効率的なPCB実装のために、はんだリフロー炉を選択する方法

私のように電気技師であっても、電子機器が趣味であっても、はんだリフロー炉は、素早く便利なプリント基板（PCB）実装を可能にしてくれます。小さな表面実装コンポーネントが多くある密度の高いPCBを組み立てたことがある場合、または設計でボールグリッドアレイ（BGA）デバイスを使用したことがある場合、きっとはんだリフロー炉に遭遇したことでしょう。野心的な愛好家であれば、オーブントースターの「リフロー炉」を作ろうと思うかもしれませんが、多くの企業は、市販のリフロー炉を購入して、時間とリソースを節約できます。この投稿では、適切なリフロー炉の選択にかかわる要素を探究します。

マイクロコントローラーと熱電対があれば、古いオーブントースターをDIYのはんだ付けリフロー炉に変えることができます。
 

復習: はんだリフローのプロセス

リフローはんだ付けでは、いくら経験を積んだエンジニアやPCB技術者でも手はんだ付けが困難な高密度PCBを素早く組み立てることができます。最初に、はんだとフラックスの両方を含むはんだペースト混合物が、ステンシルを使って、製造されたPCBに塗布されます。コンポーネントが所定の位置に置かれます。はんだペーストは粘着性があるので、通常、コンポーネントは所定の位置に保持されます。最後に、PCBがリフロー炉に入れられ、加熱プロセスが開始されます。

はんだリフロープロセスは、家庭用オーブンと同様、対流加熱によって行われます。炉内の熱せられた空気の温度は、特定のはんだペーストとコンポーネントに最適な熱と冷却速度を提供する温度プロファイルに従います。電子機器メーカーは、優れた出発点の役目を果たす、推奨温度プロファイルを提供しています。しかし、最高のはんだ付けパフォーマンスを実現するには、時としてその温度プロファイルを変更する必要があります。

温度プロファイルの主な4つの温度帯には、予熱、ソーク、リフロー、冷却があります。これらの温度は、PCBコンポーネントが破損しないだけ低く、はんだペーストが溶けるだけ高くする必要があります。多くの企業がリフロー炉を販売していますが、購入前に考慮すべき要素について検討しましょう。

通常のはんだリフロー温度プロファイルhttps://www.elektormagazine.com/magazine/elektor-200712
 

温度プロファイルを使って時間を節約

予算に応じて、50ドル ～ 5万ドルのリフロー炉を買うことができます。私は、50ドルの「リフロー炉」つまりオーブントースターと、より高度で高価なリフロー炉の両方を使ったことがあります。それぞれに長所と短所があります。

ハイエンドのリフロー炉の利点は、複数のカスタムの温度プロファイルをプログラミングして、炉のソフトウェアに保存できる点です。この機能は、組み立てる基板のタイプが複数ある場合に貴重です。例えば、小さいPCBは、大きいPCBよりずっと早く温度が上昇するため、はんだ付けを最速で行うために、短縮された温度プロファイルを作成できます。

更に、環境にやさしい用途では、無鉛はんだペーストが要求される場合がありますが、これは、従来のすず鉛のはんだペーストより融点が高くなります。カスタムの温度プロファイルでは、多様なはんだペーストを使って、いろいろなタイプのPCBを効率的にはんだ付けできる柔軟性が提供されます。

温度プロファイルとともに、温度の精度と感知も、リフロープロセスで重要なポイントです。リフロー炉には通常、その内部に1つ以上の熱電対があり、温度を感知します。これらのセンサーによって、炉は希望に応じて加熱、冷却されます。家庭の料理用オーブンのように、リフロー炉には高温の領域と低温の領域があり、温度は常に100%正確であるとは限りません。複数の熱電対を備えたリフロー炉を購入すれば、PCBの重要な部品を全て十分に加熱し、より効果的にPCBを「調理」できます。

理想的な炉のサイズを検討する

リフローはんだ付けに必要な熱性能について考えたので、次に実用上検討すべきなのはリフロー炉のサイズです。作業スペースのテーブルや仕事台の上に別に設置する必要がある場合は、ローエンドおよびミディアムエンドのリフロー炉が、最適なオプションかもしれません。比較的量が少ないPCB実装を行う場合、または予算が厳しく、50ドル ～ 1万ドルあたりになる場合、これらの炉が適切です。予算が50ドルより更に厳しい場合は、マイクロコントローラーとオーブントースターを使って、自分のリフロー炉を作成できます。考えてください。キッチンで楽々とパジャマを着たままPCBを実装できます!

通常、ハイエンドのリフロー炉は、工場のフロアに適した大きな自立型の機器であり、1万ドル以上する場合があります。普通、これらの炉は、温度性能が高く、温度公差が厳しく、大量のPCBをはんだ付けできます。これらの利点を活用するため、コンベヤベルトを使用し、温度が異なる炉の複数の区画をPCBが通過するようにします。更に、ハイエンドの炉では、より効率的な発熱体と水冷によって、加熱と冷却が迅速に行われます。

一般に、リフローはんだ付けは、手はんだ付けより素早く正確です。
 

重要ポイント

多くの技術者や企業は、はんだリフロー炉の購入によって時間とリソースを節約できます。一般にリフローはんだ付けは、手はんだ付けより素早く正確であり、利用可能であれば、必ずリフローを選択します。予算が限られている場合には、時間を節約できる温度プロファイルや中程度の温度性能を提供する、低価格のリフロー炉が多くあります。予算が十分ある場合、ハイエンドのリフロー炉は、大量のPCB実装を可能にし、優れた温度精度を実現します。どちらを選ぶか迷っている場合、どれだけ速く、どれだけの量のPCBを常にリフローする必要があるか考えるのがベストです。大量のPCBを処理することが見込まれる場合には、ハイエンドの炉の方が、作業が簡単になります。

予算やはんだリフローの経験にかかわらず、CircuitStudioでは、適切に動作するPCBの設計を支援します。PCBのはんだ付けにどのような炉を使用しているかは問いません。

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