冷間はんだ接合：知って予防しよう

2024 年 3 月 1 日

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PCBのハンダ付け不良は誰も望んでいませんが、PCB組み立て工程では、不注意や熟練を欠くとコールドジョイントが発生してしまいます。この記事では、ハンダ付け不良について深く理解し、それを回避する方法を示し、ハンダ付け不良で困っている方のために、解決方法をご紹介します。

コールドソルダージョイントとは何ですか?

はんだ付け不良とは、PCBのはんだ付けにおいて、はんだ付け温度が低い、はんだ付け時間が短い、はんだが半溶融状態にあることなどにより発生する不具合です。例えば、母材間のフィラー金属の温度が濡れ温度の最低要件を下回っている場合などです。場合によっては、濡れが全体ではなく部分的に発生し、冶金反応が不完全になることがあります。

はんだ冷接点の症状は何ですか?

一般的に言えば、その表面はミカンのように見えます。そして、その関節間隔も整っています。しかし、関節の強度が低いため、非常に脆いのです。 IMC層また、圧下高さも不十分です。µBGA PCBで上記の症状が見られる場合、冷間はんだ付けの影響を受けています。

冷間はんだ接合部を識別するには？

多くの人は、はんだ付け不良を目視で確認します。接合面の状態を確認するだけでなく、はんだのムラ、ボンディングパッドの被覆ムラ、パッドとピン間の明らかな隙間など、はんだ付け不良の周囲も同時に確認する必要があります。機械的な検査も、冷えたはんだ接合部を特定する上で重要な役割を果たします。針ではんだ接合部に触れ、緩みがないか確認します。電気的な検査も、専門的な検査方法です。接合部間の断線を確認するには、マルチメーターを使用する必要があります。多くの場合、複数の方法を組み合わせて冷えたはんだ接合部を特定することを強くお勧めします。

さまざまな種類の冷間はんだ接合

一般的なコールドジョイント：上の写真1枚目を見ると、表面がゴツゴツと荒れているのが分かります。これはコールドジョイントの典型的な例です。

パッドの濡れ不足によるコールドジョイント：2枚目の写真のように、パッドの濡れ不足の状態で接続できない場合があります。はんだはリード線に十分に濡れているにもかかわらず、パッドとの良好な接続が得られません。

ピンとパッドの濡れ不足：さらに悪いことに、ピンとパッドの両方に濡れ不足が発生することがあります。3枚目の写真は、はんだがピンとパッドに十分に濡れておらず、良好な接続が得られていない状況を明確に示しています。

はんだ付けが多すぎる：4枚目の写真のように、はんだ付けが多すぎると接合部にとって良くない場合があります。ピンもパッドも濡れず、安定した電気接続が得られない可能性があります。

冷間はんだ接合部の原因

過程で SMT基板リフローはんだ付け装置の温度設定が不適切だと、温度が急上昇または急降下することがあります。その結果、装置内のはんだペーストの物理的変形時に張力が不均一になり、はんだの冷接点が発生します。さらに、冷却時のはんだの揺れや、部品の形状と接合位置の不一致といった要因も、冷接点の発生につながる可能性があります。

冷間はんだ接合部を持つ PCB はまだ機能しますか?

いいえ。はんだ付け不良はPCBの誤動作につながります。はんだ付け部は各部品間の重要な接続点であるため、回路の接触不良が発生します。接合部の品質が低下すると、部品間の接続がうまくいかず、断線につながります。さらに、はんだ付け不良が信号線やグランドへの接続を担うと、PCBは信号伝送中に信号干渉を受ける可能性があります。

冷間はんだ接合の防止

心配しないでください。予防するためのヒントをいくつかご紹介します。

はんだ付けの時間と温度を管理してください。ピーク温度は金属の融点より15℃高い温度に設定することをお勧めします。また、ピーク温度が45秒以上続くように設定することをお勧めします。
はんだの不均一性につながるすべての揺れ要因を排除することが重要です。
金属汚染のない高品質のはんだペーストを使用するようにしてください。
慣れれば PCBをカスタマイズはんだ付け技術と品質保証システムの監査が非常に重要です。