…さて、今回は窒素や不活性はんだ付けに関するさらなる誤解についてお届けします。
この投稿の第1部はこちらでご覧いただけます。
誤解その6：「窒素の供給を開始したので、オーブンはすでに不活性状態になった」
事実：オーブンのパージには時間がかかります（そして、はい、これを算出するための式も持っています）。前回の議論で見たように、最終的な平衡酸素濃度は、流入する窒素ガスに含まれる酸素濃度と、空気中に含まれる209,000ppmの酸素濃度の中間あたりになります。
誤解 7：「窒素の流量を増やせば、酸素濃度は下がる」
事実：確かに、ある一定レベルまでは下がります。 しかし、どのリフロー炉にも、乱流による混合（前回の投稿の「誤解 3」を参照）のため、それ以下には下がらない酸素濃度の限界値があり、また、インライン型リフロー炉を定義上、気密に密封することは不可能であるため、流入ガスと同じ酸素濃度に到達することは決してできません。
誤解その8：「窒素ガスを使用し、入口圧力が同じである同一仕様のリフロー炉を26台所有しており、そのうち1台の酸素濃度がppm単位で分かっているため、他の炉でもppm値は同じはずだ。」
事実：ある顧客からまさに同じ主張をされたことがありますが、その後、一部のオーブンでははんだ付け不良が発生しているのに対し、他のオーブンでは発生していないと報告されました。なぜでしょうか？ 私たちが現場に赴き実際に酸素濃度を測定したところ、オーブンごとに値が異なっていたからです――しかも、その差は決して小さなものではありませんでした。オーブンのカーテンの長さがそれぞれ異なっていたというだけの理由で、酸素濃度は80ppmから1％（10,000ppm）まで幅広く測定されました。 あるパワー半導体メーカーの顧客は、フォーミングガスを使用してリフローを行っていましたが、時間の経過とともにプロセス内に巨大なボイドが発生するようになりました。その理由は、十分な予防保全が行われておらず、フラックス残渣がガスの流れを妨げたり逸らしたりしていたため、酸素がプロセスに混入していたからです。オーブンを清掃したところ、問題は解消しました。
誤解 9：「オーブン内の酸素濃度を一度測定したので、正確な値は把握している。」
事実：リフロー装置の「気密性」は時間の経過とともに変化します。この変化を引き起こす要因には、以下のようなものがあります：
– フラックス残渣がディフューザーを詰まらせ、排気口を塞ぐことがあります：
– オペレーターがカーテンをトリミングしたり、オーブンの排気バランスを調整したりすることがあります。
– 銅を充填したシリコーン製ガスケットは、柔軟性を失って硬化し、正しく密閉できなくなることがあります。
私が訪問したある受託製造業者ではリフローに関する問題が発生していましたが、外部排気システムを分解し、4インチのダクトをほぼ完全に塞いでいた2フィートもの長さのロジン片を取り除いて初めて、何が起きているのかに気づいたのです。フラックスの「揮発性成分」は、高温の状態にある場合にのみ揮発性を保つことを覚えておいてください。
誤解その10：「排気口と吸気口を連結すれば、リフローの排気バランスを簡単に取ることができる」。
事実：これはエンジニアの皆さんに向けた話です。リフローオーブンの両端にある排気口への面速度（ガス流量：ft/min または cm/min）は、同じでなければなりません（図を参照）。体積流量ではありません。排気管の内径（ID）でもありません。 その理由は単純です。両端のダクトへの面速度が同じであれば、オーブン全体でベルヌーイの定理による圧力の差が正確に相殺され、圧力が均一になります。面速度にわずかな差が生じた瞬間、気圧の差が生じ、その差の二乗に比例した速度で空気がオーブン内に流入することになります。
最後に一点補足します。「不活性」あるいは「窒素」はんだ付けという表現は、ここでの制御変数である酸素（O₂）のppm濃度を強調するため、「低酸素濃度」はんだ付けと改称すべきです。工学的な観点から見れば、これはまさに重要な制御変数であり、リフロー炉内のppm濃度は継続的に測定されるべきです。
覚えておいてください。監視されていない変数は制御できません。これは、単に優れたエンジニアリングの実践原則に過ぎません。
次回は、フォーミングガスについて。
乾杯
アンディ
