ロナルド・C・ラスキー博士：インジウム・コーポレーションのエド・ブリッグス氏は、はんだプリフォームの幅広い用途について論文を書くという素晴らしいアイデアを思いつきました。彼は私にその論文の編集と校閲を依頼してきました。その論文のタイトルは『The Versatile Preform』でした。
プリフォームとは、さまざまな形状をしたはんだの塊のことです。多くの場合、プリフォームにははんだフラックスがコーティングされているか、金属の中心部にフラックスが封入されています。このように中心部にフラックスが封入されたプリフォームは、通常「フラックスコア型」と呼ばれます。なお、プリフォームには、ガリウム、ビスマス、インジウム、スズ、鉛、金ベースの6つのはんだファミリーがあります。 プリフォームに成形可能な合金は200種類以上あります。
はんだペーストは、電子部品の表面実装組立における基礎となる材料であるため、極めて重要であることを明確にしておく必要があります。しかし、その性質上、いくつかの課題も生じます。はんだペーストに含まれるフラックスは、リフロー工程中に酸化物を除去できるほど十分に活性である一方で、保管中ははんだ粉末に影響を与えないものでなければなりません。はんだペーストは体積比で約50％がフラックスであるため、フラックスがすべてのはんだ粉末粒子を覆ってしまうことで、ペーストの長期保管が困難となっています。
このペーストの保存期間は数ヶ月単位で測定されます。プリフォームは固体であるため、保管中に少量のプリフォーム用フラックスと反応するはんだ合金の表面積がはるかに少なくなります。プリフォームの保存期間はほぼ無限です。 プリフォームの温度範囲は多岐にわたります。スズ鉛や鉛フリーペーストなどのスズ系はんだペーストの融点範囲は183～229°Cです。プリフォームの6つの合金ファミリーでは、その範囲は8°Cから1,064°Cにまで及びます。
高温用途の例としては、J-STD-020に準拠したシリコン集積回路ダイの取り付けが挙げられ、これには260～265°Cで溶融するはんだ合金が必要です。高温用途の例としては、J-STD-020に準拠したシリコン集積回路ダイの取り付けが挙げられ、これには260～265°Cで溶融するはんだ合金が必要です。 この温度範囲で溶融する鉛系プリフォームはいくつかあります。同様に、高周波用途や気密封止のために、この温度範囲で使用される金系合金もいくつかあります。
SMT組立には、いくつかのプリフォーム用途があります。多くの電子回路基板には、表面実装部品とスルーホール部品の両方が搭載されています。通常、このような回路基板を組み立てるには、組立ラインで表面実装とウェーブはんだ付けが必要になると考えられます。しかし、スルーホール上にはんだペーストを塗布することで、多くの場合、表面実装のみによる組立が可能になります。 このプロセスは、スルーホールが文字通りスルーホール用はんだペーストの塗布層の中に配置され、その中を貫通するため、「ピン・イン・ペースト（pin-in-paste）」と呼ばれることがよくあります。しかし、ご存じの通り、はんだペーストの体積の約50％はフラックスで構成されています。そのため、はんだペーストをリフローすると、スルーホールのはんだ接合部でははんだが不足し、フラックスが過剰になることがよくあります。
これは、ペースト内ピン（PIP）方式で実装された回路基板の断面図です。 はんだが不足し、フラックスが過剰になっている点に注目してください。この問題を解決するのが「はんだプリフォーム」です。はんだ堆積部の上にプリフォームを配置することで、はんだ不足の状況を解消できます。プリフォームは通常、0603サイズの抵抗器のような受動部品の形状をしています。これらはテープ＆リールでパッケージ化され、部品実装機によってはんだ堆積部の上に配置されます。その結果、はんだ接合部は通常、ほぼ完璧なものとなります。
高密度化が進んだ新しい携帯電話の設計の多くでは、電気シールドをプリント基板のパッドに接続するための効果的なはんだ接合を形成するのに十分な量のはんだペーストを塗布することが困難になることがよくあります。そのような場合、シールドは電磁波および静電気放電からの保護という役割を果たせなくなります。
このようなはんだ不足の状況では、はんだプリフォームがよく使用されます。このプロセスは「Solder Fortification®」と呼ばれています。プリフォームは、部品実装機によって配置されます。「Solder Fortification®」に関する詳細については、キャロル・ゴワンズ氏らによる論文『Applications of Solder Fortification® with Preforms』をご覧ください。この話題については、一日中語り尽くせないほどです。レーザーはんだ付け、誘導はんだ付け、ロボットはんだ付けにおいても、他にも多くの応用例があります。
はんだ付け工程における課題へのプリフォームの活用に関する詳細については、当社のウェブサイト（indiumstg.wpenginepowered.com）をご覧ください。
SMTAI 2016でエドが発表した論文を読むと、疑問の解消に役立つでしょうが、何よりもまず、インジウム・コーポレーションの技術サービス部門に連絡して、プリフォームに関する質問の回答を得てください。また、いつものように、[email protected] までメールでお問い合わせいただくことも可能です。
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