はんだ付け

はんだ付け：金属接合技術とその応用

はんだ付けとは、はんだという金属製の材料を用いて、金属同士を接合する技術です。電気回路や電子機器の製造、金属配管の接続、模型製作、ステンドグラスの制作など、幅広い分野で活用されています。ろう付けの一種に分類され、溶接とは異なり、母材を溶かさずに隙間を埋めることで接合します。そのため、溶接に比べて接合強度が低いものの、分解可能な接合が必要な用途に適しています。

はんだ付けの種類と工程

はんだ付けは、大きく分けて手作業によるものと、工場で行われる自動化されたものがあります。

手作業によるはんだ付け

手作業では、はんだごてを用いてはんだを溶かし、接合したい金属に供給します。電子回路基板のはんだ付けでは、糸状のはんだ（フラックス入りが一般的）と、適切な熱量のはんだごてが用いられます。はんだごての先端の形状や熱容量、温度制御が、はんだ付けの成功に大きく影響します。

手作業では、ピンセット、はんだ吸い取り器、ラジオペンチなどの工具も使用されます。また、表面実装部品やチップ部品のはんだ付けには、拡大鏡や基板用フラックス、洗浄剤も必要となる場合があります。

工場におけるはんだ付け

工場では、フロー方式とリフロー方式の2つの主要なはんだ付け方法があります。

フロー方式: はんだ槽に浸漬して接合する方式で、主に脚付き部品に使用されます。静止槽と噴流式槽があり、噴流式は液面に波を立てることで均一なはんだ付けを実現します。表面実装部品にも使用される場合は、部品が落ちるのを防ぐために接着剤を使用します。

リフロー方式: はんだペーストをプリント基板に印刷し、その上に部品を載せて加熱する方式です。SMT（表面実装技術）と呼ばれ、表面実装部品に多く用いられています。クリームはんだ印刷機、チップマウンタといった自動化された装置が使用されます。工程は、はんだペーストの塗布、部品の実装、プリヒート、本加熱、冷却のステップで行われます。鉛フリーはんだを使用する場合は、高温での加熱と急冷が必要となる場合があります。

はんだ付けの注意点

はんだ付け作業では、以下の点に注意が必要です。

金属表面の酸化: はんだは、金属表面の酸化被膜があると付着しません。フラックスを用いて酸化被膜を除去する必要があります。アルミニウムやステンレス鋼など、酸化被膜が強い金属には専用のフラックスが必要です。また、金属の種類によってフラックスの種類を使い分ける必要があります。
ヒュームの発生: はんだを加熱するとヒューム（煙）が発生します。ヒュームは毒性を持つため、作業中は十分な換気を確保し、吸い込まないように注意が必要です。
はんだ付け不良: イモはんだ、目玉、ブリッジ、天ぷらはんだなど、様々なはんだ付け不良があります。これらの不良を避けるためには、適切な温度、はんだ量、作業手順を守ることが重要です。

はんだ付けの応用分野

はんだ付けは、電気・電子機器の製造以外にも、様々な分野で活用されています。

ステンドグラス: 金属部分の接合に用いられます。銅テープ方式やケイム方式など、様々な手法があり、それぞれで適切なはんだごての温度やはんだの種類が異なります。
金属配管: 配管の接続に使用されます。
アクセサリー: 金属部品の接合に使用されます。
模型製作: 精密な部品の接合に使用されます。

はんだ付けに関する用語

イモはんだ: はんだの接合不良。
目玉: はんだの量が少なく、部品足にはんだがつかない状態。
ブリッジ: はんだが多すぎてショートしている状態。
天ぷらはんだ: はんだが表面にしか付いていない状態。
追いはんだ: はんだ付けをやり直すこと。
呼びはんだ: はんだを誘うための予備のはんだ。
ケチはんだ: はんだの使用量を抑えすぎたために生じる不良。

結論

はんだ付けは、様々な分野で活用されている重要な金属接合技術です。適切な知識と技術を習得することで、安全かつ効率的に作業を行うことができます。本稿が、はんだ付けの理解を深める一助となれば幸いです。

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