「電子工作：ハンダ付けの基礎知識」についてご紹介｜「電子工作/修理/メンテナンス」

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今回は、「電子工作：ハンダ付けの基礎知識」についてご紹介します。

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ハンダ付けは、接合技術の分類によって、溶接の中の「ろう接」に含まれている方法の1つです。その基本原理は、接合すべき母材を溶かすことなく、そのつなぎ目に、母材よりも融点の低い金属または合金を溶融、流入させて接合することです。

このとき、つなぎ目に充填されるものを「ろう」といいます。ろうは、その融点によって450°C以上を「硬ろう」、それ未満のものを「軟ろう」または「ハンダ」と呼びます。電気配線に用いるときは、「ハンダ」で統一されています。

ハンダ付けには、次のような特長があります。

ハンダ付けが行われる第一条件は、溶けたハンダが母材によくなじむことです。この現象を「濡れ」といいます。濡れは、ハンダ付けにおける最も基本的な現象で、濡れを伴わないハンダ付けはありません。

濡れの程度は「接触角(θ)」で定義されています。接触角とは、ハンダの表面が母材の表面と交差する点における、ハンダ表面に引いた接線と母材面とがなす角度です。

溶けたハンダの接触角が90°よりも小さくなったとき、「ハンダが母材に濡れる」といいます。ハンダの濡れは、母材の表面の汚れ具合や酸化膜の有無、表面のあらさの程度などによって異なりますが、後に述べるフラックスが重要な鍵をにぎっています。

ハンダ付けのもう1つの重要な現象は「毛細管現象」です。毛細管現象というのは、狭いすき間に液体が浸透する現象です。このとき、液体が浸透するときの力は表面張力です。

この現象は、ハンダ付けでも同様に起こり、ハンダ付けの仕上がりを左右する重要な因子になっているのです。

母材の状態は、ハンダ付けの仕上がりと接合の信頼性に大きく影響するために、次に挙げる条件が満たされている必要があります。

じつは、ハンダだけでハンダ付けをすることはできません。必ずフラックスが必要です。

最も一般的なフラックスは、松ヤニ(レジン)です。この松ヤニは、松の樹液を蒸留して生成される植物性天然樹脂で、これに薬品を加えた物が糸ハンダの中に固められています。

糸ハンダを丁寧に切断してみてください。その断面の中央に黄褐色の固体が見えるはずです。このようなハンダを「ヤニ入りハンダ」といいます。

ハンダ付けの基本現象である濡れは、溶けたハンダが清浄な母材と接触して初めて起きるもので、両者の間に酸化膜や油脂などの汚れがあると、濡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、それらをハンダ付けの前処理で除去したとしても、ハンダ付け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、溶けたハンダを母材表面に濡らすためには、ハンダ付けが行われる温度で、母材やハンダ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。

フラックスの主な作用は次の4つです。

鉛フリーハンダは、従来の鉛ハンダに比べて融点が高く、たとえば183°Cだったものが220°C付近にまで上がりました。しかも、濡れが悪く光沢がありません。その他、鉛ハンダに比べて劣る面が多いのです。

やがて、鉛ハンダに匹敵する製品が開発されることが予想されますが、当面の間は、鉛ハンダと鉛フリーハンダの双方が共存することになるでしょう。

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