PCBA技術 - smtピーク溶接後のスズビーズ発生の原因

1.「小爆発」理論

ピーク溶接では、PCBの溶接表面と部品表面にスズビーズのスパッタが発生する可能性があります。PCBがピークに入る前に、PCBに水蒸気があれば、ピーク半田に接触すると、激しい加熱の過程で短時間で急速に蒸発して蒸気になり、爆発的な排気過程が発生すると考えられている。このような激しい排気ガスは、溶融状態の溶接点の内部で小さな爆発を引き起こす可能性があり、それによって、溶接粒子がピークを離れるときにPCB上に飛び散ってスズビーズを形成することができる。

ピーク溶接前のPCBの水分源について研究とテストを行い、以下の結論をまとめた：

1）製造環境とPCBストレージ時間

製造環境は電子部品の溶接品質に大きな影響を与える。

製造環境の湿度が高いか、smtパッチ加工とピーク溶接生産の前にPCBパッケージが長期間密封されていないか、ピーク溶接の前にPCBパッチ、挿入、放置されているかのいずれかの要因により、PCBがピーク溶接中にスズビーズを生成する可能性が高い。

製造環境中の湿度が高すぎると、製品製造過程で漂う空気中の水分がPCB表面に凝結しやすくなり、PCB貫通孔内の凝縮を招く。ピーク溶接の過程で、貫通孔の水が予熱される。温度帯を通過すると、揮発が完全に完了しない可能性があります。これらの蒸発していない水滴がピークの半田に接触すると、高温にさらされると短時間で蒸気に蒸発し、これが半田点を形成するときである。水蒸気ははんだに空隙を生じさせたり、はんだを押し出してはんだボールを生成したりします。深刻な場合、周囲に小さなスズの玉が吹き飛ばされる爆発点が形成されます。

もしPCBがパッチとピーク溶接を行う前に長時間密封されていなければ、水滴も貫通孔に凝結し、PCBをしばらく置いた後や挿入が完了すると、水滴も凝結します。同様の理由から、これらの水滴は、ピーク溶接中にスズビーズを発生させる可能性がある。

そのため、smtパッチ加工に従事する会社として、製造環境への要求と製品製造過程のタイミングが特に重要である。パッチが完成したら、24時間以内にPCBを挿入し、ピーク溶接を行う必要があります。晴れて乾燥していれば、48時間以内に完成することができます。

2）PCBソルダーレジスト材料と生産品質

PCBの製造過程で使用されるソルダーレジスト膜もピーク溶接におけるソルダーレジスト球の発生原因の一つである。ソルダーレジスト膜はフラックスと一定の親和性があるため、ソルダーレジスト膜の加工不良はスズ球の接着とソルダーレジスト球の形成を招くことが多い。

PCBの製造品質が悪く、ピーク溶接中にハンダボールも発生する。PCBスルーホール壁のめっき層が薄いか、めっき層に隙間があると、PCBスルーホールに付着した湿気が加熱されて蒸気になり、水蒸気が穴壁を通って排出され、ハンダに遭遇するとハンダボールが生成される。そのため、貫通孔に適切なめっき層厚を有することは非常に重要であり、孔壁上の最小めっき層厚は25μmでなければならない。

PCBスルーホールに汚れや不潔な物質がある場合、スルーホールに注入されたフラックスはピーク溶接中に完全に揮発することができない。液状フラックスは水蒸気と同様に、ピークに遭遇した場合にもスズビーズが発生する。

3）フラックスの正しい選択

溶接ボールが発生する原因はいくつかありますが、溶接剤が主な原因の一つです。

一般的には、低固体、洗浄されていないフラックスは、特に底部SMDアセンブリが2波溶接を必要とする場合に、溶接ボールを形成しやすい。これらのフラックスは、長期的な高温で使用するために設計されたものではないからです。PCBにスプレーしたフラックスが第1波の後に使い切ってしまうと、第2波の後にフラックスがなくなり、フラックスの役割を果たすことができず、ハンダボールを減らすのに役立ちます。溶接ボールを減らす主な方法の1つは、溶接剤を正しく選択することです。より長い時間高温に耐えられるフラックスを選択します。