PCBニュース - PCBA加工ペースト溶接技術を紹介する

PCBA加工ペースト溶接プロセス基板上の各種表面実装部品の相互接続ピンを紹介し、凸脚、鉤脚（J-Lead）、球脚、足がないがパッドしかない場合でも、まず基板表面に取り付けなければならない。半田ペーストはパッドに印刷され、各「足」は溶融半田ペーストによる永久半田付けの前に仮止めされ、貼り付けられます。原文中のリフローとは、はんだペースト中に溶融した小球状はんだ粒子が各種熱源により溶融され、再びはんだスポットに溶接される過程を指す。一般的なPCBA業界は、日本の用語「リフロー溶接」を無責任に直接引用しているが、これは実際には適切ではなく、リフロー溶接の正しい意味を十分に表現していない。「再溶融」または「リフロー」と直訳されれば、なおさら不可解である。

1.溶接ペーストの選択と貯蔵：現在、溶接ペーストの最新の国際標準はJ-STD-005である。半田ペーストの選択は、印刷ペースト層の最適な一致性を維持するために、（1）スズ粒子（粉末またはボール）のサイズ、合金成分の規格などに重点を置いて、半田パッドとピンのサイズ、および半田の体積と半田の温度条件に応じなければならない。（2）半田ペースト中のフラックスの活性と洗浄性は何ですか。（3）半田ペーストの粘度と金属重量比の含有量はどのくらいですか。半田ペースト印刷後には、部品の配置やピンの位置決めにも使用する必要があるため、正の粘性（粘性）と負の陥没（崩落）、元の包装後の実際の開口部が必要です。作業寿命（working life）も考慮されている。もちろん、それは他の化学品と同じ観点を持っていて、つまりまず溶接ペーストの品質の長期安定性を考慮しなければならない。次に、長期保存されている半田ペーストは冷蔵庫に入れなければなりません。取り出すときは室温に調節するのが望ましい。これにより、空気中の露が凝結し、印刷点に水が溜まり、高温溶接時にスズが飛び散る可能性があります。各小瓶を開けた後の半田ペーストはできるだけ使い切る必要があります。スクリーンまたは鋼板上の残りの半田ペーストは掻き戻してはならず、再使用のために元の容器の残りの材料に保管しておく必要があります。

2.半田ペーストの半田付けとプリベーク：半田ペーストの板上パッドへの分布と応用について、最も一般的な量産方法は「スクリーン印刷」またはテンプレート印刷法である。前の画面では、画面自体はキャリアにすぎず、正確なパターン化された板膜（テンプレート）を個別に取り付け、半田ペーストを各種の半田パッドに移す必要がありました。このスクリーン印刷方法はスクリーンを作るのがより便利で、より安く、少量の異なる製品やサンプルを作る過程にとって非常に経済的である。しかし、その印刷は耐久性がなく、精度と加工速度は鋼板印刷に及ばないため、前者は台湾PCBA組立業者の量産にはあまり使われていない。

鋼板印刷方法については、0.2 mm厚のステンレス鋼板を、所望の開口を得るために、所望の開口を得るために、局所化学エッチングまたはレーザーアブレーション処理方法を用いて両面精密透かしを行う必要があり、それによって半田ペーストをプレスおよび漏洩することができる。印刷は、板表面の半田板上で行われる。側壁は、ペーストが通過して蓄積を減らすために滑らかでなければならない。そのため、中空部分のエッチングに加えて、毛髪を除去するために電気研磨（electropolishing）が必要となる。さらに、表面の潤滑性を高め、ペーストの通過を促進するためにニッケルめっきも使用されている。

上記の2つの主要な方法の他に、2つの一般的な半田ペースト分配方法があります：注射器分配と小ロット生産の浸漬転移。回路基板の表面が平らでなく、スクリーン印刷法を使用できない場合、または半田ペーストの斑点が多くなく、分布が広すぎる場合、注射法を使用することができます。しかし、点が少ないため、加工コストは非常に高価である。半田ペーストコーティングの量は、針管の内径、気圧、時間、粒径及び付着力に関係する。「多点移動法」については、アレイのパッケージ基板（基板）、例えば小板を固定するために使用することができる。移動量は接着度と先端寸法に関係している。

すでに敷かれている溶接ペーストの中には、溶接ペースト中の溶媒を除去するために、部品をピンに置く前にプリベーク（70 ~ 80℃、5 ~ 15分）を行う必要があり、それにより、後続の高温溶接時に媒体が飛散することによる溶接ボールを減少させ、溶接点中の空隙を減少させる、しかし、この印刷後に加熱して焼くと、足に踏んだときに粘着力が低下しやすい半田ペーストが崩れることがあります。また、プリベークが過剰になると、粒子表面の酸化により、溶接性能が劣り、溶接ボールが不測の結果となることもある。

三、高温溶接（リフロー溶接）

1.一般的な高温溶接は、赤外光、熱空気、または熱窒素ガスなどを利用して、印刷されて各ピンに付着した半田ペーストを高温で溶融させ、半田点を形成するものであり、「半田付け」と呼ばれる。1980年代にSMTが台頭した当初、その熱源の大部分は最適な加熱効率を持つ放射赤外線（IR）ユニットから来ていた。その後、量産の質を高めるために熱風を増やし、赤外線を完全に放棄して熱風ユニットだけを使用した。最近では、「不潔」のために、さらに「熱窒素ガス」に変えて加熱せざるを得ない。溶接される金属表面の酸化を減らすことができる場合、「熱窒素」は品質を維持し、環境保護を考慮することができ、これはもちろん最善の方法であるが、コストの増加は極めて致命的である。

上記3種類の熱源に加えて、初期には蒸気溶接が用いられていた。高沸点有機溶媒の蒸気を用いて熱源を提供する。このような空気のない環境にあるので、酸化もフラックスも必要ありません。その後は清掃保護装置は必要ありません。これは非常にきれいなプロセスです。欠点は、高沸点（BP）溶媒（例えば、3 M FC−5312、沸点215摂氏度）が非常に高価であり、またそれらがフッ素を含むため、長期使用中に必然的に亀裂し、いくつかの強酸フッ化水素酸（HF）を生成することである。毒薬は、「墓石法」（Tombstone）の欠点を加えて、板の上の小さな部品からよく出てくるので、この方法は今では大規模な生産から解消されている。

もう1つの特殊な方法は、レーザー（CO 2またはYAG）の熱エネルギーを使用して、非トーチ接触下で1つの溶接点を1つずつ溶接することである。この方法は急速な加熱と冷却の利点があり、極小かつ微細な溶接点に非常に有益である。一般的な大型電子製品にとって、これは非常に現実的ではありません。手動溶接ガン法に類似した他の「熱棒」溶接は、高抵抗加熱を用いた局所溶接方法である。オーバーホールに使用できますが、量産の自動化には役立ちません。

2.赤外線と熱風によく見られる赤外線は、（1）波長が0.72 ~ 1.5μmの「近赤外」に大別され、可視光に近い。（2）波長1.5〜5.6μmの「中赤外線」（Middle IR）。（3）一方、「遠赤外」（Far-IR）の熱エネルギー波長は5.6 ~ 100μmと低い。赤外線溶接の利点は：加熱効率が高く、設備の維持コストが低く、「墓石」の欠点は蒸気溶接に及ばず、高温熱気と一緒に操作できる。欠点は、上限温度がほとんどないことであり、これはしばしば火傷を引き起こし、甚だしきに至っては溶接対象部品が過熱により変色し劣化し、PTHカード脚を溶接できないSMDしか溶接できないことである。赤外線の熱源は蛍光長管状T 3タングステンフィラメント管であり、近赤外直射日光に属し、熱量は大きいが、影や熱量不足も生じやすい。次はニッケルクロム合金管で、近赤外または中赤外のカテゴリに属しています。3つ目は、抵抗加熱素子を伝熱可能なシリコンシートの体積内に埋め込むことであり、中/遠赤外線形式に属する。この統合熱は、表面が溶接されるワークに熱を伝えることができるほか、裏面がワークに熱エネルギーを放出し反射することができるため、「二次エミッタ」とも呼ばれています。さまざまな受熱面の熱をより均一にする。

赤外線は異なる高さの部分に影と色差の悪影響を与えるため、熱風を吹き込んで色差を調整し、死角での欠陥を補助することもでき、PTHプラグ溶接に用いることができる、したがって、初期の純IRはほとんど退役した。吹き付ける熱風の中では、熱窒素ガスが最も理想的であり、その利点は以下の通りである：（1）酸化反応が大幅に減少するため、フラックスの使用量が減少することができ、洗浄と半田ボールも減少することができる。（2）無酸素環境でフラックスが点火される確率が低下するため、搬送速度を速めるために、300°Cなどの溶接温度を高めることができる。（3）樹脂表面の変色の可能性が低下する。最小要件なし