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ゼロからのはんだ付け入門

Introduction

長瀬 隆
セ ッ サ i4004/4040 の 4bit CPU， そ の 後，8bit/16bit

入門から正統派のはんだ付けへ

MPU が開発され，本格的なマイクロコンピュータ時代の幕開けとなりました．こうして，基板実装密度の● 最も古くて最も新しい接合技術
はんだ付けの歴史は古く，青銅器時代より現在までおよそ 5500 年の歴史があります．「はんだとはんだ付高度化が要求される時代になり，加えて，現在では鉛フリーはんだが標準となっています．

け」は，「最も古くて最も新しい接合技術」と言われ● はんだ付けとはています．
当初この技術は，電気電子業界では主にラジオや白（1）「はんだ」と「はんだ付けされるワーク」の両方黒テレビなどに使用されました．1970 年代に入り，を適切な温度まで上昇させる（はんだこて等で）インテルと日本計算機とでノイマン型のマイクロプロ（2）はんだに含まれるフラックスがワーク表面にある酸化膜を化学的に溶解除去する（酸化膜が除去できないと合金層ができないため，フラックスの役割は重要）（3）はんだから溶け出た錫と基板等の銅との間で，分子同士が混ざった金属化合物ができる（Cu6Sn5 とCu3Sn）

図1
慣れるまで考えながら作業しよう

1 接合部を加熱する
部品リード

こて先（4）はんだ付け完了（参照：第 1 部 第 1 章「毎日使う金属用接合剤「はんだ」の基礎知識」）（5）最適と思われる状態を判断するためのポイントは，2 はんだを供給する
ヤニ入り
糸はんだ

基板

3 はんだを引く

4 こてを引く

ヤニ入り
糸はんだ

図2
はんだ付けの手順

4

ゼロからのはんだ付け入門

見本ＰＤＦ

第 1 部 基礎編 まず，コモンセンスを身に付けてから始めよう
第1章

知っていると知っていないでは大違い！
信頼性に天と地の差が出る

毎日使う金属用接合剤「はんだ」の基礎知識
東村 陽子 / 柿崎 弘雄
はんだは電子部品の電極と基板の銅パッドとを金属的に結合します．
また，化学材料を用いた接着剤と違い，電気や熱をよく伝えるという利点があります．ここでは，よりはんだ付けが上手にできるように，当たり前のように使っているはんだの特性，特徴を見直してみましょう．

はんだの正体は教科書にもあまり書かれていません．

れます．しかし硬ろうのように，500℃以上に温度を上はんだとは，金属同士を比較的簡単に接合できる金属げて接合する材料では部品を焦がしてしまい使用できです．また，電気や熱をよく伝えることから電子部品ません．の接続に多く使われています．

基礎知識②

はんだは家電製品はもちろん，自動車や鉄道，航空，はんだで接合すると何がいいの？

宇宙，海洋，医療，情報分野で使われる機器の製造に欠かせない接合材料です．

以下に，はんだ付けの利点を整理します．

基礎知識①

●

250℃で溶け出す●

金属的な結合をしているため接合強度が高い
化学材料を原料とした接着剤と違って電気や熱をよく伝える

はんだは，450℃未満の融点を持つろう材です．母●材金属を溶かすことのない融点になっています．溶け●たはんだは母材金属に濡れ広がり，金属反応により母材同士を接合します．

溶接と比較して低コスト母材を溶かさずに接合できるため，母材の質や寸法の変化が少ない●

主に，Sn（錫）という融点 232℃の金属元素にさまざ低い温度での接合が可能であるため，基板や部品に対するダメージが少ない

まな金属を配合した合金です．ろう接の分野では融点●

異種母材の組み合わせの接合が可能

450℃以上のろう材を「硬ろう」と呼ぶのに対し，「軟●接合部の補修，再接合が可能ろう」とも呼ばれますが，一般には「はんだ」と呼ば●軽薄短小の高密度実装が可能れます．

●

機械的接合と電気的接合，気密性の確保を同時にはんだ付けは，通常 250℃前後の温度で行われます．
エレクトロニクス製品に広く使われるプラスチックや実現●

こて法，ディップ法およびリフロ法など，多様なケーブルを，溶かしたり焦がしたりせずに接合できるはんだ付けが選択可能

ため，エレクトロニクス製品の部品の接合に広く使わ基礎知識③

はんだ Sn-3Ag-0.5Cu（錫96.5%，銀3%，銅0.5%）

提供：千住金属工業

一体化したみたいに強固にくっつく理由
はんだは，どうして金属を溶かさないで金属的に接合させることができるのでしょうか．
写真 1 は，銅パッドへ鉛フリーはんだではんだ付けした部分の断面写真です．この写真の母材金属の銅とはんだとの界面に，銅とはんだの中間の色の層状のも

銅（Cu）
母材金属層

合金層（Sn-Cu）のが形成されています．これは合金層と呼ばれるもので，はんだ中の錫（Sn）と銅（Cu）の化合物です．
図 1 の模式図で説明しましょう．250℃程度（はんだ付け温度）でははんだは溶けていますが，Cu（ 融点1083.4℃）は固体のままです．この接触面ではんだ中

写真 1

金属とはんだが溶け合うと合金層ができる一体化したかのように強固に金属同士が接合され，電気的につながるようになる．の Sn と Cu が拡散し合い，金属間化合物を形成します．
そして，はんだと Cu の金属的な結合が起こり，はん一体化したみたいに強固にくっつく理由

9見本 PDF
第2章

はんだ / 電子部品 / 基板 / フラックスと熱との関係知っておくと役立つ
上達のための豆知識
大西 修
はんだ付けは，教本のセオリ通りでは本当の意味でうまくなりません．さらなるはんだ付け上達のため，知っておくと役立つであろう「実践向けの知識」を紹介します．

● はんだは溶けても母材は溶けない温度がよい

はんだの特性を理解しておこう

一般的に，はんだ付けを含むろう付けは，母材（例えば銅）よりも融点の低い材料を使って接合します．その接合は，ろう材が溶けて，母材が溶けない温度で行■ はんだ付けの際になぜ熱が必要かわれます．はんだと一緒に母材が溶けると，母材の形状を保てずに溶け落ちてしまいます．これは，部品の● 高温になるほど金属間化合物の拡散が速くなる
はんだ付けをすると，錫（Sn）と母材の銅（Cu）が，リードやプリント基板の銅パターンが溶け落ちること数μm という薄い金属間化合物（合金）を生成します．

を意味します．表 1 に主な金属材料の融点を，表 2 に主なはんだ材料の特性を示します．

この金属間化合物は，Sn と Cu が相互に拡散して形成されます．その拡散速度は温度に依存するので，高融点が 450℃未満の軟ろうを用いるはんだ付けは，温になるほど速くなります．そのため，材料や部品のはんだこての温度が高くても 350℃程度なので，母材耐熱性に問題がない範囲で，できるだけ高温にした方の融点を超えることはありません．

が，拡散の促進に有利です．

■ はんだこてによる効率の良い熱の伝え方● 溶かして液状にするからしっかりくっつく● 母材全体をはんだの融点まで温めるのは難しい

なぜ，はんだを溶かして使うのでしょうか．「金属はんだ付けをするためには，母材もはんだも全ては間化合物を作るために高温にした結果，はんだが溶けんだの融点以上にしなければなりません．

る温度になった」ことも理由の一つですが，金属同士

図 2 のようにあらかじめ母材にはんだこてを当てて，を拡散させるには，原子レベルで近づける必要がありはんだの融点以上に温度が上昇してからはんだを供給ます．だから，溶けて液状になると有利なのです．

します．しかし，簡単ではありません．次のようなこ加えて，はんだを付ける部分に毛細管現象やすき間とが起こりがちです．

現象によってはんだをなじませることで，確実で奇麗（1）部品の耐熱性と作業性を気にするあまり，母な接合になるので，液状にする必要があるのです．

材の熱容量に対してはんだこてのパワーが小さかったり，こて先が細くなりすぎている．
（2）こて先が母材と点接触しているだけなので，熱Snの拡散が伝わりにくい．

錫（Sn）（3）こて先が酸化してしまって，熱が伝わらない．
錫と銅の合金層数μm
図1Sn と Cu の接合によって合金層が形成される
表126

主な金属材料の融点

材料名

融点［℃］

銅（Cu）

1084

鉄（Fe）

1536

鉛（Pb）

328

錫（Sn）

231

第2章

銅（Cu）

はんだこて先
Cuの拡散

表2

母材1

主なはんだ材料の特性
材料名

固相温度 液相温度［℃］［℃］

共晶はんだ（Sn63Pb）

183

鉛フリーはんだ（SnAg3Cu0.5）

知っておくと役立つ上達のための豆知識

217

母材2
母材・こて先温度がはんだの融点以上にならないと付かない

220

図2 はんだを流し込む前に母材を温める

第3章

1 回でバシッと決めよう

部品の取り付けテクニック
山下 俊一 / 柿崎 弘雄 / 浜田 智 / 佐々木 康弘
米粒のような電子部品や平べったい IC のはんだ付け方法を写真と動画で紹介します．特に大切なのは電子部品を温めすぎて壊さないことです．はんだこて，基板上のパッド，部品電極の温度を常に意識しながら，こてを動かしましょう．焦ることはありません，数十回，数時間の練習で上達します．

一番よく使う抵抗やコンデンサなどの 2 端子部品

3−1

動画あり

これができなきゃ始まらない！ 基本テクニックをマスタする

要点 3 こて先の形状（図 1）や熱容量，温度は部品に■ バッチリ付けるには…

合わせて選びましょう．
要点 4 1 枚の基板の中に複数の部品があるときは，

要点 1 データシートを見て，部品に加えてもよい熱背の低い部品を先に付けましょうの程度を把握しておきましょう．
要点 2 フラックスを塗ることで，はんだの濡れがよくなります．

● 手はんだに向くパッドの形状
写真 1 に，2125 サイズ（2 × 1.25 mm）のチップ抵抗の外観を示します．図 2 に，取り付けるパッドのパターン例を示します．

50円玉0.9
正面横図 1 チ ップ部
品のはんだ付けにはこんな形のこて先がお勧め

3.1
1.3

1.25

見本ＰＤＦ

第２部 実践編 動画を見ながらやってみよう

図 2（1）
2125 サイズのパッド例

写真 1 2125 サイズ（2 × 1.25 mm）のチップ
抵抗は米粒よりも小さい

チップ部品

はんだパッド［単位：mm］

抵抗は耐熱性が高く通常作業で壊れることはない
抵抗の構造について説明します．チップ品はセラミッ

リード品はカーボン皮膜抵抗器が主流で，セラミッククに内部電極を形成し，厚膜のメタルグレーズを焼成しの絶縁基板上に樹脂材料と混合されたカーボンを塗布し，ます（図 A）．メタルグレーズとは，金属や金属酸化物を加熱硬化したのちトリミングし，抵抗値を決定します（図B）．

ガラスと混合し，セラミックなどへ高温で焼結させたもこれらの抵抗はいずれも耐熱性が高いため，通常の作のを指します．電極は，ニッケルの下地めっきを施した業では，部品が熱によってダメージを受けることはない

あと，はんだめっきされています．

でしょう．
セラミック

表示

〈柿崎 弘雄〉
トリミング・ライン

リード線

はんだめっきニッケルめっき

抵抗皮膜
保護膜
図A

34

内部電極

チップ抵抗の構造

第3章

部品の取り付けテクニック

セラミック

電極キャップ
絶縁塗装
図B

リード抵抗の構造

抵抗皮膜

見本 PDF
第4章

温風装置やはんだこて 2 本を操る

部品の取り外しテクニック
山下 俊一 / 柿崎 弘雄
プリント基板に実装済みの電子部品を外す機会は少なからずあります．それは，たいてい気持ちや時間に余裕がないときに行う作業です．焦ると，プリント基板の配線パターンをはがしたり，部品を壊したりします．コツを知っているだけで，ずいぶんうまく外せます．

2 mm 角以下の小型 2 端子部品

4−1

動画あり

両端子を同時に温めるこて先を選択する
手順 3 取り外し■ やってみよう！

両電極のはんだが溶けたら，こて先に部品を付着させたまま動かして，部品を取り除きます（写真 1 ③）．

手順 1 フラックスを塗布取り外す部品の電極にフラックスを塗布します（写真 1 ①）．

手順 4 クリーニング
部品を取り除いたパッドをはんだ吸い取り線でクリーニングします（写真 1 ⑤）．取り除いた部分にキズや

手順 2 予備はんだ
はんだこてにはんだを盛り，両電極をブリッジさせ周辺のはんだくずがないことを確認します．
＊ます（写真 1 ②）．

＊

両端子に塗布両端子のはんだを溶かす③両端子のはんだが溶けたら②こて先にはんだを盛り両電極をブリッジ①フラックスを塗る
はんだやパッド表面の酸化膜を除去し，はんだの流動性を良くする．

吸い取り線

こてを動かすチップ部品
こての動かし方④こてを矢印の方向に動かす
写真 1⑤クリーニング開始⑥クリーニング後

2 mm 角以下の小型 2 端子部品を取り外す手順

外したくない部品

はんだブリッジ

こて先

グイッ

横から見た
チップ・コンデンサ

ベリッ
チップ・コンデンサ

図 1 こて先はチップ部品の長手方向よりも長いものを使う

取り外したい部品
図 2 はんだはチップ部品ではなく，こて先に盛る

図 3 取り外したくない部品には，はんだを盛らない

図 4 両端子のはんだが溶けていないうちにこてを動かさない

4 − 1 2 mm 角以下の小型 2 端子部品59

見本 PDF
第5章

修正は確実に！ 奇麗に！

プリント・パターンの切り貼り術
大西 修（文）/ 山下 孝一 / 山下 俊一（動画撮影協力）
試作用の基板ができあがってしまってから，配線のミスに気付くことがあります．ここでは電源ラインや信号ラインのプリント配線パターンを切り貼りして，その接続経路を変更するテクニックを紹介します．

細いプリント・パターンをカットする

5−1

動画あり

ほかの配線パターンのない場所，IC の端子に近い場所を選ぶ

パターン・カットを行う際には，すぐそばにパター■ やってみよう！

ンのない，カットしやすい場所を選びましょう．数十MHz 以上の信号を通す配線パターンの場合は，放射プリント・パターンの 2 個所にナイフを入れます．

ノイズの影響をできるだけ小さくするために，半導体

1 個所目をカットしてから（写真 1 ①），2 個所目をカ部品の端子に近い位置でカットします．

ットします（写真 1 ②）．カットした一方の部分を，ナイフの刃先を使ってパターンをはがすように起こします（写真 1 ③）．起こした配線パターンの端をピンセッ① 1 個所目をカット② 2 個所目をカット③先端を使ってパターンを起こす④ピンセットでつまむ⑤完了

写真 2 その気になれば太いプリント・パターンもカットできる

写真 1

カッターナイフで細いプリント・パターンをカットする手順

ソルダ・レジスト
銅配線（a）配線の2個所をナイフなどでカットする
図1

はんだこて先ナイフの刃

配線をカットした部分

ピンセット

はんだ（b）ソルダ・レジスト（緑）がある場合はナイフなどで削り取る（c）露出した銅配線にはんだを盛り，はんだこてで左右に擦る（d）銅配線の接着力が弱まった
ところで，ピンセットで配線をはがす

はんだこてでパターンをはがす手順

5 − 1 細いプリント・パターンをカットする

69

見本ＰＤＦ

第 3 部 グッズ編 道具と使い方をマスタして楽々作業
第6章

こて，フラックス，吸い取り線，ピンセット

今どきのはんだ付けグッズ①…ないと始まらない小道具
宮崎 充彦 / 上谷 孝司 / 長瀬 隆 / 武田 洋一 / 平井 惇
はんだ付けに必須の道具について，その種類と特徴を紹介します．
特にはんだこては，製品（価格）
によってこて先の熱回復特性に大きな違いがあり，作業効率もずいぶん変わります．
たくさん
あるこて先の形状についても紹介するので，用途に合った品を選び，確実にはんだ付けしましょう．

はんだこて

6−1

温度管理ができて熱回復に優れるステーション・タイプが主流
1（a）］，熱をはんだ付け部に供給するこて先部［写真ステーション・タイプ

1（c）］，手で持つためのグリップ部，電気を供給する

はんだこては，熱を発生するためのヒータ部［写真電源コード

電源コードから構成されます．
● 温度調整機能を持ち熱回復特性に優れる
ステーション・タイプ（写真 1）は，ヒータからの漏れ電圧によって電子部品が破壊されないように，1 次側（A コンセント）と 2 次側（こて内部回路）の絶縁性がよくなっています
（図 1）
．

ヒータ部

具体的には，AC コンセント⇔はんだ付け対象の基板の絶縁をよくするため，ヒータがトランスによって（a）全景電源から絶縁されています［写真 1（b）］．2 次側には，電源スイッチ
グリップ部

こて先部
温度制御基板（c）こて部トランス

ヒータとこて先が一体になっている
1次側
2次側（d）（c）を分解するとこうなる（b）内部構造
写真 1

ステーション・タイプのはんだこて（1）

白光の FX−951．ヒータとこて先が一体になっているタイプ．熱回復特性に優れる．

AC100Vから絶縁されているので，電子部品を壊してしまう心配がない

制御基板
ヒータ制御部
図1
トランスによって ACコンセント側から絶縁されているステーショ
ン・タイプ

74

第6章

ヒータセンサコントロール部

電源部
絶縁トランス

こて先今どきのはんだ付けグッズ①…ないと始まらない小道具ステーション見本 PDF
こて先クリーナ，有害ガス吸煙器，顕微鏡，手袋，クリーム
はんだキット

第7章

今どきのはんだ付けグッズ②…メーカ・オリジナルのユニーク・ツール
上谷 孝司 / 武田 洋一 / 宮崎 充彦
はんだ付けするときに準備したいツールについて紹介します．①はんだ付け時に発生するフラックスのヒュームを吸煙する吸煙器と作業用の手袋，②ルーペや顕微鏡，③ N2 発生装置など予算に合わせて選びましょう．

こて先クリーナ

7−1

動画あり

酸化してはんだが付かなくなった先端部をよみがらせる● こて先が酸化するとはんだ付けができない膜も除去しているからです．フラックスを使用しない

はんだこてのこて先は，内部のヒータで発生した熱と，こて先はすぐに酸化してしまいます．

を部品に伝えます．その際に，こて先の表面が黒くなって酸化した状態では，はんだ付けを行うことができません（写真 1）．次のような条件下では，こて先が酸化しやすくなります．

● こて先を酸化させないようにするにははんだ吸い取り線ではんだを除去しているときにこて先が酸化しやすいのは，こて先を保護している溶融●

鉛フリーはんだを使っているときはんだをはんだ吸い取り線が吸い取ってしまい，こて●

高温はんだ（融点が 270 〜 300℃）など，特殊なは先素地の鉄が露出してしまうからです．はんだ付けをんだを使っているときしているとき以外は，こて先が常に溶融したはんだでこて先の設定温度が高いとき覆われていることが，こて先の酸化防止の秘訣です．

●●

活性度の低いフラックスを使っているか，フラッ間欠的な作業をしているときは，こて先が高温で放クスを使っていないとき置される時間が長いので，特にこて先が酸化しやすく●

はんだ吸い取り線ではんだを除去しているときなります．面倒でも，こて台に置く前にこて先にはん●

間欠的な作業をしているときだを塗ると，こて先はいつも良好なはんだ濡れ性を保活性度の低いフラックスを使っているときにこて先ちます．

が酸化しやすいのは，フラックスが被はんだ付け部のステーション・タイプのはんだこてなら，スリープはんだの酸化皮膜を除去すると同時にこて先の酸化皮機能やオートシャットオフ機能によって自動的に酸化を防いでくれます．
こて先のメンテナンスを十分に行ってもこて先が酸化し，はんだが濡れなくなったときは，次のような方黒くなっている法でクリーニングします．

（a）酸化したこて先（b）酸化していないこて先
写真 1

酸化したこて先（a）のような状態では，はんだ付けができない．

ワイヤ

こて先（a）こて先をクリーニング・ワイヤに差し込む
写真 2（b）こて先にはんだを乗せる

こて先のクリーニング方法 1…酸化の程度が軽いとき

7 − 1 こて先クリーナ

83