1 はじめに

プリント基板製造において　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　「リフロー（リフローはんだ）」と　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　「フロー（フローはんだ）」は、実装方式を　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　語るうえで必ず登場する重要なキーワードです。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　どちらも電子部品を基板に固定し、　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　電気的・機械的に接続するための　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　はんだ付け方法ですが、その工程・適用部品・　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　設計思想は大きく異なります。

実装方式の選定を誤ると、はんだ不良や部品破損、　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　さらには量産後の市場トラブルにつながる　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　恐れがあります。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　本記事では、プリント基板製造のリフローと　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　フローの違いを詳しく解説します。

2 リフロー（リフローはんだ）とは何か

リフローはんだとは、はんだペーストを　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　印刷した基板上に部品を搭載し、　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　加熱炉（リフロー炉）で再溶融させることで　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　接合を行う実装方式です。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　主に表面実装技術（SMT：Surface Mount Technology）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　で用いられ、現在の電子機器製造における　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　標準的な方法となっています。

2-1. リフローはんだの基本原理

リフローはんだでは、あらかじめ基板のランド上に　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　はんだ粉末とフラックスを混合したはんだペーストを　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　印刷します。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　その上にチップ部品やICを搭載し、　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　リフロー炉内で段階的に加熱します。

加熱により、

• フラックスが活性化
• はんだ粉末が溶融
• 表面張力によって部品が自己整列

といった現象が起こり、ランドと部品端子が　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　安定して接合されます。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　表面張力を利用した自己位置補正効果が、　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　リフローはんだの大きな特徴です。

(参考) https://ana-dig.com/board_mounting/#toc2

2-2. リフロー実装が主流となった理由

リフロー実装が主流となった背景には、　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　電子機器の進化があります。

• 小型・軽量・高機能化への対応
  スマートフォンやウェアラブル機器など、　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　限られた基板面積に多くの部品を　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　実装する必要が生じた。
• 高密度・微細ピッチ実装が可能
  QFP、BGA、CSPなどの　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　微細端子部品に対応できる。
• 自動化による品質安定とコスト低減
  印刷・搭載・加熱がライン化され、　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　人手作業を大幅に削減できる。

これらの理由から、量産電子機器ではリフロー　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　はんだが標準技術として定着しました。

2-3. リフローはんだの主な適用部品

リフローはんだは、以下のような**表面実装部品　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（SMT部品）**に適用されます。

チップ抵抗・チップコンデンサ

IC（QFP、BGA、CSP、QFNなど）

小型コネクタ、モジュール部品

特に多ピン・微細ピッチ部品では、　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　リフローはんだ以外の方法は　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　現実的でないケースも多くあります。

3 リフローはんだの工程について

リフローはんだは、複数の精密工程によって品質が決まります。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　各工程の管理が、最終的な接合信頼性に直結します。

3-1. はんだペースト印刷工程

メタルマスクを用いて、基板ランド上に　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　はんだペーストを印刷します。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　この工程では、

• 印刷量
• 印刷位置
• ペースト形状

が重要で、過不足やズレはブリッジ・ボイド・　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　未接合の原因となります。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　マスク開口設計と印刷条件の最適化が不可欠です。

3-2. 部品搭載工程（マウンタ）

高速・高精度のマウンタによって部品を搭載します。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　搭載精度は後工程であるリフロー品質に　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　大きく影響しますが、多少の位置ズレは　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　リフロー時の表面張力で補正されます。

3-3. リフロー炉と温度プロファイル

リフロー炉では、

• 予熱
• 昇温
• 溶融（ピーク）
• 冷却

という温度プロファイルを制御します。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　温度が低すぎると未溶融、高すぎると　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　部品劣化やはんだボイドが発生します。

特に鉛フリーはんだでは、　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　適正プロファイル管理が品質を左右します。

3-4. 冷却工程と接合品質

冷却工程では、はんだの結晶構造が形成されます。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　冷却速度が速すぎるとクラック、遅すぎると　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　強度低下の原因となるため、　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　安定した冷却制御が求められます。

(参考) https://components.omron.com/jp-ja/fresh-on-the-board/202406-solutions

4 リフローはんだのメリット・デメリット

4-1. リフローはんだのメリット

リフローはんだのメリットは、単に「微細実装ができる」　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　という点にとどまらず、設計・製造・品質の　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　各側面で総合的な優位性を持っています。

① 微細・高密度実装が可能

スルーホールを減らせるため、　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　基板面積を有効活用できる

チップ部品の小型化（0402、0201サイズなど）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　に対応可能

QFP・QFN・BGA・CSPといった多ピン・　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　微細ピッチICを実装できる

② 表面張力による自己補正で高歩留まり

• はんだ溶融時の表面張力により、　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　部品がランド中心に引き寄せられる
• マウンタ搭載時の微小な位置ズレを　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　自動補正できる
• 人的バラつきが少なく、　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　量産時の歩留まりが安定する

③ 自動化による品質安定と量産性

• はんだ印刷・部品搭載・加熱が　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　完全ライン化できる
• 作業者スキルに依存せず、　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　品質の再現性が高い
• 大量生産時のコスト低減・　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　納期短縮に寄与

④ 設計自由度が高い（多層・高配線密度）

• 表面実装中心のため、多層基板・　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　高配線密度設計に適している
• 配線引き回しの自由度が高く、　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　高速信号・高周波設計にも対応しやすい
• 小型・軽量製品の設計が可能となる

4-2. リフローはんだのデメリット

一方で、リフローはんだには明確な注意点もあり、　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　設計段階での理解不足が品質トラブルに　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　つながることがあります。

① 設備・立ち上げコストが高い

• リフロー炉、印刷機、マウンタなど高額な設備投資が必要
• 新製品立ち上げ時には、条件出し・プロファイル調整に工数がかかる
• 少量多品種生産ではコストメリットが出にくい場合がある

② 温度ストレスによる部品劣化リスク

• 鉛フリーはんだでは**高温プロファイル（230℃前後）**が必要　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　熱に弱い部品では、
• クラック
• 内部接合劣化
• 特性変化 が発生する可能性がある
• 部品耐熱ランクの事前確認が不可欠

③ はんだペースト管理・保管が難しい

• 冷蔵保管・使用期限管理が必要
• 温度戻し不足や攪拌不良による印刷不良
• 金属含有率や粘度変化が品質に直結する

④ BGAなどは外観検査が困難

• 下面端子部品は、目視・外観検査では　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　良否判断ができない
• X線検査や電気検査が前提となり、　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　検査コストが増加
• ボイド・未接合が見逃される　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　リスクがある

4-3. リフローはんだを前提とした設計上の注意点

リフローはんだは高密度・高品質な　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　実装を可能にする一方で、設計段階での　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　配慮不足がそのまま量産不良に　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　つながりやすい方式でもあります。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ここでは、設計者が必ず意識すべき　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ポイントを項目ごとに詳しく解説します。

① ランド寸法・ソルダーレジスト設計の最適化

ランド設計は、リフローはんだ品質を左右する最重要要素です。

部品メーカー推奨ランド寸法を基本とする

ランドが大きすぎるとはんだ量過多

ブリッジ・ボイド発生

小さすぎると濡れ不足

接合強度低下

また、ソルダーレジスト設計も重要です。

• レジスト開口が狭すぎると濡れ不良
• 広すぎるとブリッジやはんだ拡散の原因

ランド＋レジストを一体で最適化することが、　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　安定した接合の前提条件となります。

② 熱容量差を考慮した部品配置（温度ムラ防止）

リフロー炉内では基板全体が　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　同じ温度プロファイルを通過しますが、

• 大型部品
• 放熱パッド付きIC
• 多層基板エリア

などは、周囲と比べて温度上昇が遅れがちです。

その結果、

• 一部のみ未溶融
• 接合強度不足
• ボイド増加

といった不良が発生します。

設計段階では、

• 熱容量の大きい部品を集中させない
• 温度影響を受けやすい部品　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　との距離を確保
• 放熱パッドのビア設計を最適化

といった温度ムラを生まない　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　配置設計が重要です。

③ チップ立ち防止のための左右対称設計

チップ抵抗・チップコンデンサでは、　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　マンハッタン現象（チップ立ち）が　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　代表的な不良です。

主な原因は、

• 左右ランドのはんだ量差
• 温度上昇の時間差
• ランド形状の非対称

これを防ぐためには、

• 左右対称のランド形状
• 均一なソルダーレジスト開口
• 熱影響が左右で変わらない部品配置

が不可欠です。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　設計段階での対称性確保が、　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　実装不良防止の近道となります。

④ BGA採用時の検査方法（X線）の事前検討

BGA・CSPなどの下面端子部品は、　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　外観検査では接合状態を確認できません。

そのため、

• X線検査の実施可否
• ボイド許容基準
• 不良時のリワーク可否

を設計段階で決めておく　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　必要があります。

また、

• パッド設計
• ソルダーレジスト方式（NSMD／SMD）

も検査性・信頼性に大きく影響します。

⑤ フロー工程との混載時は工程分離を前提に設計

SMT部品とTHT部品が　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　混在する基板では、

• SMT部品：リフローはんだ
• THT部品：フローはんだ or 選択はんだ

と工程を分けるのが一般的です。

この場合、

• リフロー後にフロー工程を通す際の耐熱性
• 下面SMT部品へのはんだ再溶融リスク
• マスキングや工程順の制約

を設計段階で考慮しなければなりません。

工程分離を前提にした部品配置・基板設計が、　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　量産トラブル回避につながります。

5 フロー（フローはんだ）とは何か

フローはんだとは、溶融したはんだを基板下面に　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　流し当てることで、部品リードとはんだ付けを　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　行う実装方式です。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　主にスルーホール実装（THT：Through Hole Technology）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　で用いられ、長年にわたり電子機器製造を　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　支えてきました。

基板上に部品を挿入した後、基板を搬送しながら　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　溶けたはんだ槽の上を通過させることで、　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　穴を通したリードとランドを一括で　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　はんだ付けします。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　量産性が高く、接合強度にも優れることから、　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　現在でも特定用途で重要な役割を担っています。

(参考) https://ana-dig.com/board_mounting/#toc2

5-1. フローはんだの基本原理

フローはんだの工程は、　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　主に以下の流れで構成されます。

1. フラックス塗布
   　基板下面にフラックスを塗布し、　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　酸化膜の除去やはんだ濡れ性を向上させます。
2. 予熱（プリヒート）
   　基板全体を加熱し、急激な温度変化による　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　基板反りや部品ダメージを防止します。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　同時にフラックスを活性化させる役割もあります。
3. はんだ噴流（はんだ付け）
   　溶融はんだ槽からポンプでくみ上げた　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　はんだを噴流させ、基板下面に接触させます。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　これにより、スルーホール内に　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　毛細管現象で溶融はんだが吸い上げられ、　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　リードとランドが接合されます。
4. 冷却
   　はんだが凝固し、電気的・機械的に　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　安定した接合部が形成されます。

この方式の特徴は、一度の工程で多数のリードを　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　同時にはんだ付けできる点にあります。

スルーホール部品においては、接合強度が高く、　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　振動や衝撃にも強い接合が得られます。

5-2. フローはんだが使われてきた背景

フローはんだは、電子機器が大量生産され始めた　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　時代から主流となった実装方式です。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　その背景には、以下のような理由があります。

スルーホール部品が主流だった
　抵抗、コンデンサ、トランジスタ、コネクタなど、　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　リードを穴に通す部品が長く標準であったため、　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　フローはんだとの相性が非常に良かった。

量産性と作業効率の高さ
　手はんだに比べ、均一品質で大量の基板を　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　短時間に処理できるため、家電・産業機器・　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　通信機器などの量産に適していました。

高い接合信頼性
　スルーホール内まで確実にはんだが　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　回り込むため、機械的強度が高く、　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　長期信頼性が求められる製品に向いていました。

一方で、電子機器の小型化・高密度化が進むにつれ、　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　表面実装部品（SMT）が主流となり、　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　現在ではリフローはんだが中心となっています。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　それでも、フローはんだは特定用途では　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　今なお不可欠な技術として残っています。

5-3. フローはんだの主な適用部品

フローはんだが主に用いられる部品は、　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　以下のようなスルーホール部品です。

• 抵抗・コンデンサ（リードタイプ）
  　機械的保持力が必要な箇所や、　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　高電圧・大電流用途で使用されます。
• コネクタ類
  　挿抜力や外部応力が加わるため、　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　はんだ接合部に強度が求められる部品です。
• 大型部品・重量部品
  　トランス、リレー、電源部品など、　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　表面実装では固定が難しい部品に適しています。
• 車載・産業機器向け部品
  　振動・温度変化が厳しい環境下では、　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　スルーホール＋フローはんだによる　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　高信頼接合が採用されることがあります。

近年では、SMT部品とTHT部品が　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　混在する基板も多く、

• SMT部品：リフローはんだ
• THT部品：フローはんだ（または選択はんだ）

といった実装方式の使い分けが　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　一般的になっています。

6 フローはんだの工程について

フローはんだは、複数の工程を連続的に行うことで、　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　安定したはんだ接合を実現します。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　各工程は独立しているようでいて相互に影響し合っており、　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　どれか一つが不適切でも接合不良につながります。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ここでは代表的な工程とその役割を解説します。

6-1. フラックス塗布工程の役割

フラックス塗布工程は、フローはんだにおいて　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　最も重要な前処理工程の一つです。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　フラックスには以下の役割があります。

• ランドや部品リード表面の酸化膜を除去する
• はんだの濡れ性を向上させる
• はんだ付け中の再酸化を防止する

塗布方式には、フォーム方式、スプレー方式、　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ジェット方式などがあり、基板サイズや　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　部品密度によって使い分けられます。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　フラックス量が多すぎると残渣による　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　絶縁不良や外観不良の原因となり、　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　少なすぎると濡れ不良や未接合が発生します。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　そのため、適正量の管理が品質を大きく左右します。

6-2. 予熱工程と温度管理

予熱工程では、基板全体を徐々に加熱します。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　この工程の目的は以下の通りです。

• 急激な温度変化による基板反り・クラック防止
• フラックスを活性化させ、効果を最大化
• はんだ槽通過時の温度差を小さくする

一般的に基板表面温度は100〜130℃程度まで昇温させます。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　温度が低すぎるとフラックスが十分に活性化せず、　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　高すぎるとフラックス劣化や部品ダメージにつながります。

特に多層基板や熱容量の大きい部品が実装されている場合、　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　基板表裏・部品ごとの温度差管理が重要になります。

6-3. はんだ槽通過による接合プロセス

予熱後、基板は溶融はんだ槽の上を通過します。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　はんだはポンプによって噴流（ウェーブ）状に　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　持ち上げられ、基板下面に接触します。

このとき、スルーホール内部には毛細管現象によって溶融はんだが吸い上げられ、部品リードとランドの間に充填されます。適切な条件下では、

• 十分なフィレット形成
• ボイドの少ない接合
• 均一なはんだ厚

が得られます。

一方で、条件が不適切な場合には、ブリッジ、　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　つらら（はんだ垂れ）、未充填などの不良が　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　発生するため、はんだ温度・搬送速度・　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　噴流形状の最適化が不可欠です。

6-4. 冷却工程と接合信頼性

はんだ付け後は、自然冷却または強制冷却に　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　よってはんだを凝固させます。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　冷却工程では、

• 結晶構造の安定化
• クラック発生リスクの低減
• 接合部の機械的強度確保

といった点が重要です。

急冷しすぎると内部応力が増大し、　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　逆に冷却が遅すぎると粗大結晶が形成され、　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　信頼性が低下する場合があります。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　適切な冷却プロファイル管理が　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　長期信頼性に直結します。

7 フローはんだのメリット・デメリット

フローはんだは万能な方式ではありません。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　特性を正しく理解した上で、　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　用途に応じた採用判断が重要です。

7-1. フローはんだのメリット

スルーホール部品の接合強度が高い
　リードが基板を貫通するため、振動・衝撃に強い接合が可能。

一括処理による高い量産性
　多数の部品を同時にはんだ付けでき、生産効率が高い。

長年の実績による安定した技術
　工程ノウハウが蓄積されており、品質管理が行いやすい。

7-2. フローはんだのデメリット

• 高密度実装に不向き
  　微細ピッチ部品や狭ピッチ基板ではブリッジが発生しやすい。
• SMT部品との混載が難しい場合がある
  　下面SMT部品があると、はんだ落下や再溶融のリスクが生じる。
• 設計制約が多い
  　部品配置やランド設計に配慮が必要。

7-3. フローはんだを前提とした設計上の注意点

フローはんだを採用する場合、　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　設計段階から以下の点を考慮する必要があります。

• はんだ流れ方向を考慮した部品配置
• ブリッジ防止のためのランド間隔・　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　スルーホール径設計
• 不要なはんだ付着を防ぐ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ソルダーレジスト設計
• SMT部品との混載時は選択はんだや　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　工程分離の検討

これらを事前に考慮することで、　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　量産時の不良発生を大幅に抑制できます。

8 フローとリフローの違いを比較

フローはんだとリフローはんだは、　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　同じ「はんだ付け」でありながら、　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　適した用途・設計思想・製造条件が　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　大きく異なります。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ここでは、方式選定で特に重要となる　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　観点ごとに違いを整理します。

8-1. 対応部品の違い

フローはんだ
スルーホール部品（THT）が中心。コネクタ、　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　トランス、リレーなど、機械的強度が求められる　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　部品に適する。

リフローはんだ
表面実装部品（SMT）が中心。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　チップ部品、微細ピッチIC、BGAなど　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　高密度実装向け。

 部品形態そのものが方式選定を左右するため、　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　回路設計初期での部品選択が最重要となります。

8-2. 実装密度と微細対応力の違い

• フローはんだ：
  • スルーホール占有により配線自由度が下がる
  • 微細ピッチには不向き
• リフローはんだ：
  • 高密度・多層基板に対応
  • 0201サイズやBGAなど微細実装が可能

小型化・高機能化が求められる製品では、　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　リフローが前提条件となるケースが多い。

8-3. 品質安定性の違い

• フローはんだ：
  • 条件依存性が高く、部品配置・はんだ流れ方向の影響を受けやすい
  • 接合強度は高いが、ブリッジ等のリスクあり
• リフローはんだ：
  • 温度プロファイル管理により再現性が高い
  • 自動化によりロット間ばらつきが小さい

品質の再現性重視ならリフロー、　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　機械的強度重視ならフローという考え方が基本。

8-4. コスト構造の違い

• フローはんだ：
  • 設備コストは比較的低い
  • 人手工程が残りやすく、　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　量産では人件費が影響
• リフローはんだ：
  • 初期設備投資は高い
  • 量産時は自動化により　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　単価低減しやすい

 生産数量・製品ライフに応じた　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　トータルコスト評価が重要。

9 フローとリフローを併用する混載基板

9-1. 混載基板とは何か

混載基板とは、SMT部品とTHT部品が　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　同一基板上に実装された基板を指します。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　現実の製品では、機能・強度・コストの　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　都合から混載構成が一般的です。

9-2. 実装順序の基本

一般的な実装順は以下の通りです。

1. SMT部品をリフローはんだで実装
2. THT部品を挿入
3. フローはんだまたは選択はんだで接合

 逆順は、SMT部品の再溶融・脱落リスクが　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　高いため基本的に避けます。

9-3. 混載実装での注意点

• 下面SMT部品の耐熱性確認
• マスキング・工程分離の可否
• 部品高さ・配置制約

 混載基板は設計と製造のすり合わせ不足が　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　不良につながりやすいため、早期相談が重要。

10 設計者・発注者が理解すべき実装方式選定のポイント

10-1. 設計初期段階での判断

• 部品形態（SMT／THT）の選定
• 将来の量産数量・拡張性
• 製品寿命を見据えた方式決定

 回路設計完了後の方式変更は、　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　大きな手戻りコストを生む。

10-2. 基板仕様と製造制約

• 層数・板厚・表面処理
• 使用はんだ（鉛フリー等）
• 設備対応可否

 「設計上できる」ことと「量産できる」　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ことは別である点に注意。

10-3. 製造現場との連携

• DFM（製造性設計）レビューの実施
• 試作段階での条件フィードバック
• 不良事例の設計反映

 製造を知る設計者、設計を理解する　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　製造が品質を支える。

11 まとめ

フローはんだとリフローはんだは、　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　優劣ではなく役割の異なる実装技術です。

• 高密度・自動化・再現性を　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　重視するならリフロー
• 機械的強度・特定用途にはフロー

そして多くの製品では、両者を適切に使い分け、　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　あるいは併用することが現実解となります。

実装方式は「製造工程の話」ではなく、　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　設計品質・コスト・納期を左右する　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　重要な設計要素です。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　設計初期から製造現場と連携し、　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　最適な方式を選定することが、　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　トラブルのない量産と高品質製品への　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　近道となります。

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