はんだ付け材料の基礎

はんだ付け作業を完了するために必要な主要な材料は何でしょうか。

消耗されるのははんだだけだと思うかもしれません。しかし、作業を完了させるためには、他にもいくつかのアイテムが不可欠であり、プロセスの中で使い切られます。

また、必要だとは知られていないかもしれないいくつかのツールも紹介します。まずは、はんだとフラックスから始めます。その後、はんだ吸い取り芯、フラックス洗浄剤、耐熱テープ、交換用はんだごて先といった、あまり知られていないアイテムへと進んでいきます。

はんだは、はんだ付けされた接続部分の基本的な材料です。最も一般的には、曲げやすく扱いやすい金属ワイヤのロールとして目にすることでしょう。ほとんどのはんだの組成は、融点の低い金属合金（機械的に分離できない金属の混合物）で構成されており、その中心部にはフラックスと呼ばれる化学化合物が封入されています。この化学化合物は、はんだを所望の通りに濡らし、流動させるために役立ちます。

溶融したはんだ合金は、接合される対象が清潔で、はんだの融点以上に加熱されていれば、そこに付着します。電子機器用を目的としたほぼすべてのはんだにはフラックスの芯が含まれていますが、必要に応じて結果を向上させるために、フラックスを追加することは可能であり、そうすべきです。

はんだには、有鉛はんだと鉛フリーはんだという2つの主要な合金タイプがあります。有鉛はんだは、より簡単に濡れて流れ、必要な熱量も少なく済むため、一般的に扱いやすいと考えられています。しかし、鉛は人間や環境にとって有害であるため、より安全な代替品として鉛フリーはんだが開発されました。

鉛フリーはんだは、特に有害物質の削減を義務付ける法律が2000年代初頭に施行されて以来、電子機器製造において有鉛はんだに大きく取って代わりました。しかし、鉛フリーはんだによって作られる結合は外部の力に対して弱いため、依然として有鉛はんだが使用されている産業や用途もあります。民生用電子機器のはんだ付けという目的においては、鉛フリーはんだが望ましいといえます。

鉛フリーはんだは、スズ（記号Sn）、銀（Ag）、銅（Cu）の合金であることがよくあります。一般的なブレンドはSACまたは305として知られています。これには3%の銀が含まれています。有鉛はんだ（183°C）よりも高い温度（約215-220°C）で溶け、融点が一定の温度ではなく幅があることや、表面を濡らしにくいため、少し扱いが難しくなっています。スズと銅だけの合金もあり、それらはわずかに高い温度（227°C）で溶けますが、濡れ性はさらに低くなります。

有鉛はんだは、実際には鉛よりも多くのスズを含んでいます。最も使いやすいのは、スズ63%、鉛37%を含む、一般的に「63-37」はんだとして知られるものです。これは共晶混合物（可能な限り低い融点を持つことを意味します）であり、純粋な金属のように一定の温度で溶けます。

低い融点（183°C）と優れた濡れ特性により、63-37は使いやすくなっています。これは修理を行う際、選択されるはんだ合金です。融点が低い方が、周辺のコンポーネントに対するリスクが少なくなります。欠点は、有毒な鉛が含まれていることです。

もう1つの一般的な合金は60-40で、これはわずかに高い温度で溶け、それほど滑らかではありません。

電子機器のはんだ付けで使用されるその他の合金には、ビスマス（Bi）系合金やインジウム（In）合金が含まれます。これらのタイプはどちらも低温用途向けです。数字は合金中の各金属のパーセンテージを示しています。

通常、これらの合金は表面実装（Surface Mount）デバイスのはんだ付けで見かけるでしょう。ビスマス-スズ（58Bi42Sn）やビスマス-スズ-銀（57Bi42Sn1Ag）は138-140°Cで溶けます。これらは低温はんだ付けに使用できます。修理をしやすくするために融点を下げる目的で、既存の接合部に溶かし込まれることもあります。

インジウム金属を含むはんだも入手可能で、インジウム-スズ合金（52In48Sn）のように118°Cで溶ける非常に低い融点のものもあります。

ほとんどのはんだ合金は、フラックス芯入りのワイヤ形式で入手できます。あるいは、ペーストや球状の形式でも入手可能です。

最も一般的な形式は、中心にフラックスの芯が入ったワイヤです。ワイヤは、0.010インチ（0.25mm）から0.125インチ（3.125mm）までの幅広い直径で入手できます。適切な直径は、接合部のサイズと使用する熱源によって決まります。

小さなはんだの球がフラックスのベースに含まれており、多くのはんだペーストはスポイト（syringe）で塗布できます。通常、表面実装（Surface Mount）デバイスのはんだ付けに使用されます。

これらは、ボールグリッドアレイ（BGA）接続を備えたチップ上のはんだを再生するなど、特別な目的で使用される、均一サイズの小さなはんだ球です。

はんだが接続部分を作る材料であるのに対し、フラックスははんだを流動させ、密着させるために不可欠です。

はんだ付け用フラックスは化学化合物であり、通常は松脂（松の樹液から抽出）と活性剤と呼ばれる反応性成分で構成されています。その主な目的は酸化を除去することであり、これにより他の表面への接着を助け、溶融したはんだの表面張力を低減させます。

はんだは酸化膜がある金属には付着せず、また酸化膜は熱くなると形成されやすくなるため、フラックスは接合される表面を洗浄および保護する役割を果たします。フラックスは約140°Cの活性温度まで加熱される必要があり、この酸化膜を洗浄し、再酸化を防ぐために接合部をコーティングします。

フラックスは濡れ性も向上させ、はんだがコンポーネント間の小さな隙間に流れ込みやすくします。これにより表面積の広い結合が作られ、結果としてより強力で導電性の高いものになります。もしはんだがペースト状に溶けてしまうという問題に直面したことがあるなら、フラックスを追加することが、はんだをより液状にする解決策となるでしょう。

ロジンは、最も一般的に目にするフラックスのベースです。他にも、フラックスの特性を調整できる合成樹脂フラックスもあります。

一般的な活性剤は、アビエチン酸（松の樹液に天然に含まれる）、ハロゲン化物、およびアミンであり、これらは酸性または塩基性の場合があります。それらの主な目的は、空気にさらされたコンポーネントの表面に形成される酸化金属と化学反応を起こすことです。これらの活性剤は、金属酸化物を純粋な金属に還元するか、溶媒に可溶な金属塩化物や金属塩を形成し、それらをフラックスが溶解または吸収できるようにします。その後、フラックスは金属と空気の間の保護バリアとして機能し、はんだが結合を作る前にさらなる酸化を防ぎます。

タック／ゲル状のフラックスは塗布しやすく、とどまるため、表面実装コンポーネントのはんだ付けによく使用されます。これらは、はんだ付けされた接続部分を作るための優れた万能フラックスです。

フラックスは少なすぎるよりも、多すぎる方がほぼ常に良いということを覚えておいてください。過剰なフラックスは洗浄できますが、フラックスが少なすぎると高品質のはんだ付けされた接続部分は簡単には作れません。

フラックスには、ペースト状、タック（ゲル）状、液体状の形態があります。はんだワイヤの芯としても見られます。固形分は通常、流動性と反比例します。ペースト（固形分が最も高い）、次にゲル／タック、次に液体（固形分が最も低い）の順になります。

一部のペーストは硬いブラシで塗布できます。

タックフラックスは、スポイト（syringe）で塗布されることが多く、はんだ付けのために小さなコンポーネントを所定の位置に固定する（だから「タック（べたつき）」がある）ために使用できます。

液体フラックスは、柔らかいブラシやフラックスペンで塗布され、一度に複数の接続部分に簡単に塗布できます。

フラックスには、記述的なタイプ指定子で示されるいくつかの特性があります。その中には以下が含まれます：

• フラックスベースまたはビークル（主要な成分が何か）
  • ロジン (R) 非常に優れた汎用材料。主に手直し／修理に使用されます。
  • 樹脂 (REまたはRES) ロジンの代替品。
  • 水溶性 - 通常より強力で、塗布後はほぼ常に洗浄が必要です。
    • 無機 (IN)
    • 有機 (OR)
• 活性度 - フラックスがどれだけ積極的に酸化物を除去するかの度合いです。通常、活性度とともに腐食が増加するため、多ければ良いというわけではありません。活性剤が洗浄を行います。ロジンのような一部のビークルには、酸性の活性剤が組み込まれています。
  • 低／なし (L)
  • 中／弱活性 (M)
  • 高／活性 (H)
• ハロゲン化物 - これは酸化物の除去に役立ちますが、煙や蒸気の毒性を高め、洗浄も必要になります。現在、ハロゲン化物を含むフラックスは少なくなっています。
  • ハロゲン化物なし (0) 指定子の最後が0
  • ハロゲン化物あり (1) 指定子の最後が1

ノー・クリーンフラックスを使用したフラックスペン

フラックスが「ノー・クリーン」と表記されているのを見かけるかもしれません。これは別の種類のフラックスというわけではなく、はんだ付けプロセス後にフラックスが残す残留物に関連しています。ノー・クリーンとは、フラックスによって残された残留物が、PCボード上のコンポーネントに問題を引き起こす可能性が低いことを意味します。

腐食は、クリーン／ノー・クリーン指定で評価される主な項目です。フラックスの残留物は依然として導電性がある場合があります。多くの場合、ノー・クリーンに含まれるフラックスベースの量は削減されているため、潜在的な導電性残留物は少なくなります。

プリント回路基板（circuit board）がコンポーネントで密集しており、洗浄がほぼ不可能な場合、ノー・クリーンが利点となります。修理を行う際にも、ノー・クリーンは大いに役立ちます。それでも、可能であれば、ノー・クリーンであれ何であれ、フラックスの残留物をボードから洗浄する方が一般的に良いでしょう。

主要な消耗品は、銅製のはんだ吸い取り芯（desoldering wick）です。これは、非常に細い銅線を編み込んでリボン状にしたものです。通常、すでにドライフラックスが塗布されています。接続部分に当てて加熱すると、接続部分からのはんだが吸い取り芯の中に吸い込まれ、コンポーネントを取り外すことができます。接続部分自体に追加のフラックスを塗布してから吸い取り芯を使用すると、パフォーマンスを向上させることができる場合があります。

はんだ吸い取り芯は常に手元に置いておくべきです。いくつかの幅があり、すでにフラックスが芯に含まれている場合もあります。失敗は起こるものであり、はんだ吸い取り芯はそれを元に戻す便利な方法です。

厳密には消耗品ではありませんが、余談として、はんだ吸い取り器（vacuum desolderer）は、より大量のはんだで取り付けられている可能性がある大きなコンポーネントを取り外すのに便利です。

はんだ付けを行う際、特に回路基板（circuit board）上では、「ノー・クリーン」フラックスであっても、フラックスとフラックスの残留物を洗浄する必要があります。これを行うにはいくつかのものを使用できます。フラックスを溶解するには：

• 91-99%のイソプロピルアルコール（isopropyl alcohol）は、ほぼ万能なフラックス溶剤として非常に優れています。簡単に入手できるため、最も一般的に使用されています。
• フラックス洗浄剤は、おそらく究極の選択肢です。それを使用する場合は、現在のフラックスに対応したフラックス洗浄剤を使用するようにしてください。
• 本当に頑固な汚れにはアセトンを使用できますが、注意が必要です。アセトンは、溶かしたくない多くのプラスチックを溶かしてしまう可能性があります。基板やチップ自体の刻印を消してしまうことが多く、それが問題につながる可能性があります。ボードが膨らんだり、損傷したりしないかを確認するために、最初にテストすることをお勧めします。
• 蒸留水または脱イオン水は、水溶性のフラックスには最適です。ほとんどの場合、他の洗浄剤では効果がないか、それらのフラックスに対しては効果が低くなります。

洗浄の際は、綿棒（耳掃除用の一般的なものではなく、長い木製の軸がついたもの）やリントフリー（糸くずが出ない）ワイプを使用できます。けちってはいけません。

これは、はんだごてをより効果的に使用する方法ではありません。はんだごて先（soldering iron tip）は、安価なものを除き、交換可能です。交換可能なこて先には2つの目的があります。

1. 他の形状が入手可能な場合に、作業に最適なこて先の形状を使用できるように形状を変更できます。
2. 摩耗したこて先を交換できます。

ほとんどのはんだごてには、鉄メッキが施された銅のこて先が付いています。こて先が摩耗する主な理由は、過熱により酸化が進み、鉄メッキが損傷するためです。一度メッキが損傷すると、そのこて先は廃棄しなければなりません。悲しいことに、もしお使いのはんだごてに交換可能なこて先がない場合は、ユニット全体を廃棄しなければなりません。

可能であれば、2～3種類のテープを手元に置いておくと良いでしょう。

• 塗装用マスキングテープは、スルーホール（through-hole）コンポーネントを固定したり、軽い熱シールドとして使用したりするような、低い熱の作業に非常に役立ちます。
• ポリイミドテープ（Kapton™と呼ばれることが多い）は、特定のエリアのみを加熱したい場合の熱シールド用です。通常の上限は260°Cですが、400°Cまで耐えられるものもあります。
• アルミ箔テープも熱シールドとして機能し、その厚みにより耐久性があります。

これらのテープの主な機能は保護です。

• プラスチック製のコネクタ（connector）や他のコンポーネントなど、溶かしたくないものを溶かさないようにするのに役立ちます
• 集積回路のような熱に敏感なコンポーネントを保護できます。

はんだ付け用語集

接続のはんだ付けと除去の方法

はんだごてがはんだを溶かさない

はんだごてが加熱しない

はんだ付けのベストプラクティス

はんだごて先

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