鉛フリーリフローはんだ付け温度の設定方法

典型的な Sn96.5Ag3.0Cu0.5 合金の従来の鉛フリー リフローはんだ付け温度曲線。Aは加熱領域、Bは恒温領域（濡れ領域）、Cは錫の溶解領域です。260S 以降は冷却ゾーンです。

Sn96.5Ag3.0Cu0.5 合金の従来の鉛フリーリフローはんだ付け温度曲線

加熱ゾーン A の目的は、PCB 基板をフラックス活性化温度まで急速に加熱することです。室温から約 150℃までは約 45 ～ 60 秒で上昇し、その傾きは 1 ～ 3 の間とします。温度の上昇が速すぎると、はんだビードやブリッジなどの欠陥が発生する可能性があります。

恒温ゾーンBは150℃から190℃まで緩やかに温度が上昇します。時間は特定の製品要件に基づいており、フラックス溶剤の活性を十分に発揮させ、溶接表面から酸化物を除去するために約 60 ～ 120 秒に制御されます。時間が長すぎると過剰な活性化が起こり、溶接品質に影響を与える可能性があります。この段階で、フラックス溶剤中の活性剤が作用し始め、ロジン樹脂が軟化して流動し始めます。活性剤は PCB パッド上のロジン樹脂および部品のはんだ付け端面に拡散および浸透し、パッドおよび部品のはんだ付け表面の表面酸化物と相互作用します。反応を行い、溶接する表面を洗浄し、不純物を除去します。同時にロジン樹脂が急速に膨張して溶接面の外層に保護膜を形成し、外部ガスとの接触を遮断し、溶接面を酸化から守ります。十分な恒温時間を設定する目的は、PCB に実装された部品の熱吸収能力が大きく異なるため、リフローはんだ付け前に PCB パッドと部品を同じ温度に到達させ、温度差を減らすことです。リフロー時の温度不均衡によるトゥームストーンや誤はんだ等の品質問題を防止します。 恒温域の温度上昇が早すぎると、はんだペースト中のフラックスが急激に膨張・揮発し、ポア、溶断等の様々な品質問題が発生します。ブリキ、ブリキビーズ。恒温時間が長すぎると、フラックス溶剤が過度に蒸発し、リフローはんだ付け中にその活性と保護機能が失われ、その結果、仮想はんだ、黒化したはんだ接合部の残り、および鈍いはんだ接合部などの一連の悪影響が生じます。実際の生産においては、実際の製品や鉛フリーはんだペーストの特性に合わせて定温時間を設定してください。

ゾーン C のはんだ付け時間は 30 ～ 60 秒が適切です。錫の溶解時間が短すぎると、はんだ付けが弱いなどの欠陥が発生する可能性があり、時間が長すぎると、過剰な誘電体金属が発生したり、はんだ接合部が黒ずんだりする可能性があります。この段階で、はんだペースト中の合金粉末が溶けて、はんだ付け面の金属と反応します。このときフラックス溶剤が沸騰して揮発と浸透が促進され、高温では表面張力に打ち勝ち、液体合金はんだがフラックスとともに流れ、パッドの表面に広がり、部品のはんだ付け端面を包み込んで形成されます。湿潤効果。理論的には、温度が高いほど湿潤効果は向上します。ただし、実際のアプリケーションでは、PCB ボードと部品の最大温度耐性を考慮する必要があります。リフローはんだ付けゾーンの温度と時間の調整は、ピーク温度とはんだ付け効果のバランスを図るため、つまり、許容可能なピーク温度と時間内で理想的なはんだ付け品質を達成するために行われます。

溶接ゾーンの次は冷却ゾーンです。この段階では、はんだが液体から固体に冷却されてはんだ接合部が形成され、はんだ接合部の内部に結晶粒が形成されます。急速冷却により、明るい光沢のある信頼性の高いはんだ接合が得られます。これは、急冷するとはんだ接合部に緻密な構造の合金が形成される一方、冷却速度が遅いと多量の金属間化合物が生成され、接合面に大きな結晶粒が形成されるためです。このようなはんだ接合部の機械的強度の信頼性は低く、はんだ接合部の表面は黒ずんで光沢が低くなります。

鉛フリーリフローはんだ付け温度の設定

鉛フリーリフローはんだ付けプロセスでは、炉のキャビティを板金全体から加工する必要があります。炉キャビティが小さな板金で作られている場合、鉛フリーの高温下では炉キャビティの反りが容易に発生します。低温でのトラックの平行度をテストすることが非常に必要です。材質や設計上、トラックが高温で変形すると、ボードの詰まりや脱落が避けられません。以前は、Sn63Pb37 鉛はんだが一般的なはんだでした。結晶合金の融点と凝固点温度は同じで、どちらも 183°C です。SnAgCu の鉛フリーはんだ接合は共晶合金ではありません。融点範囲は217℃～221℃です。217℃以下では固体、221℃以上では液体となります。温度が217℃から221℃の間の場合、合金は不安定な状態を示します。