鉛フリーのリフロー炉を、錫鉛はんだに使用できますか？
皆さん、電子機器の製造に携わっている人なら、おそらく立ち止まるような疑問にぶつかったことがあるでしょう。「錫鉛はんだには鉛フリーのリフローオーブンを使用できますか?」鉛フリーのリフロー オーブンのサプライヤーを経営し、何年もリフロー オーブンのゲームに携わってきた者として、私はこの問題が浮上する理由を理解しています。予備の鉛フリーオーブンが手元にあるかもしれません。あるいは、装置のコストを考慮していて、錫鉛はんだ付けのためだけにまったく新しい機械を購入したくないかもしれません。コーヒーを飲みながらおしゃべりするように、難しい専門用語を使わずに、何が効果的で何に注意すべきかについて、ただ本当の話をしてみましょう。
まず、基本をしっかりと固めておきましょう。鉛フリーのリフロー炉と錫鉛のリフロー炉は同じではありませんよね？鉛フリーはんだはより高い温度で溶けます。通常は約 217°C (423°F) ですが、錫鉛のはんだは 183°C (361°F) です。つまり、鉛フリー オーブンは、より優れた温度制御、より正確なゾーン管理、より強力な発熱体を備え、より高い熱を処理できるように設計されています。一方、錫鉛オーブンは低温向けに設計されているため、仕様が少し異なります。しかし、問題はここにあります。リフローの核心は、オーブンのラベルではなく、特定の温度プロファイルに達することです。つまり、理論的には、鉛フリーのオーブンで錫鉛を使用できることになります…しかし、待ってください。単に「電源を入れたらすぐに使える」わけではありません。これを機能させるか、ボードを完全に台無しにする可能性のある変数が大量にあります。
まず熱プロファイルについて話しましょう。これははんだ接合の成否を左右するからです。錫鉛の場合、熱を急激に上げすぎないでください。熱ショックにより PCB やコンポーネントに亀裂が生じる危険があります。理想的な錫-鉛プロファイルには、1 秒あたり 1 ～ 3 °C のようにゆっくりと上昇し、はんだフラックスを活性化するために約 150 °C で保持され、その後 183 °C でピークに達し、徐々に冷却される予熱ゾーンがあります。ただし、鉛フリーのオーブンはより高いピーク温度 (多くの場合 240 ～ 260°C) に合わせて調整されており、鉛フリー用にさらに高速な昇温速度が組み込まれている場合があります。そのため、錫鉛にデフォルトの鉛フリー プロファイルをそのまま使用すると、温度上昇が速すぎて部品が破損したり、ピーク温度が低すぎて錫鉛を適切に濡らすことができなくなる可能性があります。しかし、良いニュースがあります。チップ製造機 CNC ピック アンド プレイス用サイトにあるものと同様、当社の鉛フリー リフロー オーブンはすべて、すべてのゾーンの温度と時間をカスタマイズできます。この柔軟性は、デフォルト設定にこだわる必要がなく、適切な錫鉛プロファイルを完全にダイヤルインできることを意味します。
ちょっと待って、オーブンのコンポーネントはどうなるのでしょうか?無鉛オーブンの方が作動温度が高いかもしれないとパニックになる人を見てきましたが、本当のことを言いましょう。現代の無鉛オーブンの材料 (ステンレス鋼チャンバー、高温発熱体、熱電対など) は、古い錫鉛オーブンにあるものよりもはるかに耐久性があります。より低い温度で錫と鉛を使用しても、鉛フリーのオーブンが損傷することはありません。むしろ、部品への負担が軽減されます。私は顧客に何年もの間、当社のオーブンで錫と鉛のバッチを問題なく実行させてきました。そうは言っても、小さな注意点が 1 つあります。一部の安価で時代遅れの鉛フリー オーブンでは、温度制御が一貫していない可能性があるため、最初の大きなバッチを実行する前に、熱電対を使用してプロファイルを再確認する必要があります。参考までに、当社の大型 PCB 製造機 Bluetooth 生産ライン機器のラインには、超正確な温度マッピングを備えたオーブンが含まれているため、はんだ接合部が台無しになるホットスポットまたはコールドスポットについてストレスを感じる必要はありません。
もう 1 つの大きな問題は磁束の挙動です。錫鉛はんだは、鉛フリーとは異なるフラックス配合を使用します。錫鉛フラックスは通常、低温で活性化するロジンベースであるのに対し、鉛フリーフラックスは高温向けに設計されています。鉛フリーオーブンで錫-鉛はんだを使用する場合、予熱ゾーンが熱すぎるとフラックスがうまく活性化しないことに気づくかもしれません (待て、いや、待ってください、錫-鉛のプロファイルをダイヤルバックしている場合は、錫-鉛フラックスのスイートスポットに達するように予熱を調整できます)。最初に少数のボードでテストし、コールド ジョイントや残留物がないか確認することをお勧めします。当社の数値制御は、電子機器ソリューションをピックアップおよび配置し、リフロー オーブンと組み合わせて使用することがよくあります。当社のチームは、念のため、完全な生産の前に錫鉛を使用してテストを実行するように常にお客様に指示しています。
しかし、ちょっと待ってください。錫鉛の場合、鉛フリーのオーブンを使用してはいけないのはどのような場合でしょうか?正直に言うと、手間をかける価値がないシナリオもいくつかあります。小規模で 1 回限りの錫鉛作業だけを行う場合は、古い錫鉛オーブンの方が安いかもしれませんが、すでに鉛フリー オーブンに投資している場合は、テストのコストは最小限で済みます。私がこれをスキップしたほうがよいのは、鉛フリーオーブンの温度範囲の下限にも耐えられないほど熱に敏感なコンポーネントを扱う場合だけです。最新のコンポーネントのほとんどは錫と鉛の温度に問題なく対応できますが、190°C 未満しか許容できない古いビンテージ部品をお持ちの場合は、再確認したほうがよいでしょう。当社のデスクトップ ロボットのピッキングと配置の自動化ラインは、あらゆる種類のコンポーネントに対応していますが、どのオーブンを使用する場合でも、コンポーネントの仕様を確認することを常にお勧めします。
では、なぜこれを行う必要があるのかについて話しましょう。コンプライアンス (RoHS など) のために鉛フリーのオーブンにアップグレードしたかもしれませんが、まだ完了すべきレガシーの錫鉛プロジェクトがいくつか残っているかもしれません。または、2 台の別々のオーブンを購入する代わりにコストを節約しようとしている小さな店です。まさにそれが、当社が両方に十分な多用途性を備えたオーブンを開発した理由です。当社の回路電子 PCB 製造装置ライン、特に鉛フリー リフロー オーブンは、余分な作業を必要とせずにはんだの種類を切り替えるように設計されています。私の顧客には、家庭用電化製品とビンテージのオーディオ部品の両方を製造しています。新しい製品には鉛フリーで、レトロな基板には錫鉛を使用していますが、すべて同じオーブンで問題なく動作しています。
ちょっと待ってください、よくある誤解を解いてみましょう。錫鉛に鉛フリーのオーブンを使用すると、はんだ接合不良が発生すると考える人もいます。これはプロファイルを調整しない場合にのみ当てはまります。錫と鉛の正確な温度範囲に達するようにオーブンを校正するのに時間をかけると、専用の錫と鉛のオーブンと同じくらい強力で信頼性の高い接合が得られます。私自身もこれをテストしました。私たちのチームは、専用の錫鉛オーブンと鉛フリーオーブンを使用して、同じボード、同じコンポーネント、同じプロファイルを並べてテストを実行しました。顕微鏡で見ると接合部は同一に見え、欠陥はありませんでした。重要なのはオーブンのラベルではなく、カスタマイズです。
もう一つ考えるべきことはメンテナンスです。鉛フリーオーブンではさまざまな種類のフラックスが使用されるため、時間の経過とともに残留物が多くなる可能性がありますが、錫鉛を使用している場合は、除去する必要のあるフラックス残留物が少なくなります。これは実際に利点です。オーブンのチャンバーとコンベアのメンテナンスが減ります。私はすべてのお客様に、はんだの種類を切り替えている場合は、鉛と鉛フリーの材料間の相互汚染を避けるために、数回のバッチごとにチャンバーを簡単に洗浄するようにしてくださいと伝えています。これは簡単なステップで、大したことではありません。これにより、オーブンがスムーズに動作し続けます。
これを試してみたいと考えている場合は、段階的に実践してみましょう。まず、錫-鉛はんだの仕様、つまり溶融温度、フラックス要件、コンポーネントの温度制限を調べます。次に、鉛フリー オーブンのソフトウェアを使用して新しいプロファイルを作成します。ランプ速度 1 ～ 2 °C/秒、予熱 140 ～ 150 °C で 60 ～ 90 秒間保持、ピーク温度 183 °C、10 ～ 15 秒間保持し、その後 2 ～ 4 °C/秒で冷却します。それを接続し、オーブンのセンサーだけでなく、ボードに取り付けられた熱電対を使用してテストボードを実行します。オーブンのセンサーが少しずれている可能性があるため、熱電対によって実際の基板温度がわかります。それがチェックアウトされたら、準備完了です。私たちのサポート チームは、問題が発生した場合にいつでもプロファイルの調整をお手伝いします。私たちはオーブンを販売しているだけではなく、サポートが必要なときにここにいます。
厳密に認められないケースはありますか？いいえ、技術的な観点からではありません。唯一の「ルール」は、プロファイルを調整する必要があるということです。鉛フリーオーブンは錫鉛には過剰だと言う人もいるかもしれませんが、すでにオーブンを所有している場合は、あらゆる仕事にそれを使用してみてはいかがでしょうか?錫鉛のためだけに 2 台目のオーブンを購入しないことで、数千ドルを節約している人を見てきました。中小企業の製造業者にとって、これはキャッシュ フローの大きな変革となります。
待ってください。鉛汚染について触れましょう。これはコンプライアンスにとって重要な問題だからです。鉛ハンダと鉛フリーハンダの両方を同じオーブンで実行する場合は、チャンバーが相互汚染しないように注意する必要があります。ここで、先ほど述べた素早い掃除が必要になります。鉛フリーの接合部に微量の鉛が含まれているだけでも、コンプライアンス上の問題を引き起こす可能性がありますが、実行の合間にオーブンを清潔にしておけば、そのような事態を回避できます。当社のオーブンには簡単にアクセスできる洗浄チャンバーが付いているため、壁やコンベアの拭き掃除などの作業は 10 分で完了します。手間もダウンタイムもありません。
さて、これで終わりにしましょう。簡単に言うと、「はい、時間をかけて温度プロファイルを調整し、簡単な準備作業を行えば、錫鉛はんだには鉛フリーのリフロー炉を使用できます。」です。スイッチを入れるだけという単純なものではありませんが、十分に実行可能で、費用対効果が高く、注意していればうまく機能します。鉛フリーと錫鉛の両方に対応できる多用途オーブンをお探しの場合は、当社のリフローはんだ付け装置の製品ラインがまさにそのために構築されています。
プロファイル、メンテナンス、またはリフロー オーブンをピック アンド プレース システム (チップ製造機の CNC ピック アンド プレースや数値制御による電子機器のピックアップ アンド プレースなど) と統合する方法についてさらにご質問がある場合は、お気軽にお問い合わせください。私たちのチームはこの分野に長年携わっているため、販売するすべての機器の詳細を熟知しており、プロセスを正しく設定できるようガイドできます。売り込みのプレッシャーはありません。毎日これを行っている人々からの本当のアドバイスだけです。
リフロー設定のアップグレードについて相談する準備ができている場合、または当社の鉛フリー オーブンが錫鉛プロジェクトに適しているかどうかを判断するのにサポートが必要な場合は、調達に関する話し合いのために当社のチームにお問い合わせください。当社は、お客様の特定のニーズを喜んで詳しく説明し、両方の種類のはんだに対して当社のオーブンがどのように機能するかを示し、お客様のショップにとって最適なソリューションを見つけるお手伝いをいたします。
参考文献
- IPC-7530、「リフローはんだ付けプロセスのガイドライン」
- JEITA ET-7701「はんだリフロープロセスの温度プロファイル」
- 鉛フリーリフローオーブンおよび錫鉛はんだ配合のメーカー仕様