PCBブログ - PCBリフロー溶接における冷間溶接問題の原因

コールド溶接とは？冷間溶接とは、SMT加工溶接後の還流不完全な溶接点、例えば顆粒状の冷間溶接半田と形状不規則な溶接点、または半田粉末が完全に溶融していないことを意味する。その名の通り、冷間溶接とは還流不足時の溶接を指す。例えば、還流曲線のピーク温度が高くないか、還流曲線の液相線より高い時間が短い。共晶Sn/Pb半田については、ピーク温度は約215Å、液相線温度を超える推奨滞留時間は60 ~ 90秒であることが推奨されている。

しかし、他の要因は、例えば、冷間溶接の発生にも影響を与える可能性があります。

1）加熱還流時間が不足している。

2）冷却段階で外乱を受け、これは冷却段階の外乱による表面の滑らかでない溶接点である。

3）表面汚染により、フラックスの活性が抑制される。冷却段階では、溶接点が干渉されると、溶接点の表面は不均一な形状を呈し、特に温度が融点よりやや低い場合、溶接材料は非常に柔軟である。この欠陥は、強い冷却空気に起因するか、コンベアやベルトの不均一な動きに起因する。

電子工業のFR 4−PCB溶接において、金はその優れた安定性と信頼性のために最も一般的な表面コーティング金属の1つとなっている。しかし、はんだ中の不純物としては、はんだ中に脆性のSn−Au（Sn−Au）金属間化合物（主にAuSn 4）が形成されるため、金ははんだの延性に非常に有害である。低濃度のAuSn 4は多くの韓国のスズ含有半田の機械的性質を改善することができるが、半田中の金含有量が4%を超えると、引張強度と破断伸びが急速に低下する。パッド上の厚さ1.5マイクロメートルの純金及び合金層は、ピーク溶接中に溶融半田に完全に溶解することができ、形成されたAuSn 4はプレートの機械的性質を破壊するのに十分ではない。しかし、表面組立プロセスでは、金コーティングの許容可能な厚さは非常に低く、正確な計算が必要である。Glazerらは、金濃度が3.0 W/Oを超えない場合、プラスチック四角形フラットパッケージ（PQFP）上のCu−Ni−Au金属コーティングとFR−4 PCBとの溶接点の信頼性が損なわれることはないと報告している。

過剰なIMCはその脆性のために溶接点の機械的強度に危害を及ぼし、溶接点中のベルホールの形成に影響を与える。例えば、Cu−Ni−Auパッドの1.63 um金層上に形成された溶接点は、7 mil（175 um）91%金属含有量のSn 63 Pb 37ペーストをパッド上に印刷した後にリフロー溶接することができる。Sn−Au金属化合物は粒子となり、溶接点に広く分散している。

PCB板加工では、適切な半田合金と制御金層の厚さを選択するほか、金含有下地金属の成分を変えることで金属間化合物の形成を減らすことができる。例えば、Sn 60 Pb 40半田をAu 85 Ni 15に溶接すると、金脆性は存在しない。

冷間溶接の原因：

実際の電子加工において、私たちがよく言う冷間溶接は一般的に溶接点の表面が暗く、粗く、溶接材料と完全に融合していない。実際にSMTチップを生産加工する過程で、冷ろう付けは主に形成された加熱温度が適切ではなく、ろう材が変質し、予熱時間が長すぎるか、温度が高すぎるためである。

ソリューション

仕入先から供給された還流温度曲線に基づいて曲線を調整し、生産製品の実際の状況に基づいて調整する。新しい半田ペーストを交換してください。設備が正常かどうかを検査し、予熱条件を補正する。

半田付けの理由：

SMT SMD素子とパッドの溶接可能性が悪く、還流温度または加熱速度が加工要求に達していない、印刷パラメータに誤りが発生し、印刷遅延時間が長すぎ、スラリー活性が低下したなどの原因がある。

ソリューション

PCB回路基板とパッチ素子の選別を強化し、良好な溶接性を確保する、還流温度曲線を調整する、スキージの圧力と速度を変更して、良好な印刷効果を確保する。半田ペースト印刷後、できるだけ早くパッチにリフロー半田付けを行います。

コールドスポットを回避する方法

冷間溶接継手は溶接時間や溶接温度の不足によるものであるため、冷間溶接継手を避けるには、次の2つの点から着手する必要がある：

1.溶接温度と時間の制御。回路基板を溶接する際には、溶接点が完全に溶融することを確保し、冷間溶接点の発生を回避するために、溶接温度と時間を厳格に制御する必要があります。

2.品質管理。回路基板の溶接点が生産を担当する第三者によって生産されている場合は、溶接品質の安定性と信頼性を確保するために、メーカーの溶接プロセスと品質を厳格に制御する必要があります。

PCB製造においては、冷間溶接は無視できない問題であるが、プロセスの最適化、材料品質の向上、設備メンテナンスの強化により、その発生率を効果的に下げることができる。