はんだ関連グッズの正しい選び方、使い方

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半田ゴテ 置き台 イラスト

 半田こて台とこて先のクリーニング用品

はんだこてのこて先は、作業中は高温になります。ですから、ものや体に触れて、焦がしたり火傷を負わないように十分な注意を払わなければいけません。そのために、はんだこてを置く
ときは、必ず専用のこて台を用意して使います。

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半田こて台の選び方 メーカー価格

空き缶や灰皿を台代わ引こ利用しているケースを見受けますが、缶はそれ自体が熱くなって危険ですし、灰皿ではこてが安定せず危険です。

こて台を選ぶ基準は、ある程度重量があってこてを置いても安定し、こてのコードを引つ掛けても、少々のことでは倒れないものを選びます。また、こて先を筒などでが一ドしているタイ
プなら、誤つて触れることがなくて安全です。

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こて先のクリーニング材の選び方

作業中のこて先には、すぐにはんだのかすやフラックスの焼けた不純物が付着してしまいます。
こて先が汚れた状態のままはんだ付けを行うと、母材に熱が伝わらなくなり、さらに流し込んだはんだにこれらの不純物が混じってしまい、深刻なはんだ付け不良を引き起こします。
こて先は常にきれいに保ってぴかぴか光っていることが熱を効率よく伝えるための絶対条件ですから、こて先のクリーニング材は必需品です。
クリーニング材の一般的なものとして、耐熱性のスポンジがあります。通常こて台にセットになって付いています。このスポンジに水を含ませて使いますが、水を浸しすぎるとこて先をあてたときに温度が急激に下がりすぎて、ヒートショツクといって、こて先の劣化の原因になります。

そのため、使うときにはある程度水を絞って使います。そして作業中に乾燥してしまったら、その都度水を含ませます。

スポンジには穴や切り込みが入っているので、こて先の汚れをそこでこそぎ落とします。

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フラックスでコーティングされたワイヤにこて先をぐさぐさ刺して使うクリーニングワイヤもあります。こて先の酸化を防ぎ、ヒートショツクがなく細いこて先の掃除に向いています。

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はんだの種類~鉛フリーはんだ

はんだにはたくさんの種類があります。

はんだの多くは錫,鉛,ビスマス,インジウム,アンチモンなどからなる合金であり,さらに金,銀,ゲルマニウムなどからなる合金もはんだとして使用されています。もっとも多く使われているはんだは錫と鉛からなる合金ですが,その理由は融点,はんだ付性,経済性などが他のはんだに比べてずば抜けてすぐれているからです。
しかし,電子工学技術が進歩するにつれて,IC(integatedcircuit : 集積回路)やLSI(large scale integration : 大規模集積回路)などの接合には従来の錫-鉛系のはんだでは対応できない分野が現れてきました。

たとえば,シリコンやゲルマニウム半導体の接合,シリコンチップと基板の接合,パッケージの封止,耐疲労強さの大きいはんだ,などです。また,携帯電話やデジタルカメラのように電子機器が小型化されるのにしたがって,その電子回路が微小化,微細化されてきました.

その結果,はんだ付箇所が微小になり,その接合部の信頼性がとくに重要視されるようになるため,特殊なはんだが必要になってきました。金メッキ部品に対しては金系のはんだが使用され,電子部品の熱的特性から高い温度を避けなければならないものに対してはインジウム系の低融点のはんだが使用されるようになりました。

JISに規定されている電子工業で使用されているはんだの組成,融点,比重等は下記のサイトを参考にしてください。

http://kikakurui.com/

JIS Z 3282 はんだ−化学成分及び形状
このように,ひとくちにはんだといっても多種多様のものがあり,それぞれ使用目的に応じて使い分けられています。
ところで,電子工業ではなぜ金系はんだなどの特殊なはんだが使用されるのでしょうか。金系はんだは電子工業に特有なはんだであり,主として半導体の接合やマイクロソルダリング(微小はんだ付)用はんだとして用いられます。

金系はんだ

金系はんだ

金の融点は1063 °Cであり,単体としてはとてもはんだとして使用できません。しかし,金は錫,シリコン,ゲルマニウム,アンチモンなどと280~350 ℃の低い融点をもつ合金をつくるので,はんだとして使用できるようになります。
金系はんだはすぐれた特性をもっているはんだですが,当然のことながら,高価であるために自ずと使用範囲が限定されます。しかし,信頼性がとくに要求される接合部には必ず金系はんだが使用されています。

さて,環境保全問題が地球規模はおろか宇宙規模にまで広がってきていますが,“はんだ”の環境に及ぼす影響が,近年,大きな社会問題になっています。

廃棄された電子機器のはんだ付部材が酸性雨にさらされることによって,はんだの上成分である鉛(Pb)が溶出し,地下水を汚染してしまう,という問題です。鉛イオンは人間の中枢神経を冒す毒性をもっているために見すごすことができない問題になっています。

鉛の毒性については古くから知られており,白粉や顔料としての鉛白(塩基性炭酸鉛)による中毒,自動車専用アンチノック剤としての鉛有機化合物(四エチル鉛)による環境汚染,などは使用禁止や代替品の開発によって,その都度,問題が解決されてきました。しかし,ここにいたって,これまでほとんど問題にされてこなかった,はんだによる鉛の毒性が,鉛中毒の最後の課題となって浮上してきました。

鉛毒

鉛毒

では,鉛の毒性とはどのようなものなのでしょうか.鉛の毒性については,すでに紀元前から注意が払われていたとされています。
鉛中毒の初期症状は疲労感,不眠および便秘であり,さらに多くの鉛を摂取することによって,震え,腹痛,貧血,神経炎などの症状が現れ,さらに多量の鉛を摂取すると最悪の脳変質症を起こします。
また,慢性的な症状として腎臓組織の変質や血液循環系統の機能障害,腎臓硬化症があります。このように,鉛はきわめて有毒ですが,それにもかかわらず,いろいろな分野で古くから長いあいだ使用されてきているのは,その高い有用性が認められているからに他なりません。

とりわけ,はんだに含まれる鉛の役割は融点,はんだ付性,機械的特性,経済性などの点できわめて重要です。

しかし,廃棄された電子機器からの鉛の溶出による地下水汚染問題によって,錫一鉛系はんだの使用が全面的に禁止されようとしています。

5000年以上もの長きにわたって使われてきた錫一鉛系はんだが,ごみ廃棄という社会問題と,酸性雨という地球環境問題とによって,締め出されようとしているのです。ここに,鉛を含有しないはんだ,いわゆる“鉛フリーはんだ”の開発が必要に迫られてきました。

鉛フリーはんだとしては現在,錫を基本成分とする種々の合金系が検討されており,合金系が有望であるとされています。
しかし,錫―鉛系はんだと同等の性能特性と経済性を有する鉛フリーはんだはいまだ見当たらず,その開発が現在の大きな課題になっています。

無鉛はんだ

無鉛はんだ

ヤ二入り糸はんだ

ヤニ入り糸はんだと一言で言っても、さまざまな種類のものが売られていて、どれを選べばよいのか迷ってしまいます。
結論から先に言うと、工作用として売られているものはどれも成分はほとんど同じで、違いは太さです。そこで、一般的なプリント基板のはんだ付けなら太さ0.5ミリから0.8ミリのもの。表面実装も行うのなら、太さ0.3ミリの細いものもあったほうがよいでしょう。

H60の表記  | 錫の含有比率

専門店などで販売されている共晶半田には、錫の含有比率によって「H60」といった表記がされています。「H」ははんだの意味で、60は錫の含有比率が60%であることを表します。低融点や高融点のものとして、H50やH63などがありますが、一般のはんだ付けではH60を使います。
なお、専門店で販売されている特殊なものには、カドミウムなどの有害物質を含むものもあるので注意が必要です。

半田種類の見方

なお、人体に有害な鉛を使わない無鉛はんだは「鉛フリーはんだ」や「Pb Free」、あるいは「ROHS」と表記されているので、必ず区別して間違わないようにしましょう。
無鉛はんだは融点が高<、一般の半田ごてでは作業が難しいので、一般の方にはおすすめできません。
また、ヤニ入りはんだは「R目」や「RMAH」「RAH」などのように表示されています(参照:R、RMA、RAの表記について)

フラックスとは? 松やにがはんだ付性を左右

はんだだけでは,はんだ付はできません、必ずフラックスが必要です。フラックスとは,はんだ付部材の酸化膜を除去し,はんだおよび母材の酸化を防ぎ,かつ,はんだの表面張力を小さくすることによって,ぬれを良好にするための溶剤です。

フラックスにはいろいろな種類のものがあり,使用目的に応じて使い分けがなされていますが,もっとも一般的なフラックスは*1“松やに”です。

私たちが日常使用するはんだ(糸はんだ)を切断すると,その断面に黄色に見えるものがありますが,これがフラックスとしての“やに”です。
このようなはんだを“やに入りはんだ”といいます。松やにの成分であるアビエチン酸がフラックスの作用を示しますが,これだけではフラックスとしての活性が弱いので,通常は活性を高めるために少量の*2活性剤(アクティベータ)が添加されます。

フラックスとしての松やにの活性は添加される活性剤の種類と量によって左右されますが,JISではフラックスの等級を規定しています。

JIS規格参考サイト:http://kikakurui.com

やに入りはんだ 日本工業規格 JIS Z 3282

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*1 松やに(ロジン)は松の樹液を蒸留して得られ,産地,蒸留法の違いによっていろいろな種類があります。はんだ付には透光率がWW級の高純度WWロジンがもっとも多く用いられています。
*2 活性剤としては,たとえばアニリン塩酸塩,ヒドラジン塩酸塩,臭化シチルピリジンなどの,有機ハロゲン化合物が用いられます。

フラックスの役目

それなら,フラックスとはいったいどのような働きをするのでしょうか。はんだ付の基本現象であるはんだのぬれは,溶けたはんだが清浄な母材と接触して初めて起こるもので,両者のあいだに酸化膜や油脂などの汚れが介在していると,ぬれが著しく阻害されます。

一般に金属の表面は特別な場合を除いて,常に酸化膜で覆われており,それらをはんだ付の前処理で除去したとしても,はんだ付温度に加熱されれば再び酸化されることになります。それゆえ,溶けたはんだを母材表面にぬらすためには,はんだ付が行われる温度で,母材やはんだが酸化されるのを化学的に防止することが必要になります.その目的のために使用されるのがフラックスです。
フラックスの作用は主に化学的な反応に基づいていますが,フラックス自身の粘度や表面張力などの物性も,はんだのぬれに直接に影響します。たとえば,化学的に活性で母材の酸化膜を除去する作用がいかにすぐれているフラックスであっても,それ自身がねばねばしているようでは,はんだのぬれをよくすることはできません。
フラックスの作用のメカニズムは複雑で,いまだ解明されていない点も多いのですが,主な作用として次のことが考えられています。
① 母材表面を清浄にする(酸化膜の除去)
② 母材および溶融はんだを被覆する(酸化防止)
③ はんだのぬれ性を促進する(界面張力の減少)
④ はんだ付が難しい母材のはんだ付性を改善する(金属析出)
母材表面の酸化膜を除去することはフラックスのもっとも重要な作用です。外見的にきれいに見える金属であっても,その表面には通常,20~100オングストロームの厚さの酸化膜が形成されています。

はんだ付では酸化膜の厚さだけでなく,酸化膜の性質もはんだ付性に影響します。酸化膜の性質は金属の種類によって大きく異なり,銅は通常のやに入りはんだで容易にはんだ付できますが,ステンレス鋼やアルミニウムでは,はんだが球となって,はんだがまったく広がらないのはそのためです。

つまり,フラックスとしての松やには銅の酸化膜を除去できますが,ステンレス鋼やアルミニウムの酸化膜を除去できないことを意味しており,それぞれの酸化膜が異なったはんだ付特性をもっていることがわかります。酸化膜は金属の表面が酸化されてできた酸化物ですが,その安定性は酸化物の種類によって異なります。たとえば,ステンレス鋼やアルミニウムの酸化膜の成分である酸化クロムや酸化アルミニウムは,銅や鉄の酸化膜の成分である酸化銅や酸化鉄よりもはるかに安定しています。

動画 はんだ付け フラックスの役割

フラックスの使い方

通常のはんだ付けには、糸はんだに含まれているフラックスで十分間に合います。しかし、10のピンなど微細な個所のはんだ付けで、使用するはんだの絶対量が少ない場合にはフラック
スが不足します。フラックスが不足している状況下では適正なはんだ付けができないので、不足分を補ってやる必要が生じます。

おすすめフラックス

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そこで、フラックスを原液で購入して、母材に直接塗布して使うことになります。この場合、専用のハケで少量だけ母材に塗布して使います。
このとき注意しなくてはならないことがあります。

フラックス塗り方

フラックス塗り方

フラックスは塗りすぎて原液が生のまま残ってしまうと、母材を腐食させてしまうということです。また、生のフラックスには電気を通す院質があります。そのため塗りすぎるとショートしてしまうおそれが高まります。ですからべたべた塗ってはいけません。できれば糸半田に含まれるフラックス以外は使わなのに越した事がありません。

フラックス吸い取り

フラックス吸い取り

フラックスを塗りすぎた時は綿棒を使用してアルコール、フラックス洗浄液できれいに拭きとります。フラックスは熱を加えると活性化して透明な樹脂状に固まり,手で触れてもべとつくことはないのでそれが適正量の目安になります。そして固まったフラックスは高い絶縁性をもちます。

フラックスの分類と用途

フラックスは、活性剤の含まれる量によって大きく3種類に分けられます。

Rタイプ

活性剤を含まないもので、はんだ付け性能は劣りますが、母材の腐食を防ぎたい信頼を要求されるはんだ付けに使用します。

RMAタイプ

少量の活性剤を含むもので、信頼性・はんだ付け性ともにそこそこの性能を有します。使い勝手のよい一般的なタイプです。

RAタイプ

RMAタイプより活性剤を多く含みます。より良好なはんだ付け性が発揮されます。
あまり気にする必要はありませんが、購入時にチェックしてみるとよいでしょう。

はんだ吸い取り線

はんだ付けを失敗したときや、修理で部品を外すときに使うのがはんだ吸い取り線です、銅線を編んだWICK吸い取り線は一巻き1.5mくらいのもので150円くらいですから、幅が0.9ミリの細いものと2.5ミリの太いものをひとつずつ用意しておくと便利です。

おすすめはんだ吸い取り線

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使い方は、銅編み線を吸い取りたい半田に載せて、上から熱容量の大きなコテ先で暖め、溶けた半田を銅編み線に吸い取らせます。

動画【半田ごて】半田吸い取り線の使い方

はんだ吸い取り器

はんだ付けの修正時に使用、半田吸い取り器には、真空ポンプを内蔵型等ありますがいずれもピストル型で、先端に穴の開いたノズルがあり、半田を熔かして吸い取る構造になっています。

因って便利ですが、手入れが大変で吸い込んだ半田がよく目詰まりを起こします。
頻繁に掃除等のメンテメンスをしてやらないと直ぐに使えなくなってしまいます。真空状態を造ってやる為にOリングなどパッキンへのグリスアップも必要です。

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動画 はんだ吸取器の使い方

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参考文献:
1.はんだい付けのおはなし 著者:大澤直 日本規格協会
2.はんだ付けの職人技 著者:野瀬昌治 技術評論社

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