SMTリフローはんだ付けの温度要件

SMT リフローはんだ付けは、パッチ処理における独特で重要なプロセスです。リフローはんだ付けの 4 つの主要な温度ゾーンは、予熱ゾーン、定温ゾーン、リフローゾーン、冷却ゾーンです。各温度ゾーンの加熱段階には、それぞれ重要な意味があります。

1. 予熱ゾーン段階

パッチ処理用の PCBA は、室内温度から 150 度のリフロー炉加熱温度に達し、加熱速度は 2 度 / 秒未満であり、これを予熱段階と呼びます。予熱段階の目的は、はんだペースト内の低融点溶剤を蒸発させることです。はんだペーストのフラックスの主成分には、ロジン、活性剤、粘度向上剤、溶剤などがあります。溶剤の役割は、主にロジンのキャリアとして、はんだペーストの保存時間を確保することです。予熱段階では、余分な溶剤を蒸発させる必要がありますが、加熱速度を制御する必要があります。加熱速度が速すぎると、部品に熱応力の影響が生じ、部品が損傷したり、部品の性能や寿命が低下したりします。後者は、製品がすでに顧客に納品されているため、より有害です。もう 1 つの理由は、加熱速度が速すぎると、はんだペーストが崩壊して短絡の危険が生じ、加熱速度が速すぎると溶剤が急速に蒸発し、金属部品が飛び散ったり、スズビーズが現れたりしやすくなることです。

2. 定温ゾーンステージ

PCBA ボード全体をゆっくりと 170 度まで加熱して、回路基板の温度を均一にします。これを恒温（浸漬または平衡）段階と呼びます。時間は通常 70-120 秒です。この段階では、温度がゆっくりと上昇します。恒温段階の設定は、主にはんだペーストサプライヤーの推奨事項と PCBA ボードの熱容量を参照する必要があります。恒温段階には 3 つの機能があります。1 つは、PCBA 全体を均一な温度に到達させ、リフロー領域に入る熱応力の影響や、コンポーネントの反り、一部の大容量コンポーネントの冷間溶接などのその他の溶接欠陥を軽減することです。もう 1 つの重要な機能は、はんだペースト内のフラックスが活発な反応を起こし始め、溶接部の表面の濡れ性が向上し、溶融はんだが溶接部の表面をよく濡らすことです。3 番目の機能は、フラックス内の溶剤をさらに揮発させることです。保温段階の重要性により、保温時間と温度を適切に制御する必要があります。これにより、フラックスがはんだ付け面を良好に洗浄できることを保証するだけでなく、フラックスがリフロー段階に到達する前に完全に消費されないようにし、リフロー段階で活性化して再酸化を防ぐことができます。

3. リターンゾーンステージ

PCBA ボードは、はんだペーストを溶かすために溶融ゾーンまで加熱されます。ボードは最高温度、通常は 230 度 -245 に達し、これはリフロー段階と呼ばれます。液相線を超える時間は通常 30-60 秒です。リフロー段階では、リフロー ライン全体で温度が上昇し続け、はんだペーストが溶けて濡れ反応が起こり、金属間化合物層が形成され始め、最終的にピーク温度に達します。リフロー ゾーンのピーク温度は、はんだペーストの化学組成、コンポーネントの特性、および PCB 材料によって決まります。リフロー領域のピーク温度が高すぎると、回路基板が焼けたり焦げたりする可能性があります。ピーク温度が低すぎると、はんだ接合部が灰色で粒状になります。したがって、この温度ゾーンのピーク温度は、フラックスが完全に機能し、濡れ性が良好であるのに十分な高さである必要がありますが、コンポーネントまたは回路基板の損傷、変色、焦げを引き起こすほど高くしてはなりません。リフロー領域では、温度の上昇勾配によって部品が熱衝撃を受けないようにすることも考慮する必要があります。部品のはんだ付けが確実に行われるように、リフロー時間はできるだけ短くする必要があります。一般的に、30-60 秒が最適です。リフロー時間が長すぎたり、温度が高すぎたりすると、温度の影響を受けやすい部品が損傷するだけでなく、金属間化合物 IMC 層が厚くなりすぎて、はんだ接合部が非常に脆くなり、はんだ接合部の耐疲労性が低下します。

4. 冷却ゾーン段階

温度低下の過程は冷却段階と呼ばれ、冷却速度は3-5度/秒です。冷却段階の重要性は見落とされがちです。良好な冷却プロセスも、溶接の最終結果において重要な役割を果たします。冷却速度が速いほど、はんだ接合部の微細構造を改良できます。金属間化合物の形態と分布を変え、はんだ合金の機械的特性を向上させます。実際の生産における鉛フリーはんだ付けでは、冷却速度を上げると、通常、部品に悪影響を与えることなく欠陥を減らし、信頼性を向上させることができます。ただし、冷却速度が速すぎると、部品にも影響が及び、応力集中を引き起こし、製品のはんだ接合部が使用中に早期に故障する原因となります。したがって、リフローはんだ付けでは、良好な冷却曲線を提供する必要があります。

Tecoo SMT の知識の詳細:
SMTリフローはんだ付けに窒素（N2）を追加する主な機能