リフロー炉の温度プロファイリングとはんだ付け不良ソリューション

Reflow Oven Temperature Profiling and Soldering Defect Solutions

正確なリフロー炉の温度プロファイリングに集中することで、多くのはんだ付け不良を防ぐことができます。温度を徐々に変化させることで、ストレスやダメージを避けることができます。はんだペーストとPCBにプロファイルを合わせることで、より良い結果が得られます。結果に影響する要因には以下のものがあります：

高い熱伝導性 PCB内の熱が均等に広がるため、ホットスポットや接合不良が減少する。
材料間の熱膨張係数をほぼ一致させることで、接合部のひび割れや反りを防ぐことができる。
ガラス転移温度が高いほど、高熱下でもPCBが安定するため、基板は無傷でいられる。

要点

リフロー時の段階的な温度上昇熱衝撃と欠陥を防ぐ.最良の結果を得るには、1～2℃/秒のランプ速度を目指す。
熱電対を使ってプリント基板の実際の温度をモニターする。これは、はんだ付けの問題につながる可能性のある温度差をキャッチするのに役立ちます。
リフロープロファイルに合わせるをソルダーペーストの仕様に合わせる必要があります。ソルダーペーストの種類によって、不具合を避けるために必要な温度は異なります。
リフロー炉を定期的に点検し、校正してください。一貫したプロファイリングは、安定した結果と高品質のはんだ接合を保証します。
プロセスの安定性を維持するためには、オペレーターのトレーニングが不可欠です。実践的な経験は、欠陥を特定し、はんだ付けの品質を向上させるのに役立ちます。

リフロー炉温度プロファイル

プロフィール設定

効果的なリフローオーブン温度プロファイルの設定は、PCBと部品を通して熱がどのように移動するかを理解することから始まります。部品にダメージを与えないよう、温度はゆっくりと上昇させたいものです。IPC規格ではランプ速度1.5℃/秒～3℃/秒.ランプ・レートを3℃/秒以下に保つことで、サーマル・ショックを防ぐことができます。はんだ付け不良.

| Ramp Rate (°C/s) | Description |
| —————- | ————————————– |
| 1.5–3 | Typical ramp rate, not exceeding 3°C/s |

ひび割れや反りなどの問題を最小限に抑えるためには、1～2℃/秒程度の低いランプ・レートを目指すべきである。また、徐々に温度を上げることで溶剤やガスが抜け、フラックスの活性が向上し、飛散が減少する。

熱電対は正確なプロファイル設定において重要な役割を果たす.熱電対をプリント基板のさまざまな場所に取り付けます。これにより、オーブン内の空気だけでなく、部品の実際の温度をモニターすることができます。最近のリフローオーブンには熱電対が内蔵されていることが多く、熱プロファイルの記録や解析が容易になりました。熱伝導性ペーストやエポキシ樹脂を使用して熱電対を固定すると、測定精度が向上します。

ヒント 重要な部品やはんだ接合部に熱電対を設置する。これにより、欠陥につながる可能性のある温度差を捉えることができます。

リフロー炉の温度プロファイルをはんだペーストに合わせるとPCBアセンブリの要件が不可欠です。それぞれのソルダーペーストには、独自の温度限界と加熱ニーズがあります。例えば、鉛フリーソルダーペーストはプロセスウィンドウが狭いです。コールドジョイント、不十分な濡れ、その他の不具合を避けるために、推奨されるプロファイルに従う必要があります。

主なメリット

リフロー炉の温度プロファイルを正しく設定すると、いくつかの重要な利点が得られます：

あなた熱衝撃や部品の変形を防ぐ温度を徐々に上げていく。
マイクロクラック、プリント基板の反り、過度の飛散のリスクを低減します。
溶剤をゆっくり蒸発させることで、はんだ接合部の信頼性が向上する。
加熱と冷却の速度をコントロールできるので、はんだ接合部の冷えやぬれ不良を防ぐことができます。
熱勾配や反りを最小限に抑え、製品の品質を高く保つことができます。

ソルダーペーストの仕様にプロファイルを合わせることで、最適なはんだ接合品質を確保することができます。高温は熱応力の原因となり、接合不良やボイドの原因となります。プロファイルを最適化することで、不良を最小限に抑え、強固で信頼性の高い接続を維持することができます。

注：鉛フリーはんだ付けでは、正確なプロファイリングが特に重要です。プロセスウィンドウが小さいため、わずかな温度変化が大きな問題を引き起こす可能性があります。

熱電対を使用し、推奨されるランプ・レートに従うことで、安定した再現性のあるプロセスを構築できます。リフローサイクルの制御が向上するため、不良が減少し、歩留まりが向上します。

プロファイリングの基本

主要ゾーン

リフロー炉の4つの主要ゾーンを理解する必要があります。各ゾーンは次のような重要な役割を果たします。ハンダ付け品質.温度と存続期間各ゾーンのはんだ接合は、はんだ接合部の形成やPCBアセンブリの信頼性に影響します。

| Zone | 温度範囲 (°C) | Temperature Range (°F) |
| ——- | ——————————————————————————————————– | ———————- |
| Preheat | 150 – 200 | 302 – 392 |
| Soak | 150 – 180 | 302 – 356 |
| Reflow | 217 – 260 | 423 – 500 |
| Cooling | Below 100 | Below 212 |

予熱中は、熱衝撃を防ぎ、溶剤を蒸発させるために、ゆっくりと温度を上げます。ソークゾーンでは温度を一定に保ち、フラックスを活性化させ、すべての部品が均一に加熱されるようにします。リフローゾーンでは、はんだが溶けて部品を接合します。はんだを凝固させ、接合部がもろくならないよう、制御された速度で冷却する必要があります。

ヒント：段階的なランプアップと制御された冷却は、反りやコールドジョイントのような一般的な欠陥を避けるのに役立ちます。

作成手順

以下の手順に従って、効果的なリフロー炉温度プロファイルを設定してください：

ランプゾーン:1秒間に1～3℃程度、ゆっくりと温度を上げ、フラックスの揮発分を除去する。
ソーク・ゾーン：すべての成分が均一に加熱されるよう、温度を一定に保つ。このゾーンはオーブンの長さの約3分の1から半分を占めるようにする。
リフローゾーン：ピーク温度を230～250℃にする。リフロー以上の時間は45秒から90秒の間に保つ。
冷却ゾーン：はんだ接合部を凝固させ、熱衝撃を防ぐため、冷却速度を毎秒約4℃に制御する。
プロファイルの選択：アセンブリの複雑さに応じて、ランプ・ツー・ピークまたはランプ/ソーク/リフロー・プロファイルを選択します。
オーブンのメンテナンス安定した結果を得るために、定期的にオーブンを清掃し、校正してください。
データ分析：サーマル・プロファイリング・ツールを使用して、プロセスが仕様に適合しているかどうかをチェックします。
微調整：データロガーの出力に基づいてオーブンの設定を調整し、プロファイルを保存して次回から使用できます。

使用ツール

リフロー炉の温度を測定・制御するには、信頼できるツールが必要です。熱電対とデータロガーは、PCB上のさまざまなポイントの温度を追跡するのに役立ちます。PA0210やPA1683などのK型熱電対は高精度で、509°Fまでの温度に対応します。より高温の場合、PA1571は1832°Fに達します。DP5660モデルのようなデータロガーは、最大12チャンネル、50,000データポイントを保存でき、USBまたはBluetoothで接続できます。

| Thermocouple Model | Type | Diameter | Max Temp (ºF) | Length | Insulation |
| —————— | —- | ——– | ————- | —— | ———– |
| PA0210 | K | 0.2 mm | 509 | 800 mm | PTFE |
| PA1683 | K | 0.1 mm | 509 | 500 mm | PTFE |
| PA1571 | K | 0.5 mm | 1832 | 600 mm | Inconel |
| PA0215 | K | 0.2 mm | 671 | 800 mm | Glass Fiber |

| Data Logger Model | Channels | Temp Range (°C) | Memory | Accuracy | Connectivity |
| —————– | ——– | ————— | —— | ——– | ————- |
| DP5660 | 6 or 12 | -100 to 1370 | 50,000 | ±0.5°C | USB/Bluetooth |

Bar chart comparing maximum temperature ratings of four thermocouple models

高度なプロファイリングツールにより精密制御はんだ付け環境振動や角度など、はんだ付け品質に影響するプロセスパラメーターを測定します。詳細なデータ分析により、製品の信頼性を向上させ、無駄を省くことができます。

はんだ付け不良

トゥームストーニング

抵抗器やコンデンサーなどの小さな表面実装部品が、はんだ付けの際に一端が直立すると、墓石ができる。この欠陥は墓石のように見え、電気的接続を断ちます。プリント基板全体の温度が均一でない場合に、墓石が発生することがよくあります。急激な温度上昇や不均一な加熱により、部品の一端が他端より先にリフローすることがあります。もしボード全体の温度差が10℃を超える墓穴を掘る可能性が高くなる。

墓穴を掘らないためには

特に鉛フリーのソルダーペーストを使用する場合は、融点に達する前に徐々にソーク速度を上げてください。
設計エンジニアと協力し、適切なパッド設計を行う。そして熱の不均衡をなくす。
PCBパッド、特に受動部品の裏側に印刷されるはんだペーストの量を最小限に抑える。
配置速度を下げ、ピックアンドプレースノズルの圧力を調整することで、チップの配置精度を向上させます。

ヒント: お客様のプロセスに適合し、トンブストーニングを低減するソルダーペーストを開発するために、材料サプライヤーと協力してください。

ブリッジング

ブリッジは、はんだが隣接する2つのパッドまたはリードを接続し、意図しない電気的接続を生じる場合に発生します。この欠陥は短絡を引き起こし、プリント基板を損傷する可能性があります。温度プロファイルのソーク時間が不適切だと、しばしばブリッジが発生します。過度の入熱はソルダーペーストのスランプを引き起こし、ガスが抜ける時間が不十分なことも原因となります。スランプしたはんだペーストはパッド間にブリッジを形成します。

ブリッジングを最小限に抑えるには

予熱ゾーンを60～90秒かけて150～180℃に徐々に加熱し、フラックスを活性化させる。
リフローゾーンでは235～250℃で20～40秒間ピークを維持し、はんだが過度に広がることなく溶融する。
毎秒2～4℃の速度で冷却し、はんだを均一に凝固させる。
ピーク温度を下げると、合金の流動性が低下する。
液相線より上の時間を短くして、はんだが流れる窓を最小にする。
はんだが早く固まり、ブリッジが凝固しないように、冷却ランプを改善する。

コールドジョイント

コールドジョイントは、はんだが完全に溶融しなかったり、パッドやリードとうまく接合できなかったりした場合に形成されます。このような接合部は鈍く見え、応力下でクラックが入ったり破損したりすることがあります。最も一般的な温度プロファイルのエラーには、推奨範囲を下回るピーク温度と急勾配の予熱が含まれます。ピーク温度が235℃未満の場合、はんだが表面を適切に濡らさない可能性があります。

関節の冷えを防ぐには

鉛フリー合金のピーク温度を240～250℃に上げる。
予熱勾配を1～2℃/秒に調整し、均一な加熱を行う。
ピーク温度での滞留時間を最適化することで、はんだが流動して接合するのに十分な時間を確保する。

注：ピーク温度とドエルタイムの両方を調整することで、はんだが融点に達し、効果的に接合されます。

ヴォイド

ボイドとは、はんだ接合部の内部に閉じ込められた空洞や気泡のことです。このような欠陥は接合部を弱くし、高信頼性のアプリケーションで不具合を引き起こす可能性があります。ボイドは多くの場合、温度プロファイルの制御不良、特にランプ速度、ソーク時間、液相線より上の時間に起因します。

ボイドを減らすには、こうするべきだ：

ピーク温度を調整し、閉じ込められたガスを放出しやすくする。
濡れ性を改善し、フラックスの巻き込みを減らすために、液相線より上の時間を長くする。
酸化と揮発性の封じ込めを避けるため、浸漬時間のバランスをとる。
特定のコンポーネントの熱プロファイルを微調整します。

湿潤の問題

濡れ性の問題は、はんだがパッドやリードにうまく流れなかったり、接着しなかったりする場合に起こります。リフロー工程での不適切な温度は加熱ムラを引き起こし、はんだペーストが完全に溶けるのを妨げる。これが濡れ不良や弱い接合につながる。

ウェット問題を解決するには

プリヒート、ソーク、リフロー、冷却ゾーンを注意深く管理すること。
フラックスを適切に活性化し、適切な温度を維持する。
湿潤性を高めるため、液相線より上に十分な時間を置く。
プリント基板のサイズと複雑さに応じて予熱時間を調整してください。
大きなボードの場合は予熱時間を長くし、均一に加熱する。
温度上昇速度を監視し、敏感な部品については毎秒3℃以下に保つ。

ヒント適切な濡れ性は、はんだ接合部の強度と信頼性を向上させます。

はんだボール

はんだボールは、接合部の周囲やプリント基板表面に形成される小さな球状のはんだです。このような欠陥は、ショートや信頼性の問題を引き起こす可能性があります。はんだ付け時の急激な温度変化や不均一な温度変化は、しばしばはんだボールの原因となります。過度な加熱速度は、はんだペースト中の揮発性物質を捕捉し、球体を形成します。

ハンダボールを減らすには

予熱の段階で徐々に温度を上げる。
ソルダーペーストの融点付近のリフローピーク温度を制御する。
過度の温度差を避ける。
毎秒2～4℃の冷却速度を維持する熱衝撃を最小限に抑え、適切な結晶粒構造を可能にするためである。

注：冷却速度を制御することで、はんだ接合部を凝固させ、はんだボールの欠陥を防ぐことができます。

ミスアライメント

ミスアライメントは、はんだ付け中に部品が意図した位置からずれることで発生します。温度プロファイルの不一致がこの問題を引き起こすことがよくあります。加熱にムラがあると、基板の一部の領域が早く加熱され、部品が移動してしまいます。また、ミスアライメントは、トンブストーニングやはんだボイドの原因にもなります。

ミスアライメントを防ぐには

リフローはんだ付けプロファイルの開発と最適化 PCBデザイン、部品、ソルダーペーストに基づいてください。
正確な温度制御と複数の加熱ゾーンを備えたリフロー炉を使用し、一貫性を保つ。
リフロー炉の校正とメンテナンスを定期的に行い、指定されたパラメータ内に保つ。
実際の温度プロファイルを確認するために、熱電対やその他の温度感知装置を使用してリフロープロセスを監視する。

オーブンに加熱の遅れや熱ムラがないか、定期的に点検してください。
温度調整を遅らせる熱慣性を考慮する。

ヒントリフロー炉の温度プロファイルを一定に保つことで、コンポーネントの位置合わせが容易になり、はんだ付け品質が向上します。

プロセス改善

プロフィールチェック

プロセスを安定させるために、リフロー炉の温度プロファイルを定期的にチェックする必要があります。まず、お客様の製品を使用する前に、オーブンのプロファイリングから始めてください。同じレシピを長期間使用する場合は、少なくとも週に一度はオーブンをチェックしてください。テストパレットを使用することで、オーブンが正しいプロファイルを長時間にわたって繰り返すことができるかを確認することができます。温度ゾーン、コンベア速度、エアフローを常に検査し、校正する。繰り返し運転に対応できる工程管理ツールを使用する。メンテナンスやレシピの変更があった場合は、オーブンのプロファイリングを再度行う。性能を追跡し、顧客のニーズに応えるために、すべてのチェックの記録を残しておく。

| Best Practice | Description |
| ————————————————————————————————- | ———————————————————————————————— |
| 生産前のプロファイリング | Profile the oven before running customer products to ensure it is ready and in specification. |
| Weekly Checks | If the same recipe is used for extended periods, check the oven at least weekly for consistency. |
| Test Pallet Runs | Use test pallets to verify the oven’s capability to reproduce the correct profile over time. |
| 定期点検と校正 | Inspect and calibrate temperature zones, conveyor speed, and airflow consistency. |
| Use of Process Control Tools | Employ tools designed for measuring reflow ovens to ensure they withstand repeated runs. |
| Record Keeping | Maintain records of performance to verify process consistency over time. |

ヒントプロファイリングのスケジュールは、顧客の要求と製品の信頼性のニーズに基づいて調整します。

データ分析

プロセスを改善するために、温度プロファイルデータを分析する必要があります。サーマル・プロファイリングにより、はんだ付け中の温度変化をモニターし、記録することができます。熱電対とプロファイリングソフトウェアを使用して、明確な温度プロファイルを作成します。これにより、各部品やはんだペーストの加熱と冷却をコントロールすることができます。優れたデータ分析は、次のような場合に役立ちます：

達成高品質のはんだ接合.
部品の損傷を防ぐ。
強力で信頼性の高い接続を確保する。

データを見直す際には、問題の兆候となる傾向や変化を探しましょう。継続的なデータロギングにより、問題を早期に発見し、迅速な調整を行うことができます。

トレーニング

オペレーターのトレーニングは、プロセスの安定性の鍵です。リフロープロセス、はんだ付けパラメータ、熱電対の取り付けをカバーするコースに参加する必要があります。ラボでの実習は、欠陥の特定やプロファイルの作成を学ぶのに役立ちます。また、欠陥検出や機械較正のためのX線技術の使用方法を学ぶプログラムもあります。

自動プロファイリングシステムは、リアルタイムでプロセスを監視するのに役立ちます。このシステムは、データ分析を利用して、不具合を事前に発見するのに役立ちます。適切なトレーニングやツールを使用することでリフロー炉温度プロセスが安定し、効率的である。

向上するハンダ付け品質リフロー炉の正確な温度プロファイリングに注力し、不具合を未然に管理することで、安定した結果を維持することができます。定期的なトラブルシューティングと継続的な改善により、安定した結果を維持できます。日常的なプロファイルチェックと欠陥分析のためのチェックリストを作成します。業界標準と新技術の最新情報を常に入手する：

カスタムリフロープロファイル各 PCB プロジェクトにオーブンの設定を合わせる。
様々な基板レイアウトに対応するマルチゾーン調整。
ソフトウェアツールは、より良いプロファイル作成のために熱挙動をシミュレートします。
バッチテストはプロファイルを改良し、不完全なはんだ接合を防ぎます。

ヒント新しいプロファイリング法に対応し、高い信頼性を維持するために、プロセスを頻繁に見直す。

よくあるご質問

正確なプロファイリングのために、熱電対を取り付ける最良の方法は？

熱伝導性ペーストやエポキシ樹脂を使用して、熱電対を重要な部品やはんだ接合部に直接固定する必要があります。この方法により、リフロープロセス中に最も信頼性の高い温度測定値が得られます。

リフロー炉の温度プロファイルはどのくらいの頻度でチェックすべきですか？

毎回の生産前にプロファイルをチェックする必要があります。同じレシピを使用している場合は、毎週チェックすることで変更を把握することができます。メンテナンスやレシピの更新後は必ずプロファイルを確認する。

リフローはんだ付け時にはんだボールが発生するのはなぜですか？

はんだボールは通常、はんだペーストが急速に加熱されたり、不均一に加熱されたりすると形成されます。徐々に温度を上げ、冷却速度をコントロールすることで、この不具合を防ぐことができます。

有鉛ソルダーペーストと無鉛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？

同じプロファイルを使うべきではありません。鉛フリーはんだペーストは、より高いピーク温度とより厳しいプロセスウィンドウを必要とします。ペーストの種類ごとに、常にメーカーの推奨事項に従ってください。

温度プロファイルの分析に役立つツールは？

You can use thermocouples, data loggers, and profiling software. These tools let you record and review temperature data for each zone, helping you optimize your process.