詳細な PCBA 製造プロセス - 深セン Xinda Chang Technology Co., Ltd.

詳しい PCBA 製造プロセス (DIP の全プロセスを含む) をぜひご覧ください。

「ウェーブはんだ付けプロセス」

ウェーブはんだ付けは、一般的にプラグインデバイスの溶接プロセスです。これは、溶融したはんだがポンプの力を借りて、はんだ槽の液面に特定の形状のはんだ波を形成し、挿入された部品のPCBが特定の角度と伝送チェーン上の特定の浸漬深さではんだ波のピークを通過することで、はんだ接合部を溶接するプロセスです（下図参照）。

一般的なプロセスフローは、次の図に示すように、デバイスの挿入 -- PCB のロード -- ウェーブはんだ付け -- PCB のアンロード -- DIP ピンのトリミング -- クリーニングの順になります。

1.THC挿入技術

1. 部品ピン成形

DIPデバイスは挿入前に整形する必要がある

（１）手加工部品の成形：曲げられたピンは、下図に示すように、ピンセットまたは小型のドライバーを使用して成形することができます。

（2）部品の機械加工による成形：部品の機械加工は特殊な成形機を用いて行われます。その動作原理は、フィーダーが振動フィーダーを用いて材料（プラグイントランジスタなど）を供給し、仕切り板でトランジスタの位置を決定します。まず、左右両側のピンを曲げます。次に、中央のピンを前後に曲げて成形します。下図の通りです。

2. コンポーネントを挿入する

スルーホール挿入技術は、手動挿入と自動機械設備挿入に分けられます。

（1）手作業による挿入・溶接は、まずパワーデバイスの冷却ラック、ブラケット、クリップなど、機械的に固定する必要がある部品を挿入し、次に溶接固定が必要な部品を挿入します。挿入時に部品のピンや印刷版上の銅箔に直接触れないでください。

（2）機械式自動プラグイン（AI）は、現代の電子製品の組み立てにおける最も先進的な自動化生産技術です。自動機械設備の組み立てでは、まず高さの低い部品を挿入し、次に高さの高い部品を組み立てます。重要なキー部品は最終組み立て工程に組み込む必要があります。放熱ラック、ブラケット、クリップなどの取り付けは、溶接工程に近い場所に行う必要があります。PCB部品の組み立て手順は、次の図に示されています。

3. ウェーブはんだ付け

（1）ウェーブはんだ付けの動作原理

ウェーブソルダリングは、溶融はんだの表面にポンプ圧力によって特定の形状のはんだ波を形成し、部品が挿入されたアセンブリ部品がはんだ波を一定角度で通過することで、ピン溶接部にはんだスポットを形成する技術です。部品はチェーンコンベアによる搬送過程で、溶接機の予熱ゾーンでまず予熱されます（部品の予熱と到達温度は、所定の温度曲線によって制御されます）。実際の溶接では、通常、部品表面の予熱温度を制御する必要があるため、多くの装置では対応する温度検出装置（赤外線検出器など）が追加されています。予熱後、アセンブリは溶接のためにリード溝に入ります。スズタンクには溶融はんだが含まれており、鋼製タンクの底部にあるノズルから一定形状の溶融はんだの波頭が噴射されます。部品の溶接面が波を通過すると、はんだ波によって加熱され、はんだ波が溶接部を湿らせて膨張し、最終的に溶接が完了します。その動作原理は以下の図に示されています。

ウェーブはんだ付けは、対流伝熱原理を利用して溶接部を加熱します。溶融はんだの波は熱源として作用し、一方ではピン溶接部を洗い流すように流れ、他方では熱伝導の役割も果たし、この作用によってピン溶接部が加熱されます。溶接部を確実に加熱するために、通常ははんだ波に一定の幅を持たせ、部品の溶接面が波を通過する際に十分な加熱、濡れなどが得られるようにします。従来のウェーブはんだ付けでは、一般的にシングルウェーブが使用され、波は比較的平坦です。鉛はんだを使用する場合、現在はダブルウェーブの形で採用されています。下図をご覧ください。

部品のピンは、はんだが固体状態でメタライズドスルーホールに浸漬するための経路を提供します。ピンがはんだの波に接触すると、液体のはんだは表面張力によってピンとスルーホールの壁を上昇します。メタライズドスルーホールの毛細管現象は、はんだの上昇を促進します。はんだがPCBパッドに到達すると、パッドの表面張力の作用で広がります。上昇するはんだはスルーホール内のフラックスガスと空気を排出し、スルーホールを充填して冷却後にはんだ接合部を形成します。

（2）ウェーブ溶接機の主な構成

ウェーブ溶接機は、主にコンベアベルト、ヒーター、スズタンク、ポンプ、フラックス発泡装置（またはスプレー装置）で構成されています。下図に示すように、主にフラックス添加ゾーン、予熱ゾーン、溶接ゾーン、冷却ゾーンに分かれています。

3. ウェーブはんだ付けとリフロー溶接の主な違い

ウェーブはんだ付けとリフロー溶接の主な違いは、溶接における加熱源とはんだ供給方法が異なることです。ウェーブはんだ付けでは、はんだはタンク内で予熱・溶融され、ポンプによって生成されるはんだ波が熱源とはんだ供給の二重の役割を果たします。溶融したはんだ波は、PCBのスルーホール、パッド、部品ピンを加熱するとともに、はんだ接合部を形成するために必要なはんだを供給します。リフローはんだ付けでは、はんだ（はんだペースト）がPCBの溶接領域にあらかじめ配置されており、リフロー中の熱源ははんだを再溶融させる役割を果たします。

（1）3 選択的ウェーブはんだ付けプロセスの紹介

ウェーブはんだ付け装置は50年以上前から開発されており、スルーホール部品や回路基板の製造において高い生産効率と大きな生産量という利点があるため、かつては電子製品の自動量産において最も重要な溶接装置でした。しかし、その適用にはいくつかの制約があります。(1) 溶接パラメータが異なる。

同じ回路基板上の異なるはんだ接合部は、その特性（熱容量、ピン間隔、錫の溶け込み要件など）が異なるため、溶接パラメータが大きく異なる場合があります。しかし、ウェーブはんだ付けは、回路基板全体のすべてのはんだ接合部を同一のパラメータで溶接することを目的としているため、異なるはんだ接合部が互いに「定着」する必要があり、高品質回路基板の溶接要件を完全に満たすことが困難になります。

（２）高い運用コスト

従来のウェーブはんだ付けの実用化においては、フラックスの全面噴霧と錫スラグの発生により、高い運用コストが発生します。特に鉛フリー溶接の場合、鉛フリーはんだの価格は鉛はんだの3倍以上であるため、錫スラグによる運用コストの増加は驚くべきものです。さらに、鉛フリーはんだはパッド上の銅を溶かし続けるため、錫シリンダー内のはんだの組成は時間の経過とともに変化するため、定期的に純錫と高価な銀を添加する必要があります。

（３）メンテナンスとメンテナンストラブル。

生産中の残留フラックスはウェーブはんだ付けの伝送システム内に残り、生成されたスズスラグは定期的に除去する必要があり、これによりユーザーの設備メンテナンスと保守作業がより複雑になります。このような理由から、選択的ウェーブはんだ付けが誕生しました。

いわゆる PCBA 選択的ウェーブはんだ付けでは、依然として元の錫炉が使用されますが、違いは、下の図に示すように、ボードを錫炉キャリアに配置する必要があることです。これは、炉固定具についてよく言われることです。

ウェーブはんだ付けが必要な部品は錫に露出させ、それ以外の部品は下図のように車両用クラッド材で保護します。これは、プールで救命浮輪を装着するようなものです。救命浮輪で覆われた部分には水が入りません。また、車両用クラッド材に置き換えると、車両用クラッド材で覆われた部分には当然錫が入りません。そのため、錫の再溶融や部品の落下といった問題も発生しません。

「スルーホールリフロー溶接プロセス」

スルーホールリフロー溶接は、部品を挿入するためのリフロー溶接プロセスであり、主に少数のプラグインを含む表面実装基板の製造に使用されます。この技術の核心は、はんだペーストの塗布方法です。

1. プロセスの紹介

はんだペーストの塗布方法によって、スルーホールリフロー溶接は、パイプ印刷スルーホールリフロー溶接プロセス、はんだペースト印刷スルーホールリフロー溶接プロセス、成形スズシートスルーホールリフロー溶接プロセスの 3 種類に分けられます。

1) 管状印刷スルーホールリフロー溶接プロセス

管状印刷スルーホールリフロー溶接プロセスは、スルーホール部品のリフロー溶接プロセスの中で最も古い応用例であり、主にカラーテレビチューナーの製造に用いられています。このプロセスの核となるのは、はんだペーストを管状にプレスすることです。そのプロセスは下図に示されています。

2) はんだペースト印刷スルーホールリフロー溶接プロセス

はんだペースト印刷スルーホールリフロー溶接プロセスは、現在最も広く使用されているスルーホールリフロー溶接プロセスであり、主に少数のプラグインを含む混合 PCBA に使用されます。このプロセスは従来のリフロー溶接プロセスと完全に互換性があり、特別なプロセス設備は必要ありません。唯一の要件は、溶接されるプラグインコンポーネントがスルーホールリフロー溶接に適していることです。プロセスを次の図に示します。

3) ブリキ板のスルーホールリフロー溶接工程

成形錫板スルーホールリフロー溶接プロセスは主に多ピンコネクタに使用されます。はんだははんだペーストではなく成形錫板で、通常はコネクタ製造業者が直接追加し、組み立ては加熱のみで行えます。

スルーホールリフロー設計要件

1.PCB設計要件

（１）基板の厚さが1.6mm以下の場合に適しています。

（２）パッドの最小幅は０．２５ｍｍであり、溶融はんだペーストを一度「引っ張る」ことで錫ビードが形成されない。

（３）部品の基板外ギャップ（スタンドオフ）は0.3mm以上である必要がある

（４）パッドより突き出るリード線の適切な長さは0.25～0.75mmです。

（５）0603などの微細間隔部品とパッド間の最小距離は2mmである。

（６）スチールメッシュの最大開口部は1.5mm広げることができます。

（7）開口部はリード線の直径に0.1～0.2mmを加算した値です。下図の通りです。