カテゴリー別アーカイブ: やに入りはんだ付け編Q6-10

Q11 フィレットの周辺に白色の粉が付着しています。どのような問題があるのでしようか?

ANSWER 1.観察のポイント やに入りはんだのフラックスは天然ロジンあるいは天然ロジンを加工した変性ロジンなどを主原料として使われています。 ロジンを普通に加熱すると、60℃~85℃で軟化し110℃位から液体となります。ところが高い温度で加熱すると、固体~軟化~夜体の過程を経ないで固体~液体にとなります。この変化はコテの温度が350℃位から顕著となり、この時の体積変化と発生ガスによりロジンの一部は固体の微細粉となって空中に放出します。これは、ひとつひとつはロジンの粒子ですが、状態としては白煙に見えます。はんだ付け時に基板、部品面に沈着して外観を損ねることになります(写真a、b)。 写真cは250℃のコテではんだを再溶融したものですが、はんだの周辺の白色物質が溶融したのが確認できます。実体顕微鏡で観察しながらコテを当てますと、白色物質が速やかに溶けるのが分かります。正常なやに入りはんだであれば、絶縁性を低下することはありません。

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Q10 基板にクリームはんだで予備はんだ付けしたあと、ロボットで流しはんだ付けをしています。なぜ、はんだ廻り不良、ブリッジが発生するのですか?

ANSWER 1.観察のポイント 写真aは0.4mmピッチの液晶タブにクリームはんだで予備はんだ付けをしたものです。ここにやに入りはんだで流しはんだ付けをしたのが、写真bになります。なぜはんだの廻りが悪くなり、ブリッジが発生するようになったのでしょう。それはクリームはんだの予備はんだ付けに原因があります。 ・原因-1クリームはんだのフラックス *フラックス残澄は融けるのに熱が必要。*フラックス残渣は再加熱をしても粘性か大きい。 *フラックス残流は熱伝導が悪い。*フラックス残渣はしたがってはんだの切れが悪い。 ・原因-2予備はんだ付けしたはんだ *はんだが溶けるためには熱が必要。 クリームはんだのはんだ付けと言うのは、印刷した箇所でクリームはんだが溶け、そこで固まります。これは静的はんだ付けになりますが、流しはんだ付けはコテも溶融はんだも移勤しながら行われるので、動的はんだ付けになります。したがって、静と動ではフラックスの作用は異なり、動の場合はフラックスの粘性が重要な因子となります。液体の粘性は温度が低いほど大きくなります。クリームはんだで予備はんだ付けした後にコテを与えますと、やに入りはんだを溶解するほかに、コテはクリームはんだのフラックス残流とその下のはんだを溶かすのに熱が奪われ温度が下がります。しかも、このように温度が下がった状態でやに入りはんだのフラックスが混じると、フラックスは粘性が大きくなります。この結果、流しはんだ付けでは、粘性の大きくなったフラックスに阻害されて、はんだの廻りが悪くなります。さらにはんだの切れが悪くなってブリッジの発生につながります。 よかれと言うことで、クリームはんだで予備はんだ付けをしたと思いますが、現象としては何1つ改善できないことになりました。クリームはんだの予備はんだ付けはやめ、直接流しはんだ付けを行ってはんだ付け条件を決定することが生産性の面で有利になります。

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Q9  チッフ部品のリベアに際してどのような点に注意したらよいでしょうか?

ANSWER 1.観察のポイント 不良解析の立場からの注意点の概略は次の通りです。チップ部品は写真aに示したように微細化し、表面状態を肉眼で観察して良否を判断するのは困難なレベルにあります。外観で判別できない状態なので、まして内部の欠陥を知るのは不可能になります。 1.1 チップの再使用禁止 チップ部品のリベアでは、使用したチップは二度と使用してはならないのが原則です。なぜ、使用してはならないのかは、写真b、cに見られる内部欠陥があるからです。 1.2 電極部の変色の確認 内部欠陥としての空洞部は、場合によってはニッケルめっき液が浸透していることがあり、はんだ付け時に蒸気爆発を起こすことがあります。作業者がこれに気付けばよいが、現実には分かりません。それだけに再使用しないのが原則となる訳です。新しく交換するチップは事前に観察し、電極部の表面状態の良否を知っておく必要があります。 写真dはチップ抵抗の上面電極部の腐食です。電極のAg-Pdを焼成した後、写真cのような空洞が生じていると、次工程でめっき液が浸透し、経時変化で腐食しはんだ付け不良を招きます。 1.3 はんだ付け技術の維持 チップのはんだ付けは一度のコテの加熱で付けるよう日頃の練習は必要です。必ず拡大鏡の中で作業します。温度調節の付いたコテを使用し、設定温度(300℃以下)を厳守します。 1.4 ピンセット及びコテ 使用するピンセットはチップ専用とし、バネの弱いのを使用します。バネが強いとつかみ間違いがあった場合、チップに強い力が作用するからです。コテは漏れ電流防止用を使用します。 〈参考〉微小部品の熱影響の考え方 ブンゼンバーナーに針を入れると針の先端がすぐ赤くなります。部品が小さくなればなるほど周囲の熱影響を受けやすくなります。それだけにチップのはんだ付けは細心の注意と、ペストの技術で対応しなければなりません。そのため微細部品になるほど、職場の環境作りと作業者の健康管理は大切な要因となります。

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Q8 はんだ不濡れを現場的にチェックするにはどのようにしたらよいのでしようか?

ANSWER 1.観察のポイント 写真aに示したはんだ付不良は基仮にニッケルめっきの端子をはんだ付けしたものです(フィレットに赤く写っているのは、隣にある赤いリード線が写っているためです)。原因は端子の衣面の汚れもありますが、不濡れ(はんだはじき)の外観とフラックス残渣の量及びその存在のあり方からして、はんだ付け作業に問題があります。この方法は基板にやに入りはんだで予備はんだ付けし、次に、ニッケルめっきの端子を置き、その上からコテを当て、フィレットの中に押し込んで終わらせています。 写真bはその方法ではんだ付けしたものです。このはんだ付けの良否はフィレット内部のはんだ付け状態になるので、次の手順でチェックを行います。 ①  アルコールではんだ付け部のフラックス残渣を洗浄除去する。 ②次にコテ先の表面をスポンジで綺麗に拭き取って、付着していたフラックスを除去する。 ③コテをはんだ付け部に当て、フィレットを加熱溶融する。 ④はんだが溶けたのを確認して、素早く端子を抜き取る。 ⑤さらに端子にコテを当て、溶けた瞬間ティッシュペーパではんだを拭き取る。 このようにして端子の表面が観察できるようになるので、実体顕微鏡を使用し間接光で観察します。写真cは写真bのはんだ付け表面の状態です。この場合は、フィレットの下でかなりの面積は濡れています。 しかし写真dを見ると、裏面はほとんどはんだが濡れていません。 尚、コテの表面のフラックス及びはんだ付け部の残渣をクリーニングしたのは、再加熱によりはんだ付けの濡れ面積が広くなってはならないからです。 このような方法のはんだ付けは基板アッセンブリの後付け、修正などでは普通行いません。しかし、はんだ付け部をビルエ事のように、積み上げる方式をやらなければならない場合は、常識のように行われているのも現状です。 このようなはんだ付けの方法は本来のはんだ付けの基本から逸脱しているだけに、作業者の熟達した技量と信頼性にかかわる知識が求められます。はんだ付け作業に際しては、はんだ付け部の表面の清浄性を確保し、設定温度を遵守しなければなりません。また、本方法ではんだ付け作業を行う場合、作業基準を作成して徹底させなければなりません。 はんだ付けの基本から逸脱したはんだ付け方法にはこのほか「取りはんだ付け」があります。この方法はコテにやに入りはんだを必要量だけすくってとり、そのままはんだ付け部に持って行き、はんだ付け部に押さえるようにして加熱して完了します。 この取りはんだ付けはフラックスが不足気味になり、さらにこての移動中にフラックスが炭化しやすくなります。やに入りはんだはフラックス含有量の多いものを使用するか、あるいは、はんだ付け部に予め少量のフラックスを塗布しておくと、生産性と信頼性は向上します。 〈参考〉海外生産の問題 やに入りはんだの手作業は人件費の絡みもあって、海外で生産する場合が多々あります。海外の生産工場を歴訪すると、十分な教育ができない状態で生産が行われていることがあります。すべての海外生産工場とは言えませんが、中には「はんだは付いて部品が落ちなく、電気が流れればよい」というような答えが返ってくることがあるほどです。 コストダウンのための「生産性の確保」が「信頼性の確保」より優先されているのが現状かと言えます。海外の現場作業者もセミナーでは理屈で分かり、確かにそうだと理解しても、ひとたびラインに戻ると世界ががらりと変わり、今まで通り1日の生産量に追われる毎日になっているようです。

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Q7 ヒーター電源スイッチのはんだ付け部で、はんだが燃えました。やに入りはんだの欠陥でしょうか?

ANSWER 1.観察のポイント ①写真aに示したように、スイッチのはんだ付け部でフラックスが激しく飛散している。 ②写真bに示したように、リード線は緑色に腐食している。 ③写真cに示しかように、はんだは燃えて黒くなり、より線の内部ははんだが濡れていない。 ④写真dに示したように、リード線の銅の肌は良好で腐食の形跡はない。 ⑤より線のスイッチ側は激しく燃えたにもかかわらず、反対の基板側のフィレットは正常である。 2.原因と発生のメカニズム スイッチの腐食の状態からすると、フラックスは主成分が活性剤で添加物がロジンのような状態だったことが想定できます。はんだ付けの際にパチパチという音よりむしろ「ジュー」という音に近かったはずです。写真cの状態はリード線の外側だけはんだが濡れて、内部ははんだが浸透していません。はんだ付け作業は一瞬のうちに終わっています。 はんだ付け後通電に支障はありませんが、活性剤が次第にはんだと銅線を腐食し始めました。はんだ付け時に接合面積が減少したこと、さらに、活性剤がより線内部を腐食して、一層接合面情が減少したことにより、電気抵抗は増加する状態にありました。はんだは銅の約1/10の電気伝導率ですから接合面積の減少は発熱の原因となります。抵抗熱が発生すると腐食を促進させ最終的に燃えてしまったものです。 ここで本当にフラックスの影響なのか。という問題をクリアしておかなければなりません。それは、塩ビ線白体が断線にまでは至りませんが、被覆内部の銅線を腐食させることがあるからです。 参考として写真fは塩ビ線の被覆材を除去した状態で、より線の錫めっきの長面か黒く腐食しているのが分かります。 この塩ビ線の問題があるかについては写真dでチェックしましたが、不具合の線の片方の端では同じし緑色の腐食生成物は確認できません。これにより使用していた塩ビ線は正常だったとことが分かります。本件とは閏係ありませんが、参考までにアッセンブリで顧認された銅の腐食の写真をg、h、iに示します。「自社製品ではこんなことあり件ない」と思われるかもしれませんが、使用環境では思いもよらぬ腐食が発生しているものです。これらはいずれも私達が生活をともにしている家庭電化製品です。 写真g及びhははんだ付け部で、写真iは基板から発生した腐食です。   3.対策 やに入りはんだはロジン分と活性剤分からできています。活性剤分か原因の不具合は本事例の通りです。しかし、正常なフラックスであっても写真jに示したように、はんだ付け時の熱不足ではんだが外側のリードにしか付いていない場合があります。より線内部はフラックスが充填されているだけですから、内部の導通は確保されません。このような状態のはんだ付け郎では、電気の伝達面積が減少し、さらにはんだは銅の1/10の電気伝導率ですから、抵抗が増加して発熱の原因になります。 より線のはんだ付けでは充分熱を与え、リード線の被覆材の脇の銅線の露出部ではんだが引くように濡れ、しかもフィレットが形成されなければなりません。(Q16の判定基準参照) 活性剤が多いやに入りはんだでは、はんだ付け性が良いため基本を疎かにして、作業時間の短縮だけを求めると、このような事故を招くことになります。 基本を忠実に守ってはんだ付けを行い、自ら検査員になり、付け終わったばかりのはんだ付け部をルーペでチェックすることが大切になります。また、このことは、やに入りはんだを使用する手はんだ付け作業の基本なので、ライン全体として対応することが望まれます。

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Q6 写真に見られるようにフィレットがランドから剥離しました。解析の手法を教えて下さい。

■ANSWER 1.観察のポイント 1.1 アッセンブリ全体を観察 写真aに示したように大型部品が搭載されています。このように人小の部品が搭載されていると噴流はんだ付けでは均一に子熱するのは大変邨しくなります。不具合は写真aの矢印で示した抵抗のはんだ付け部で起きています。 写真Cは基仮の反りを見たものです。反りは当該抵抗の所で大きく反っているのが分かります。 1.2 不具合部周辺の観察 写真dは抵抗の基板周辺を撮影したもので、基板加熱損傷で黒く変色しているが分かります。このことから、基板の反りの原因は抵抗とダイオード周辺の発熱により、この領域の基仮表面の熱膨張が原因であることが分かります。 写真eは、写真dのはんだ付け部周辺の状態になります。フラックス残渣の量から、はんだ付けはやに入りはんだの修正によるものと判断できます。この箇所のはんだ付け部は残渣が著しく変色しているのが分かります。これは発熱による変色と断定できます。全体的にポストフラックスの量は多く、不具合部周辺も正常にポストフラックスは存在しているので、噴流はんだ付けのポストフラックスに原因はなかったことは言えます。 1.3 抵抗の観察 抵抗は写真dを見ても分かるように、2本のリードのうち不具合部のリードは写真fに示したように短く、もう一方のリードは長く空中でUターンしてから基板に挿入されています(写真d)。したがって、抵抗が発熱すれば、短いリードのはんだ付け部は、長いリードのはんだ付け部より熱影響を受けます。抵抗は写真f、gから間違いなく発熱したことがわかります。右隣の電解コンデンサは液漏れがないので、発熱は2つの抵抗とダイオードであることが写真dからも分かります。 抵抗の左側のコンデンサが片面黒くなっているのは微粉のゴミが吸い寄せられたもので、針でこすると剥離します。不具合とは関係ありません。 1.4 抵抗周辺のはんだ付け部の観察 写真h、に示したように、コンデンサとダイオードのリード2本が同時挿入されたランドではんだはじきがあります。また、この周辺では実装ラインで修正のはんだ付けを行ったにもかかわらず、コンデンサ、ダイオード、抵抗で計6本のリードがはんだ付け部で不濡れを起こしています。不具合部もリードは不濡れを起こしています。リードの不濡れとはんだはじきからすると、この6本のランドでは穴あきもしくはそれに近い状態のはんだ付け不良が発生していたと推定できます。 不具合を起こした衣抵抗では写真iに示した状態のフィレットが観察できます。特徴はフィレットが奇麗であること、基板の表面が破損していることから、製品が家庭で故障したために修理に出したのですが、サービス店ではその原因が当該抵抗のはんだ付け部と診断して、修理のはんだ付けを行っています。 この時抵抗も新しく交換していれば再事故には至らなかったでしょう。しかし、フィレットを観察した限り、修正は残念ながら技術的に甚だ未熟で、はんだ付けについての認識もほとんどないくらい乏しかったようです。抵抗、ダイオードのように不濡れを嫌う部品のはんだ付け部が近くにあれば、不濡れがあるかどうかをチェックして修正していたでしょう。当然、6本のリード全部を修正されていたはずです。このことからも、修理した人のはんだ付けに対する認識はありません。 1.5 不具合フィレットの観察 不具合を起こした抵抗のフィレットではリードが不濡れを起こしています。不濡れを起こしていれば当然強度か弱いはずで、市場ではリードから抜けたことでしょう。しかし、実際にはそれ以上にランドのはんだ付け界面か弱かったので、ランドから剥がれてしまったことになります。それだけランドは予想以上に強度か弱かったことになります。 それでは実装ラインで修正したにもかかわらず、リードが不濡れのまま作業がなぜ終わったかです。それは修正しなければならないほど、ランド側にはんだ付け不良が発生していたことになります。もし、ランドが正常でリードがはんだ付不良であった場合、作業者なら誰でもリード不濡れを修正するために神経を集中しはんだ付けします。そうすればリードが不濡れのまま作業は終わらせる訳がありません。ランド側に明らかにはんだ付不良が確認できたので、作業者の神経はランドに集中し、リードには目が届かなかったことになります。したがって、使用前の基板ランド表面ははんだ不濡れを起こす状態になっていたことになります。 以上の観察で当該はんだ付け部では、リードとランドいずれも噴流はんだ付けで不濡れが発生しました。作業者はランド不濡れに神経が集中しリードまでには目が届いていません。抵抗、ダイオードで発熱が起こり、不濡れで接合面積が減少した分さらに抵抗熱が発生するようになりました。この結果抵抗は機能障害を起こすことになりました。 当該製品の保有者は抵抗が悪くなったことは知らず修理に出しています。この時、修理担当者は抵抗のはんだ付け部で異常を確認したので、修正のはんだ付けを行っています。おそらく「電気が流れれば良いい」程度の認識しかなかったことが推定できます。 この修理は完了しましたが、抵抗はすでに劣化して発熱していた関係で、抵抗のもう一方のりードは集中して熱影響を受けるようになりました。 抵抗の発熱が進行するに従い、短い側のりードのはんだ付け部で発熱することになります。そして修理した不濡れのフィレットの強度も低下しています。これに対して長い方のリードは冷却効果も手伝ってフィレットの強度は短い側と比較して大きく、この長いリードのフィレットが基板を固定し、もう一方のはんだ付け部に対して、力を作用させるようになりました。その結果、不濡れを起こしたフィレットはランド側で剥離を起こし、製品の機能は停止することになりました。 修理したフィレットの肌を観察しますと、はんだの表面は酸化された様相もなく、このことから修理後、比較的短い期間で事故は再発しています(なお、本具合品は外国製)。 3.対策 部品のリードの表面、リードの長さ、基板のランドの表面を見直し、さらに作業者のはんだ付けの知識と技術の教育、検査の充実、限度見本の作成、そして徹底させる組織作りなどを一から見直さなければなりません。わずかなミスと認識不足が予想外の事故に発展した例と言えます。 解析の手順は以上の通りで、直接不具合に関係はない箇所でも原因追求しておくことは大切です。

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