このブログのタイトルは少し誤解を招くかもしれません。というのも、実際には、ウェーブはんだ付けのフラックス評価で時折用いられる不適切な手法に焦点を当てる内容だからです。
材料を可能な限り迅速かつ低コストで、かつ最も確実に評価できる手法を見出すことは、常に望ましいことです。しかし、ウェーブはんだ付けは、微妙なニュアンスが数多く存在する工程の一つです。ウェーブはんだ用フラックスの評価を簡略化しようとすれば、誤解を招く結果をもたらすことになるでしょう。
波はんだ付け用フラックスの評価を簡略化しようとする試みの一つに、はんだ濡れ天秤の使用があります。はんだ濡れ天秤式試験機は、Malcomtech InternationalやGen3Systems などの企業から入手可能です。これらの装置には確かに価値があります。しかし、波はんだ付けプロセスを完全に再現することこそが、これらの装置の本来の目的ではありません。
ウェーブはんだ付けの工程についてじっくり考えてみれば、ウェーブはんだ用フラックスの評価に濡れバランス試験を用いることの不備が容易にわかるでしょう。
ウェーブはんだ付け工程では、スプレーまたは発泡の方法で、部品実装済みのPCBの片面に、あらかじめ定められた量のウェーブ用フラックスが塗布されます。PCBは予熱区間を通過し、そこでフラックスが活性化され、フラックスの溶剤が揮発します。予熱／フラックス活性化段階において、フラックスが表面を洗浄するため、部品実装済みのPCBがはんだウェーブを通過する際、はんだがPCBおよび部品のリード上に容易に濡れ、流れやすくなります。 また、予熱によりフラックスが「乾燥」されるため、フラックスが塗布されたPCBがはんだ波に接触した際、フラックスの急激な沸騰や飛散が発生しません。フラックスが飛散すると、はんだがPCBアセンブリ全体に付着してしまう恐れがあります。さらに、ノークリーンプロセスでは、ウェーブはんだ付け後にアセンブリ上に残った湿った未反応のフラックスが、電気的信頼性のリスクとなる可能性があります。 予熱／フラックス活性化段階の後、フラックスははんだ波に入り、はんだ付けが行われます。はんだ波の実際の流れによって、フラックスの一部が「洗い流される」傾向もあります。
通常、濡れ天秤試験を行う際、試験片へのフラックスの塗布量は制御されません。多くの場合、試験片はフラックスが入った貯留槽に浸漬されます。そして、そのフラックスの量が、実際の組立工程で使用される量を適切に再現しているかどうかは不明であり、疑問が残ります。 その後、吊り下げられた試験片は、静止した溶融はんだの容器内に降下させられる（一部の装置では、溶融はんだの容器を収容したステージが、吊り下げられた試験片に接触するまで持ち上げられる）。試験片は、多くの場合、端から先に溶融はんだに投入されるが、これは、はんだの表面に対して平坦かつ平行な面（すなわちPCB表面）へのはんだ付けを再現するものではない。 しかし、この評価手法の最大の問題は、予熱やフラックスの活性化がほとんど、あるいは全く行われない点にある。そのため、フラックスには、実際のウェーブはんだ付けプロセスでそうであるように、表面を洗浄する機会が与えられない。予熱やフラックスの活性化が行われないという単純な事実だけで、このような試験の結果は事実上無価値であり、非常に誤解を招くものとなる。 さらに、予熱が行われないため、フラックスがはんだに導入された時点で、まだ「湿潤状態」（溶剤を含んでいる状態）である可能性があります。フラックスに含まれる溶剤は、蒸発するまではんだの濡れ性や流動性を妨げる恐れがあります。これにより、フラックスに含まれる溶剤の種類だけで、結果に大きなばらつきが生じる可能性があります。 例えば、水ベースのVOCフリーフラックスは、アルコールベースのフラックスよりも長く「湿った」状態を維持します。これにより、実際のウェーブはんだ付けプロセスの予熱／フラックス活性化段階では排除されていたはずの、新たな変数が導入されてしまいます。そして最後に、はんだが流動するウェーブとは対照的に静止しているため、さらなる不一致や変数が生じることになります。
したがって、ウェーブはんだ付け用フラックスを評価するにあたっては、実際のPCBアセンブリに何が起こるかを再現したプロセスを用いて、適切なウェーブはんだ付け装置で試験を行うことが、最善かつおそらく唯一の方法である。実際のウェーブはんだ付けプロセスでなければ、濡れバランス試験では把握しきれない微妙な違いをすべて捉えることはできないからだ。
