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はんだつけ のメリット
はんだつけの定義、接合の原理、プロセス など
基礎的な知識を紹介しています
意識しながらはんだをするだけで、今まで以上のはんだができるはず?

なぜ、はんだつけなのか?
はんだつけ接合によるメリットはなにか!が
見えれば、なぜ、はんだつけなのか がわかり
はんだ付けってすごいなぁ と感じて頂けると思います

(1)低コスト!
はんだは1Kg数千円、これだけあれば、かなりの点数を接合できます

(2)作業が簡単
簡単なので、時間も短縮
溶接ではあるが、こて という簡単な道具があれば作業はできる
ラッピング配線では、はんだつけの3倍以上の時間がかかり大変

(3)一回で大量接合可能
これは、はんだ槽を使用した場合ですが、
1回のはんだで、100ピンでも200ピンでも、同時接合可能
量産には最適

(4)部品交換が簡単!
再度加熱してはんだを溶かせば、簡単に部品が交換できます

このようなメリットがあるので、はんだつけ による接合が盛んに行われています
主に、基板部品の接合、コネクターケーブルの接合などにはんだつけが使用されています

基板という形での部品実装も、はんだつけ接合があるからこそ、生まれたのではと、考えます
よく考えると、板の上に部品をのせる という考え方ってすごい発想とは思いませんか?


はんだ(ソルダリング)とは?

専門的に表現すると、融点450℃未満の軟ろう(はんだの事だよ)を用いて金属面間の毛細管現象
利用してソルダを行きわたされるようにした接合の事
接合できるのは、金属対金属です

毛細管現象とは・・・細い管を液体中に立てた時、管中の液体が外の液面より高くなる現象のこと。


接合の原理

はんだによる接合とは、合金層による接合です
実際には、表面で金属結合が生じ合金層が生成されます
この合金層が、接合されている箇所です。

子供ころ、超合金レッドバロン を砂場で拾って、とても大切にしていたなぁ


はんだが付くまでのプロセス
では、どのような過程で接合されるのでしょうか?

@「ぬれ」→A「拡散」→B合金化 の過程を経て接合されます

状態を絵で示すと (この状態は、こて で加熱されている状態を表しています)

  @「ぬれ」

 溶けたはんだが銅(金属)の上を広がって行きます
 広がる状態を「ぬれ」と呼びます

 θの角度が小さいほど、よくぬれている と表現されます

  A「拡散」

 溶けたはんだ側のすずと固体側の銅が接した部分で混じ   り合います。
 はんだが金属面に広がりながらなじむ状態を「拡散」と表   現します。

  B合金化

 溶けたはんだが冷えて固まると、はんだと銅の接触部分に 合金ができる。
 この合金により強く接合されます

 「拡散」によって、金属が混じり合って性質の異なる金属(合金)になります。


「ぬれ」、「拡散」とは                         [ buck ]

「ぬれ」を具体的に説明すると
固体に接触した液体が流れて広がっていくことを「
ぬれ」と呼びます。
ぬれ性は金属の種類、フラックスの種類、金属表面の汚れや粗さの状態でも変化します。

「拡散」のイメージ
水に絵の具をたらしそのまま観察すると、徐々にそのまわりに広がります。
広がる速度は、水の温度が高くなる程速くなります。

はんだが染み込むのはこんな感じしませんか?

ソルダリングの条件 −−−この条件がみたされないと、はんだ付けにはならない−−−
1. 先ず金属面に接触した溶けたはんだが流れながら広がっていくことが必要です。
   この現象の事を「
ぬれ」といいます。
2. 溶けたはんだが広がりながら金属面によくなじむことが必要です。
   この現象を「
拡散」といいます。

良いはんだの作業条件   −−−将来不具合の原因となるので注意しよう−−−
1. 接合する金属表面が良く
洗浄できていること。  (手の油が酸化して障壁になるよ)
2. はんだの
温度が適正であること。          (部品端子とパッドを良く温めよう)
3. はんだ
を適切に。                  (少な目から初め、足していく感じにしてみよう)

良いはんだの外観  −−−判定の基準です。−−−                 [ buck ]
1. はんだが
良く流れ、長く裾を引いていること。   (富士山のように)
2. フィレットに
光沢、艶があり、滑らかであること。  (きれいなので、一目瞭然)
3. はんだの肉厚が薄く、線筋が想像できること。  (いい女性の条件かな?)
4. 接合形状に外観的な異常が見られないこと。   (良くない場合、穴があくのですぐ解ります)


知識

はんだの起源は?
はんだとは、ろう付けの事。ろう付けをたどると、なんと紀元前4000年頃のエジプト、ギリシャ、ローマの
頃から使用していたようです。

はんだの良否の表現 「ソルダビリティ」
強固な金属結合が得られた場合、「ソルダビリティがよい」と言う。 (初耳)

最適加熱条件は                        [ buck ]
接合金属面を「ぬらす」のに必要な熱量であり、
著しく酸化させないような
温度・時間であること    (職人としてもポイント)

電子デバイスの実装で使用するソルダ と 適正温度
錫(Sn)+鉛(Pb)で構成されています。
融点はSn(232℃)、Pb(327℃)、 配合比は、Sn 63% : Pb 37% が一般的です。
この配合比の場合、
融点は183℃です。 

適切な接合温度は = ソルダの融点 + 40℃〜60℃

このことより、はんだ作業時の適正温度はおよそ250℃前後と想定されます。
250℃近辺が、接合強度がもっとも強くなります
あくまでも、上記のソルダ構成の場合です
鉛フリーはんだ等、別の構成による融点の違いには、注意してください

ちょっといいこてだと、温度調節機能が付いています
私の場合、300℃〜350℃のちょっと高めに設定して使用しています

実際に部品にこてをあてると、こての温度も低下して、数秒の加熱で適正温度になります


参考書籍
この手の専門書となると、大型店でないとお目にかかれません
実際、私の住む街では、ほとんど入手不可能
上京したときには、本屋さん巡りをしています (東京、神田、秋葉原の本屋は、結構覚えました)

コンピュータ、ソフトウェア関係の書籍は、たくさんの中からどれを選ぶか が鍵ですが、
ハードウェアとくに実装、基板関係の書籍は少なく、探すのに苦労しています


  Click Here! はんだ付技術なぜなぜ100問(続)  著者:大沢直 出版社:工業調査会

 序章では、はんだの奥の深さをが語られていて、
 まだまだやるべき事は多いな(楽しいなぁ)と感じさせてくれた1冊です
 本としては、なぜなぜ形式なので、読みやすい感じ
 1テーマごと2〜3ページにまとまっていて理解しやすいです 
 読んでいて飽きない感じ

 【目次】
 第1章 はんだ付の技術的背景―社会の繁栄は技術の進歩を映す鏡である/
 第2章 はんだ付の基礎・原理―一つの技術には一つの科学がある/
 第3章 はんだ付の材料―一つの材料には一つの天与の特性がある/
 第4章 はんだ付方法・装置―技術は人類の叡智の所産である/
 第5章 はんだ付の欠陥・検査・信頼性―検査は信頼性を確保する最善の方途である/
 終章 はんだ付の不思義―たかがはんだ付、されどはんだ付


  Click Here! はんだ付技術なぜなぜ100問  著者:大沢直 出版社:工業調査会

 上記書籍のパート1
 1テーマずつで2〜3ページにまとまっていて理解しやすいです
 技能的側面からではありませんが、基礎と原理を丁寧に解説してあります
 なぜなぜ形式なので、読みやすく、何度も読み返すにはいいかなって感じです

 【目次】
 第1章 はんだ付の技術的背景/第2章 はんだ付の基礎・原理/
 第3章 はんだ付の材料/第4章 はんだ付方法・装置/
 第5章 はんだ付の欠陥・検査・信頼性/終章 はんだ付の不思議


  Click Here! はじめてのはんだ付け技術  著者:菅沼克昭 出版社:工業調査会

 はんだ成分組織などの数値を元に鉛フリーはんだ技術が解説されています
 はんだ成分に関して非常に細かく丁寧に解説されています
 (今の私には、ちょっと難しいかな?って感じです)

【目次】
第1章 はんだ付けの歴史/第2章 はんだの状態図と組織/
第3章 鉛フリーはんだの組織/第4章 はんだのぬれと界面形成/
第5章 界面反応と組織/第6章 接続の信頼性/
第7章 はんだ付けプロセス/第8章 はんだ付けの凝固欠陥とリフトオフ現象/
第9章 導電性接着剤技術/第10章 はんだ付け技術のこれから


  Click Here! 標準マイクロソルダリング技術 第2版 著者 日本溶接協会 出版社 日刊工業新聞社

 日本溶接協会が実施するマイクロソルダリング認定試験のテキスト的役割の書籍です
 技能者(私の場合)として、
 基礎知識を認識するのは、こちらの本の内容が適していると感じます

 【目次】
 第1章 マイクロソルダリングに関する基礎知識・概念/
 第2章 ソルダリング材料の基礎知識/
 第3章 ソルダビリティとその評価/第4章 プリント配線板、回路部品の種類と特徴/
 第5章 プリント配線板の実装/第6章 ソルダリングプロセスと機器
 第7章 ソルダリング後の洗浄/第8章 ソルダリングによる接合部の品質、信頼性/
 第9章 ソルダリング結合部の試験・検査/
 第10章 安全、衛生、環境公害などに関する知識
 


  Click Here! マイクロソルダリング技術 

    著者  : 浜田正和 
   出版社 : 日刊工業新聞社


  Click Here! カラー図解マイクロソルダリング不良解析Q&A

    著者  : 長谷川正行 様
    出版社 : 日刊工業新聞社


  Click Here! これからのマイクロソルダリング技術

    著者  : 仲田周次 様
    出版社 : 工業調査会


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