カテゴリー別アーカイブ: ディップはんだ付け編Q1-5

Q5 ハトメした箇所のはんだ付けは、割れに強いのでしょうか?

1.観察のポイント 写真a、bに示したように、ハトメはフライバックトランスのように発熱し強度も要求される箇所に使用されます。 ハトメを行えば、はんだ割れは起きないという保証はありません。 写真c、dはハトメ部ではんだ割れを起こした状態を示します。使用環境は家庭内で静置状態で使用され、特に落下あるいは強い衝撃はありません。それでもはんだ付け部で割れは確認できます。 割れの状態も、写真dではハトメ金属に添って亀裂が横に走り、写真eに示したようにフイレットの矢印の箇所から放射線上に少なくとも4つの割れが確認できます。 2.原 因 ハトメのはんだ付け部の割れの原因は、ハトメ工程で発生した残留応力の開放によります。いずれの写真の割れでは導通不良には至っていません。 しかし、仮にハトメ金属の表面が酸化及び腐食があったにもかかわらず、作業者が気付かなければ、はんだ付け時に侵入したフラックスが酸化物に付着残留し不具合に至らないとも限りません。 3.対 策 一般に市場でのはんだ割れをみると、噴流はんだ付けが最も多く、次にリフローソルダリングで、やに入りはんだによるコテ付けは少ない接合方法です。前二者はアッセンブリが全体加熱で、溶融はんだが凝固するまで徐冷されるため、フイレットの組織が脆弱になるのに対し、コテ付けはほとんど瞬間的に凝固するために組織が緻密になっているからです。はんだ付け経験者であれば、噴流はんだ付けより100℃以上高い温度で作業をしても、コテを抜いたと同じくらいにはんだが凝固するのを経験しています。 はんだ付けの基本を習得し、噴流はんだ付け後さらに盛りはんだを行って、フイレットの高さと量を確保すれば強度は十分得られます。ただし、回路設計でランド面積が小さな場合はこの限りでありません。 残留応力については、ハトメ後で噴流はんだ付けする前に、残留応力を除去する熱処理を行えば(旧MIL-F-28809)起きませんが、実際にはどこも行っていません。それははんだ割れが起きていても導通不良には至らないからと.思われます。 確実にハトメ部をはんだ付けするのであれば、噴流はんだ付け後やに入りはんだで再度はんだ付けを行えば信頼性は高くなります。 ハトメにより金属破片が発生することがあるので、基板面に限らず作業場の整理、整頓、清掃は常に心掛けねばなりません。

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Q4 基板の部品側にはんだボールが多発しています。フラックスが原因と思っていますが、他のメーカーのフラックスを検討すべきでしようか?

ANSWER 1.観察のポイント まずアッセンブリを観察します。 ①写真aに示したように、フラックスが基板の部品面に上がっている。 ②はんだ上がりは良好。 ③写真bに示したように飛散したはんだボールにはフラックスが付着していない。 ④フラックスそのものの飛散は確認できない。 続いて未使用の基板を観察します。 ①写真Cに示したように、スルーホールの内面は凹凸が著しい。 ②しかし、内壁のはんだ表面の光沢は良好。 ③基板の穴加工面は写真dに示したように凹凸があり、ガラスエポキシの白色粉が付着している。 2.発生のメカニズム 基板メーカーの穴あけ加工用工具が摩耗し、穴の内壁は凹凸が著しく、しかも基板樹脂粉が付着しています。この後基板のスルーホールに銅めっき工程に移行しますが、めっき液の中で穴のこの凹凸部にめっき液が浸透します。めっき処理後はんだレベラーの工程に入ります。はんだレベラーの工程ではフラックスを使用しますが、このフラックスのはんだ付け性は良好で、写真cに示したように内壁は滑らかなはんだの肌を見せていま予。以上の工程の中で、水分が侵入します。 実装ラインでは、この基板に部品が搭載され、基板にフラックスが塗布されて噴流はんだ装置に入ります。予熱ゾーンに基板が移動すると基板に吸着された水分は蒸発を開始しますが、短時間では蒸は完了できず、蒸気を放出しながら噴流はんだバスに基板が侵入します。そこで蒸気は一気に激しく噴出、スルーホール部品側からはんだを激しく音を立てて飛散させます。写真aに示すはんだボールとして確認されます。 フラックス中の水分が原因で飛散した場合は、基板の部品面にフラックスの飛散もありますが、実際には確認されていないので、はんだボールの飛故はフラックスとは関係ありません。したがって、仮にフラックスを変更しても基板を改善しない限り、はんだボールの飛散はなくなりません。 3.予想される不具合と信頼性試験 基板エッチング液、めっき液及びはんだコートで使用したフラックスが残留して、スルーホール内に閉じこめられているので、吸湿すれば腐食し、基板内の導通不良の原因になります。 40℃90%以上の湿度中少なくとも96時間加湿試験を行い、スルーホール内の腐食の有無を観察します。試験基板は実装前の生基板及び噴流はんだ付けしたアッセンブリ、アッセンブリは部品を搭載したものとしないもの2種類を実施します。 4.対 策 今回の原因は基板の穴あけ加工に起因しているので、基板メーカーに現状を説明し改善してもらうことが重要です。この際、信頼性試験結果を参照し、腐食による導通不良の原因になる恐れがあることを説明すると良いでしょう。

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Q3 フラックス残渣で噴流はんだ付けの温度が適正か、どうかが分かるのでしようか?

ANSWER 全てのフラックスに適用できるとは限りませんが、写真a、b2枚の写真を比較すれば目安として分かります。 1.観察のポイントと発生のメカニズム 適正な抜態では、フィレットの失言に残渣が油滴状に残留しています。例えは、はんだバスから基板が抜ける時に溶融はんだは左右のフィレットに分かれますが、この時、フィレットになる部分の溶融はんだはフラックスがなければ大気に露出しますが、レジスト面或いは部品面にあったフラックスが速やかに移動して、溶融はんだを切りながらフィレットの表面を覆って大気を遮断します。このフラックスが皮膜状或いは油滴状になって表面に付着し、次に溶融はんだが接近してもはねのける作用をするのです。 ところがフラックスの量が少ない場合(もともと少なかったか、適正量あったが温度が高くて噴流 面から逃げてしまったかのいずれか)フラックスの動きは悪くなり、接動する溶融はんだに突き破られ、フラックスのないはんだ面が露出してブリッジになります。 写真bの左側では、状態は流動性のあるフラックスとしての働きが失われる段階になっています。フリッジはなくてもこの状態はフラックスの表面が青くなって油状のフラックスの状子は見当たらなくなります。この青色の箇所はIPAで拭くと綺麗なはんだ面が現れるので、はんだの腐食、変色ではありません。 アッセンブリでは部分的にこの色が出ます。その箇所は部分的に温度が高くなっていたか、或いは 部分的にフラックスの量が少なかったかのいずれかになります。 捨てランドのように大きなフィレットを形成する特に、近接するフィレットと溶融はんだの引き合いをします。 もともと、一定の厚みのフラックスであっても、その下の溶融はんだが各々のランドに戻る時、フラックスも一緒に引き寄せます。中間的存在だったフラックスは、その量を減らし青い色に変わります。

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Q2 大きなランドの脇の小さなランドで、はんだ量が少なくなるのはなぜでしようか?

ANSWER ■  1.観察のポイント 写真aは大きなランドと小さなランドがちようど綱引きをしている状態です。大きなフィレットには噴流はんだ槽で発生した酸化物が挟まっていて(写真b、c)、フィレット表面のフラックス残置は少ないのが特徴です(不良解析ではこのような問題個所で異物が確認された場合、基板の前面をくまなく探すことが大切です。どこかしらに必ずと言ってよいほど存在しているものです)。 この箇所はフラックスが多ければはんだは切れて、フィレットの異物も存在していなかったことが予想されます。図に描いたように2つのフィレットは、はんだバスから出る瞬間は1つのフィレットの形態をとっています。さらにはんだバスから出ると、2つのフィレットの間に存在しているはんだは、両方のフィレットから引っ張られることになりますが、当然大きなフィレットの方が強い力で引きます。そして、次にはんだバスから最後に離れる箇所、すなわちリードの先端から余分なはんだははんだバスに戻ります。この時、フラックスの量が少なくなるとツノが発生します。このようにして、写真dの小さなフィレットのはんだが少なくなります。 写真eの場合、クリンチ側で穴あきが発生しています。この箇所はほぼ同じ大きさなので引く力のバランスは保たれています。フラックス残渣も少なくありません。では、なぜ力の均衡が崩れたのでしょうか。 2.発生のメカニズム 写真fは、クリンチしているランド穴の内部を観察したものです。穴の内部にフラックス残渣が多量に残留しているのが確認できます。このフラックスははんだ付け時にガスを噴出していました。この力でランドの上にある溶融はんだは穴から押し出される状態になっています。 しかも、クリンチしたりードの先端は、捨てランドの方向に向いているので、はんだは捨てランド側に移動しやすくなっています。はんだバスからアッセンブリが出る時に、捨てランドは溶融はんだを引く状態になっています。この時、穴の内壁のフラックスがガスを多量に噴出し、はんだを外に押しやります。すなわち、捨てランドが溶融はんだを引き、クリンチの後方からガスがはんだを押し出して穴あきとなりました。 本来ならブリッジが発生してもおかしくないのですが、この周辺はフラックスが多かったことにより、はんだの切れが良くブリッジに至りませんでした。写真eも大きなフィレットに引かれてはんだ量が少なくなったものです。 大きなランドが小さなランドのはんだを引き寄せる力を応用したのが「捨てランド」になります。 捨てランドはSOPやQFPの噴流はんだ付けに限らず、やに入りはんだの流しはんだ(引きずりはんだ)にも広く採用されています。しかしせっかくの捨てランドも以上のような認識がありませんと、写真gのように効果がなくブリッジが発生することになります。

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Q1 はんだ付け後、基板面にカスが付着しています。原因と影響を教えて下さい

■ここからはディップはんだ付け編となります。 ANSWER 噴流はんだ付け後の基板表面を観察すると、はんだ以外の物質が付着しているのに気付きます。発生源は次の通りです。 ①基板表面に存在していた異物、はんだレベラーに多い。 ②部品のリードの酸化及びリードに付着していた物質。 ③はんだバスで発生した酸化物。 カスの付着の位置での見分け方。 ①の場合はフィレット脇の基板表面と一部フィレットに存在。 ②の場合はフィレット表面と一部フィレット脇の基板表面に存在。 ③の場合は基板表面の不確定な位置に存在。 1.観察のポイントと発生のメカニズム 写真aにはんだ付け前の基板表面の異物の付着の状態を示します。目視でも注意して見れば判別できます。これを噴流はんだ付けしたのが写真bになります。写真a位置と比較して、カスはほとんど移動していません。写真bでは部品リードの酸化により、はんだがはじいているのが確認できます。はんだ付け前の基板ランドの表面にカスが存在していたものをはんだ付けしますと、写真Cの状態になります。この写真ではカスの部分で不濡れが生じ、はんだボールが残留しています。 一般にはんだ付け部に汚れが存在すると、基板がはんだバスに入った時に、汚れの箇所から激しくガスが発生します。その箇所にはポストフラックス、カス、ガスの三者が存在し、フラックス分とカスとにより粘性が高くなり、はんだの流れが停滞するので、本来はんだバスに戻るべきはんだが、この箇所にひっかかり、ボールとして残留します。 写真cではこのフィレットに限定しているので、基板ランド表面に欠陥があったと判断できますが、はんだバスの管理が悪く、はんだバス表面に酸化物が大量に存在し、はんだバス内を酸化物が循環しているような場合は、cに似た形態の付着物を確認することがあります。     写真dは、はんだバスの管理が悪くて発生したものです。突発的に発生することがあります。部品のリードのはんだめっきが酸化されている場合は写真eのようになります。はんだ付け前のリ一ドの酸化が著しいことが分かります。両面基板だと、スルーホール内にこのカスがひっかかり、はんだ付け不良こなることがあります。 写真fはリード線に付着していた異物です。 写真gはリード線に付着していたコーティング材が、はんだ付け後フィレットに付着したものです。このような付着の仕方は、噴流はんだ付けより静止はんだバスの方が顕著に出るので、静止はんだバスで実装されている場合は、部品、基板、はんだバスの管理を徹底しなければなりません。   2.対 策 受入れ検査を徹底し、どのような表面状態になっでいるがを認識します。その結果によっではメーカーに改善をお願いします。そのためにも、社内の保管を徹底し、リードの信頼性を確保することが大切です。 なお、リードの変色(酸化などが原因)とはんだ付け性との関係をはんだウオッシヤー法で確認するとともに、拡大写真をとり限度見本を作成します。 この限度見本は、部品メーカーに対しできちんと対応できるようにするためと、作業者へのはんた付け性の持つ重要性を認識させるために必要です。 2.1 事前に行うリードのはんだ付け性の確認方法(はんだウオッシヤー法) アッセンブリのはんだ付けに使用する部品は、事前にはんだ付け性を確認しでおくことが生産性及び信頼性の面がらも大切になります。必要な装置として、①実体顕微鏡、②はんだポットとポストフラックス(噴流はんだ装置があれば使用)…噴流はんだ付けで使用する部品が対象、③IPA(プラックス残渣の洗浄用)、変色したりードにフラックスを塗布しで、ディップはんだ付けを行います、判断基準を写真hに示します。 2.2 限度見本の作成とはんだ付け作業者に知識の充実 はんだウオッシャー後、はんだでリード表面が濡れない箇所がある場合は、メーカーに改善要求をしなければなりませんので、はんだウオッシヤーしたものしないものについて、写真で記録を取る必要があります。これは現場のはんだ付け作業者に認識してもらわねばなりませんので、限度見本の写真の作成と、教育のために使用します。作業者に理解しでもらうには、次の事柄を説明します。 ①なぜこのような状態になったのが。②悪い状態のリードを使用する事によりどのようなはんだ付け不良が発生するのが。③修正でどれだけの手間暇がががるのが。④誤っで市場に出た場合どのような事故に発展するのか。

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