フローはんだ付け工程をリフロー炉で一括処理する「フローのリフロー化」は、生産効率向上と工程集約を狙った理想的な手法です。しかし、耐熱性や部品仕様の違いなど、多くの課題が残されており、現時点では全面的な置き換えは容易ではありません。本記事では、実験事例とともに課題と対策を考察します。
目次
部品のリフロー化実験
写真1に示す基板で各種条件の実験を行いました。
写真1
温度条件の影響
- QFP部品：下部ヒータのみで加熱し、部品表面温度は所定条件で十分なはんだ付けが可能。
- 断熱カバー使用：表面温度は204℃に達し、熱影響を受ける。
- 断熱＋放熱治具使用：温度は144℃まで低減したが、十分とはいえない。
- トランスリード：176℃、QFPリードは236℃、基板裏面は245℃に達し、はんだ付け可能温度に。ただしトランスリードは融点未達で後付けが必要。この対策は今後の課題です。速度を0.4m/分にすると112℃まで低下。ファン回転数も温度変化に影響を与えます。
耐熱性の低い部品のリフロー化
ディスクリート部品や低耐熱部品を既存の温度プロファイル規格のままで処理するのは困難です。設計・部品の高度化に伴い、現状プロファイルでは不良率低減は難しく、条件の見直しが不可欠です。
フローのリフロー化における課題
1. ディスペンサによるはんだ供給
挿入部品にディスペンサで供給する場合、スルーホール全体に供給されるため、写真2のように、加熱時のフラックス暴発による飛散や、はんだボール・ブローホールの発生リスクがあります。
写真2
2. 印刷方式によるはんだ供給
SMT同様、メタルマスクを用いてはんだ印刷を行う方法です。
- 基板裏面印刷→反転→部品挿入：密着状態のホール内ぬれ性・充填性は確認できないため、X線や断面観察が必要。
- 基板上面印刷→同面から部品挿入：反転不要だが、部品下に余剰はんだが残ることでボール発生の可能性。印刷量・位置の調整で対策可能。
写真3のように、レジスト上の余剰はんだは、フラックス作用によりホール内に流れ込むため、大きな問題はありません。印刷形状・位置管理はディスペンサ方式でも同様です。
写真3
はんだボール・ボイド発生原因
- 高耐熱（低流動性）のフラックス使用
- プリヒート時間が長く、フラックス効果が劣化
- はんだ流動が速く、部品吸着が強い
- はんだ量過多
- 印刷位置や広がりの不適切さ
- ホール内の酸化汚れ
- 基板設計要因
- 急激な温度プロファイル変化
フラックスの「荒れ」は流動性を阻害します。熱バランスの良いフラックスは扱いやすく、ボイド抑制に有効です。
まとめ
フローのリフロー化は理想的な工程集約手法でありながら、耐熱性や部品構造など現場ごとの条件差によって課題も多いのが現状です。今後は加熱方式の最適化（例：熱風を抑えた遠赤外線併用方式）や供給方法の工夫によって、より実用的な実装プロセスが確立される可能性があります。