ点の残留温度はリバウンドしたはんだを吸収し、美しいアークを形成することができる。