How Reflow Oven Temperature Profiles Impact PCB Solder Quality

適切なリフローオーブン温度プロファイルを使用することで、プリント基板のはんだ接合部を強固で信頼性の高いものにすることができます。温度管理を適切に行うことで、一般的なはんだ付けの問題を未然に防ぐことができます。プロファイルを正しく設定すれば、リスクは少なくなります。

• はんだ付けトラブル30%について エレクトロニクスの不具合は、誤った温度プロファイルや不良材料が原因である。
  この記事では、強力で信頼性の高いはんだ接続を維持するための簡単なヒントを紹介します。

要点

• を選ぶ 正しいリフロー炉温度プロファイル 強力なはんだ接合ができる。

• オーブンの加熱と冷却のスピードを見て、ストレスを軽減し、問題を未然に防ぐ。

• オーブンの温度を適温に保ち、失敗を避けるために、こまめにチェックしましょう。

• 最良の結果を得るために、プリント基板とはんだペーストに合った温度プロファイルを使用してください。

• オーブン内の各温度帯に目を配り、次のことを確認する。 はんだ付けがうまくなり、問題が少なくなった.

はんだ品質への影響

プロファイリングが重要な理由

リフロー炉の温度プロファイルを正しく設定することで、良好なはんだ接合部を得ることができます。温度プロファイルを設定することで、一般的な問題を解決し、電子機器の動作を向上させることができます。温度上昇の速さ、ソークの持続時間、基板冷却の速さに注意する必要があります。この慎重な方法は、プリント基板を均一に加熱し、熱応力を低減します。

• 強固なはんだ接合には熱プロファイルが必要です。

• 正しいプロファイル・ストップの使用 はんだ付けの問題.

• 優れた温度管理は電子機器の信頼性を高める。

• ランプアップ、ソーク、冷却を制御することで、均一な加熱が可能になる。

• 熱応力が少ないということは、損傷部品が少ないということだ。

もし リフロー炉温度プロファイル が高すぎても低すぎても、多くの問題が発生する可能性があります。下の表は、一般的なはんだ付けの欠陥とその原因、修正方法を示したものです：

ヒントリフローオーブンの温度プロファイルは、必ずプリント基板とはんだペーストに合わせて設定してください。この手順により、はんだ付けのほとんどの問題を回避できます。

はんだ接合部の信頼性

はんだ接合部の強度を長期間維持したいものです。リフロー炉の温度プロファイルは、各接合部の強度と信頼性に影響します。間違ったプロファイルを使用すると、熱サイクルの問題を引き起こす可能性があります。これらの問題ははんだ接合部を弱くし、寿命を縮めます。熱応力は、材料が異なる速度で膨張するときに発生します。これは亀裂や故障の原因となります。

• 不適切な温度プロファイリングは、熱サイクル問題を引き起こす。

• プロファイルが材料に合っていないと、熱応力とひずみが大きくなる。

• 金属間化合物やはんだの変化は、接合部を弱める可能性がある。

• 温度プロファイルをコントロールしないと故障率が上がる。

「この研究は、はんだ接合部が長期にわたってどのように持ちこたえるかを調べるものである。 不適切なリフロー・プロファイルは、はんだ接合部に損傷を与え、信頼性を低下させます。“

PCBごとにプロファイルを設定する必要があります。層数、銅の厚さ、部品のレイアウトによって熱の伝わり方が変わります。たくさんの基板を作る前にプロファイルをチェックしないと、特にBGAパーツの下ではんだ接合部が冷えてしまう危険性があります。熱伝導率、部品の種類、レイアウト密度をチェックすることで、生産ロスを食い止めることができます。

下の表は、リフロー炉の各温度帯が、強いはんだ接合を作るためにどのような働きをするかを示しています：

注：量産前にリフロー炉の温度プロファイルをチェックすることで、はんだ接合部の信頼性を高めることができます。

リフロー炉温度ゾーン

各オーブンゾーンを知ることで、より良いハンダを作ることができる。どのゾーンも重要な働きをしています。リフロー炉の温度プロファイルの設定を間違えると、酸化やボイドなどの問題が発生する可能性があります。はんだ接合部が正しく仕上がらないこともあります。温度プロファイルをPCBとはんだペーストに合わせる必要があります。

プレヒートゾーン

プリヒートゾーンが最初のステップです。このゾーンはプリント基板をゆっくりと温めます。熱衝撃を止め、フラックスの働きを開始します。加熱が早すぎると、フラックス溶剤がすぐに出て行ってしまいます。そうすると、はんだがうまくつかなくなります。はんだ接合部が不均一になるかもしれません。

鉛フリーはんだに最適な予熱温度と時間を示した表です：

• 毎秒1℃～3℃で加熱する。

• 予熱時間は60秒から120秒の間に保つ。

• フラックスを効かせて水分を取り除く。

ヒント：熱するスピードが速すぎると、フラックスが失われ、はんだ接合部が悪くなる。

浸漬ゾーン

次にソークゾーンが来る。このゾーンは熱を安定させる。フラックスが作業を終え、金属をきれいにします。プリント基板全体が同じ熱を受けます。これを飛ばしたり、設定を間違えたりすると、はんだボールや飛散が発生する可能性があります。

鉛フリーはんだのソーク温度を表にしてみました：

• で熱を保つ。 150°C～180°C を60秒から120秒間続ける。

• はんだペーストから水分などを取り除く。

• はんだボールや飛び散りなどの問題を防ぐ。

注：ソーク・ゾーンを正しく設定しないと、ボイドが発生したり、濡れが悪くなったりすることがある。フラックスを効かせ続け、金属をきれいにするためには、浸漬時間と熱を変える必要がある。

リフローゾーン

リフローゾーンは浸漬後。ここでは、はんだが溶けて強固な接合部を作ります。適切な上部の熱に到達し、それを短時間保つ必要があります。熱量が低すぎると接合部が冷たくなります。熱量が高すぎたり長すぎたりすると、接合部がもろくなり、部品が壊れてしまいます。

ここに、有鉛はんだと無鉛はんだの最適な最高温度を示す表がある：

• 溶ける以上の熱を保つ217-245°C)で30秒から90秒。

• 金属間層を作り、はんだ接合を仕上げる。

• 溶けている上に長く留まらないでください。

注意：熱量が少なすぎると濡れが悪くなる。多すぎたり長すぎたりすると、接合部がもろくなり、部品が過熱することがある。

冷却ゾーン

冷却ゾーンは最後である。このゾーンではんだ接合部を固めます。ひび割れや反りを止めるには、適切な速度で冷却する必要があります。冷却速度が速すぎると、熱衝撃が発生します。冷却速度が遅すぎると、接合部がもろくなります。

最適な冷却速度を表にしてみた：

• 毎秒2℃～4℃で冷却する。

• 熱衝撃を止め、部品を保護する。

• はんだ接合部が正しい方法で硬化することを確認する。

ヒント：リフロー後の良好な冷却は非常に重要です。冷却システムをうまく機能させることで、亀裂や剥離、余分な作業を防ぐことができます。

に合わせる必要がある。 リフロー炉温度プロファイル をPCBとソルダーペーストに合わせます。基板やペーストが異なれば、必要な設定も異なります。各ゾーンをチェックして変更することで、より良いはんだが得られ、問題も少なくなります。

一般的なはんだの欠陥

コールドジョイント

冷えた関節は鈍く、荒れているように見える。ストレスがかかると簡単に壊れる。熱量が足りないと、はんだが溶けきらない。これは接合部を弱くする。プリヒート・ゾーンやソーク・ゾーンでの加熱が遅いと、接合部が冷たくなります。5℃のような小さな温度低下でも、大きな問題になります。

• 熱量不足で関節が冷える.

• 温度が低い、あるいは時間が短いということは、はんだが溶けないことを意味する。

• 高熱は部品を痛める可能性があるので、コントロールは重要だ。

• 適切な温度を保つために、機器を頻繁に校正する。

ヒント開始前にリフロー炉の温度プロファイルを確認してください。うまくコントロールすることで、はんだが流れやすくなり、強固な接合部を作ることができます。

はんだボーリング

はんだボールは、はんだの小さなボールが部品の近くにできることです。これは加熱が速すぎたり、温度が均一でない場合に起こります。 急速な加熱は、はんだペーストの中に物を閉じ込める可能性がある。.予熱時間が短すぎたり、温度が低すぎたりすると、はんだがうまくつかないことがあります。

• 速い加熱は熱ムラを引き起こす PCBを曲げる可能性がある。

• 溶剤はすぐに抜け、はんだボールを作る。

• ペーストの中に閉じ込められたものもボールの原因となる。

注： 加熱速度のコントロール を使用し、はんだボールの発生を抑えます。わずかな温度変化でも欠陥は増える。

ブリッジング

ブリッジングは、はんだが触れてはならないパッド同士を接続することで起こる。はんだが広がって2点をつなぐ。加熱ムラや上部の高熱がこの原因となる。一方のパッドが速く加熱されると、はんだが移動してブリッジが形成される。速い温度変化や不均一な熱は表面張力を乱し、はんだを広げすぎる。

• 不均一な熱は表面張力を乱し、はんだを広げる。

• 高熱ははんだを水っぽくする。

• 優れたステンシル設計を使用し、ブリッジを止めるために窒素リフローを試してください。

トゥームストーニング

トゥームストーニングとは、小さな部品の一端が持ち上がること。これにより、部品はまっすぐに立ち上がる。パッドが異なる速度で加熱されることで起こります。片方のパッドが先にはんだを溶かすと、部品が浮き上がります。プリヒートゾーンでの高速加熱は、これを悪化させます。ゆっくりと加熱し、融点付近の温度を長く保つことで、トンブストーニングを止めることができます。

• パッドの熱の違いで部品が浮き上がる.

• 不均一な熱による湿潤力の変化.

• 入念な予熱は、墓石化を防ぐのに役立つ。

注意：パッド間に5℃の差があるだけで、墓石ができることがある。加熱を均一に保ちましょう。

無効化

ボイドとは、はんだ接合部の内側に空洞ができることを意味します。このような弱点があると、接続強度が低下する。熱のムラやソーク時間が悪いと、はんだの中にガスが閉じ込められます。温度管理を怠ると、ボイドが発生しやすくなります。わずかな温度変化は、より多くの欠陥を引き起こす可能性があります。

• 悪いソークゾーンはガスを閉じ込める。

• 不均一な熱は空洞を作る。

• 継ぎ目を良くするために、浸漬時間と温度を変える。

ヒント：温度プロファイルに注意してください。わずかな変化でも、はんだの品質に大きな影響を与えます。

プロフィールの最適化

セットアップとキャリブレーション

リフロー炉を正しくセットアップすれば、良い結果を得ることができる。まずは 毎週オーブンを掃除する または大きな仕事の後。こうすることでフラックスを取り除き、ボードを安全に保つことができる。加熱部分を頻繁にチェックし、熱が均一であることを確認してください。月に一度はセンサーを較正し、正しい測定値が得られるようにしてください。基板が損傷しないように、コンベア・システムを見てください。風通しの良さは重要なので、排気口や通気口にも気を配りましょう。

オーブンの設定と校正のための簡単なチェックリストです：

1. ランプゾーンの温度を1秒間に1～3℃ずつゆっくりと上げる。

2. 均等に加熱するため、浸漬ゾーンを安定させ、オーブンの半分を覆う。

3. リフローゾーンの最高温度に到達し、基板を45～90秒間リフローの上に保つ。

4. 冷却ゾーンを毎秒約4℃で制御する。

ヒント：ボードをたくさん作る場合、 リフロー炉の温度プロファイルを毎週チェックする.小さな仕事であれば、月に1回、あるいは大きな変化の後にチェックする。

PCBとペーストに関する考察

PCBとソルダーペーストにオーブンの設定を合わせる必要があります。はんだの種類によって、必要な最高温度は異なります。 鉛フリーはんだは235～250°Cで最適に機能する.鉛入りはんだは210～230℃を必要とする。ソルダーペーストのフラックスは約100℃で働き始めます。特に無洗浄ペーストの場合は、3分以内に液相線（TAL）を超える時間に達するようにしてください。この時間を超えると、フラックスがうまく働かないことがあります。

• ソークゾーンは通常150℃である。

• 鉛フリーはんだの場合、リフローゾーンは約 245℃に達するはずである。

• 95℃のような急激な温度上昇をさせないでください。

メンテナンスのヒント

定期的なメンテナンスを行うことで、オーブンが正常に機能し、部品のひび割れ、反り、剥離などの問題を防ぐことができます。オーブンやフラックスフィルターを清掃し、残留物の蓄積を防ぐ。送風機やインペラを点検し、空気の流れを正しく保つ。ヒーターと熱電対を見て、正しい熱量を測定する。熱による損傷を軽減するために、異なる材料に 対してプロセスを変更する。冷却ゾーンが正しく機能していることを確認し、熱衝撃を止め、強力なはんだ接合を作る。

注：適切なメンテナンスと正しい リフロー炉温度プロファイル コストのかかる欠陥を回避し、ボードの信頼性を維持するのに役立ちます。

リフローオーブンの各温度帯をコントロールすることで、はんだ接合を強固にすることができます。プリント基板とはんだペーストのプロファイルを確認し、設定する必要があります。熱を均一に保つため、オーブンを頻繁に校正してください。このような重要なポイントが研究によって示されています：

これらのヒントを参考にして、毎回欠陥のない良好なはんだ接合を行ってください。さらに良い結果をお望みなら、プロファイルのテストと設定の新しい方法をお試しください。

よくあるご質問

リフロー炉の校正を省略するとどうなりますか？

加熱ムラやはんだ接合不良のリスクがある。キャリブレーションはオーブンの精度を保ちます。このステップを省略すると、ブリッジやコールドジョイントのような欠陥の原因となります。新しいバッチを始める前に、必ずオーブンをチェックしてください。

温度プロファイルが正しいかどうか、どうやって判断するのですか？

サーマル・プロファイラを使えば、プリント基板全体の温度を追跡できます。良いプロファイルは、均一な加熱と適切なピーク温度を示します。欠陥や接合部のくすみが見られる場合は、設定を調整してください。

すべてのソルダーペーストに同じプロファイルを使用できますか？

いいえ、してはいけません。ソルダーペーストにはそれぞれ融点と必要条件があります。必ずメーカーのデータシートを確認してください。間違ったプロファイルを使用すると、濡れ性が悪くなったり、リフローが不完全になったりすることがあります。

なぜわずかな温度変化で欠陥が生じるのか？

5℃の違いでも、はんだの溶け方や流れ方が変わることがあります。小さな変化は、ボイド、墓石、または弱い接合につながる可能性があります。最良の結果を得るためには、温度を一定に保つ必要があります。