はんだ付け

はんだ付け（米：/ ˈ s ɒ d ər ɪ ŋ /、英：/ ˈ s oʊ l d ər ɪ ŋ / ）は、はんだと呼ばれる充填金属を使用して 2 つの金属表面を接合するプロセスです。はんだ付けプロセスでは、接合する表面を加熱してはんだを溶かし、その後冷却して固化させることで、強力で耐久性のある接合部を形成します。

はんだ付けは、プリント基板（PCB）やその他の電子部品の製造や修理のために電子業界で広く使用されています。また、配管や金属加工、宝石やその他の装飾品の製造にも使用されています。

このプロセスで使用されるはんだは、さまざまな用途に応じて異なる合金が使用され、組成が異なります。一般的なはんだ合金には、スズ鉛、スズ銀、スズ銅などがあります。鉛の使用に関連する健康および環境への懸念から、近年では鉛フリーはんだも広く使用されるようになりました。

はんだ付けプロセスでは、使用するはんだの種類に加えて、温度と加熱方法も重要な役割を果たします。はんだの種類によって、溶融に必要な温度が異なり、接合する材料を損傷したり、接合部が弱くなったりしないように、加熱を慎重に制御する必要があります。

はんだ付けには、はんだごて、トーチ、ホットエアガンなど、いくつかの加熱方法が使用されます。各方法にはそれぞれ長所と短所があり、方法の選択は用途と接合する材料によって異なります。

はんだ付けは多くの産業や趣味にとって重要なスキルであり、良い結果を得るには技術的な知識と実践的な経験の組み合わせが必要です。

はんだ付けは、5,000年前のメソポタミアですでに使用されていたという証拠があります。^[1]はんだ付けとロウ付けは、金属加工の歴史の非常に初期、おそらく紀元前4000年以前に始まったと考えられています。^[2]紀元前 3000年頃のシュメールの剣は、硬質はんだ付けを使用して組み立てられていました。

はんだ付けは歴史的に、宝飾品、調理器具、調理器具の製造、ステンドグラスの組み立てなどに使用されてきました。

はんだ付けは、配管、電子機器、金属加工（フラッシュ加工から宝石や楽器まで）に使用されます。

はんだ付けは、配管システムの銅管間、および食品缶、屋根の雨押さえ、雨どい、自動車のラジエーターなどの板金物の接合部間に、比較的永続的でありながら可逆的な接続を提供します。

宝石部品、工作機械、一部の冷蔵・配管部品は、高温の銀ろう付け工程で組み立てられ、修理されることが多いです。小型機械部品も、はんだ付けやロウ付けされることが多いです。はんだ付けは、ステンドグラスの作品で鉛の枠と銅箔を接合するのにも使用されます。

電子はんだ付けは、電気配線をデバイスに接続し、電子部品をプリント基板に接続します。電子接続は、はんだごてを使用して手作業ではんだ付けできます。ウェーブはんだ付けやオーブンの使用などの自動化された方法を使用すると、複雑な回路基板上の多数の接合を 1 回の操作で行うことができるため、電子機器の製造コストが大幅に削減されます。

楽器、特に金管楽器や木管楽器では、組み立てにはんだ付けとろう付けを組み合わせて使用​​します。金管楽器の本体ははんだ付けされることが多く、キーワークと支柱はほとんどの場合ろう付けされます。

基板のはんだ付け性は、その材料にどれだけ簡単にはんだ付け接合できるかを示す指標です。

金属によっては、はんだ付けが簡単なものとそうでないものがあります。銅、亜鉛、真鍮、銀、金は簡単です。次に難しいのは鉄、軟鋼、ニッケルです。ステンレス鋼や一部のアルミニウム合金は、薄くて強い酸化膜があるため、はんだ付けがさらに困難です。チタン、マグネシウム、鋳鉄、一部の高炭素鋼、セラミック、グラファイトははんだ付けできますが、炭化物の接合に似たプロセスが必要です。つまり、最初に界面結合を誘発する適切な金属元素でメッキします。

はんだ付けフィラー材料は、さまざまな用途に応じてさまざまな合金で提供されています。電子機器の組み立てでは、 63% の錫と 37% の鉛 (または融点がほぼ同じ 60/40) の共晶合金が選ばれています。配管、機械の組み立て、その他の用途には他の合金も使用されます。軟質はんだの例としては、一般用途の錫鉛、アルミニウム接合用の錫亜鉛、室温以上の強度のための鉛銀、高温での強度のためのカドミウム銀、アルミニウムと耐腐食性のための亜鉛アルミニウム、電子機器用の錫銀および錫ビスマスなどがあります。

共晶配合は、はんだ付けに使用した場合、液相線と固相線の温度が同じであるため塑性相がなく、融点が最も低くなります。融点が最も低くなるため、はんだ付け中に電子部品にかかる熱ストレスが最小限に抑えられます。また、塑性相がないため、はんだが熱くなると濡れが速くなり、はんだが冷えると固まりが速くなります。非共晶配合は、液相線と固相線の温度が下がる間、動かないようにする必要があります。塑性相中に動くと、ひび割れが生じ、接合部の信頼性が低下します。

スズと鉛をベースにした一般的なはんだの配合を以下に示します。分数は、最初にスズ、次に鉛の割合を表し、合計が 100% になります。

• 63/37: 183 °C (361 °F) で融解します (共晶:範囲ではなく点で融解する唯一の混合物)
• 60/40: 183～190℃（361～374℉）で融解
• 50/50: 183～215℃（361～419℉）で融解

環境上の理由や欧州RoHS（特定有害物質使用制限指令）などの規制の導入により、鉛フリーはんだの使用が広がっています。また、幼児が接触する可能性のあるあらゆる場所（幼児は物を口に入れる可能性が高いため）や、雨やその他の降水によって鉛が地下水に流れ込む可能性のある屋外での使用にも推奨されています。残念ながら、一般的な鉛フリーはんだは共晶組成ではなく、約220℃（428℉）で溶けるため、^[3]信頼性の高い接合部を作ることがより困難になっています。

その他の一般的なはんだには、以前にはんだ付けされたアセンブリを接合する際に以前の接続がはがれないようにするためによく使用される低温配合物（多くの場合ビスマスを含む）と、高温操作や、後続の操作ではんだがはがれてはいけないアイテムの最初の組み立てに使用される高温配合物（通常は銀を含む）があります。銀を他の金属と合金化すると、融点、接着性、濡れ性、引張強度が変わります。すべてのろう付け合金の中で、銀はんだは最も強度が高く、最も幅広い用途があります。^[4]特殊合金は、強度が高く、アルミニウムのはんだ付けが可能で、電気伝導性が高く、耐腐食性が高いなどの特性を備えています。^[5]

はんだ付けには 3 つの形式があり、それぞれ必要な温度が徐々に高くなり、接合部の強度も次第に強くなります。

1. 軟質はんだ付けは、もともとは錫鉛合金を溶接金属として使用していた。
2. 銀ろう付けは銀を含む合金を使用する。
3. ろう付けは真鍮合金を充填材として用いる。

各タイプのはんだ付けに使用するフィラー金属の合金を調整することで、フィラーの融点を変えることができます。はんだ付けは、接合部でフィラー金属がワークピースの表面と直接結合し、導電性と気密性、液密性を兼ね備えた結合を形成するという点で、接着とは大きく異なります。^[7]

軟質はんだ付けは、フィラー金属の融点が約400℃（752℉）未満であることが特徴ですが、^[8]銀はんだ付けとろう付けではより高い温度が使用され、通常はフィラーを溶かすために炎または炭素アークトーチが必要です。軟質はんだのフィラー金属は通常、液相線温度が350℃（662℉）未満 の合金（多くの場合鉛を含む）です。

このはんだ付け工程では、接合する部品に熱が加えられ、はんだが溶けて、濡れと呼ばれる表面合金化工程で加工物に接着します。撚線では、はんだは「ウィッキング」と呼ばれる工程で、毛細管現象によって撚線間のワイヤに吸い上げられます。毛細管現象は、加工物同士が非常に接近していたり​​接触している場合にも発生します。接合部の引張強度は使用するフィラー金属に依存します。電気はんだ付けでは、追加されたはんだから引張強度はほとんど得られないため、はんだ付けする前にワイヤをねじったり折り曲げたりして、接合部に機械的強度を持たせることが推奨されます。良好なはんだ接合部は、導電性があり、防水性と気密性を備えた接合部を形成します。

はんだの種類ごとに、長所と短所があります。軟質はんだは、主成分が柔らかい鉛であるため、このように呼ばれています。軟質はんだ付けでは、使用する温度が最も低い (したがって、部品への熱応力が最も少ない) ものの、接合部は強くなく、機械的荷重を受ける用途には適していません。また、強度が失われ、最終的には溶けてしまうため、高温の用途にも適していません。宝石職人、機械工、および一部の配管用途で使用される銀はんだ付けでは、トーチなどの高温源を使用する必要があり、軟質はんだ付けよりもはるかに強力です。ろう付けでは、非溶接接合部の中で最も強度が高くなりますが、フィラー金属を溶かすために最も高温が必要なため、トーチなどの高温源と、白熱した作業によって生じる明るい光から目を保護するための暗いゴーグルが必要になります。鋳鉄製品、錬鉄製の家具などの修理によく使用されます。

はんだ付け作業は、手工具を使用して、一度に 1 つの接合部ごとに、または生産ラインでまとめて行うことができます。手作業によるはんだ付けは、通常、はんだごて、はんだ付けガン、トーチ、または場合によっては熱風ペンシルを使用して行われます。板金作業は、伝統的に「はんだ付け銅」を炎で直接加熱して、接合部を完成させるのに十分な熱をはんだ付け銅の塊に蓄えておき、ガス トーチ (ブタンやプロパンなど) または電気加熱はんだごての方が便利です。はんだ付けされた接合部には、接合する金属部品の洗浄、接合部の取り付け、部品の加熱、フラックスの塗布、フィラーの塗布、熱の除去、およびフィラー金属が完全に凝固するまでアセンブリを静止させるという同じ要素が必要です。使用されるフラックス材料の性質と用途によっては、接合部が冷えた後に洗浄が必要になる場合があります。

各はんだ合金には、強度や導電性など、特定の用途に最適な特性があり、はんだや合金の種類ごとに融点が異なります。銀はんだという用語は、使用されるはんだの種類を示します。一部の軟質はんだは、銀メッキされたアイテムをはんだ付けするために使用される「銀含有」合金です。鉛ベースのはんだは、鉛が金属を溶かして外観を損ねるため、貴金属には使用しないでください。

はんだ付けとろう付けの違いは、フィラー合金の融点に基づきます。はんだ付けとろう付けの実用的な境界として、通常 450 °C の温度が使用されます。軟ろう付けは加熱した鉄で行うことができますが、他の方法では、通常、フィラー金属を溶かすために、より高温のトーチまたは炉が必要になります。

はんだごてでは、ハードソルダリングやロウ付けに十分な高温を実現できないため、通常は別の機器が必要です。ロウ付けフィラー金属は銀ロウよりも強度が高く、銀ロウは鉛ベースの軟ロウよりも強度があります。ロウ付けはんだは主に強度を重視して配合されており、銀ロウは宝石職人が貴金属を保護するために、また機械工や冷凍技術者は引張強度に優れているものの、ロウ付けよりも融点が低いために使用されています。軟ロウの主な利点は、低温で使用できることです (電子部品や絶縁材への熱による損傷を防ぐため)。

接合部はワークピースよりも融点の低い金属を使用して製造されるため、周囲温度がフィラー金属の融点に近づくと接合部は弱くなります。そのため、高温プロセスでは、高温でも効果的な接合部が生成されます。ろう付け接続は、高温でも接続する部品と同等かそれに近い強度になります。^{[9] [10]}

「ハードはんだ付け」または「銀はんだ付け」は、金、銀、真鍮、銅などの貴金属や半貴金属を接合するために使用されます。はんだは通常、接合部の強度ではなく、融点に基づいて、易、中、または硬と表現されます。超易はんだには銀が 56% 含まれており、融点は 618 °C (1,145 °F) です。超硬はんだには銀が 80% 含まれており、融点は 740 °C (1,370 °F) です。複数の接合部が必要な場合、宝石職人はハードはんだまたは超硬はんだから始めて、後の接合部ではより低温のはんだに切り替えます。

銀ロウは周囲の金属に多少吸収されるため、接合部は接合される金属よりも実際に強くなります。接合される金属は完全に面一でなければなりません。銀ロウは通常、充填材として使用できず、隙間を埋めることはできません。

ろう付けとはんだ付けのもう 1 つの違いは、はんだの塗布方法です。ろう付けでは、一般的には棒を加熱しながら接合部に当てます。銀ろう付けでは、加熱する前にはんだ線の小片を金属の上に置きます。多くの場合ホウ酸と変性アルコールでできたフラックスを使用して、金属とはんだを清潔に保ち、はんだが溶ける前に動かないようにします。

銀ろうが溶けると、最も熱のある部分に向かって流れていく傾向があります。宝石職人は、トーチを使ってろうを誘導することで、ろうが移動する方向をある程度制御できます。時には、ろうが継ぎ目に沿ってまっすぐ上に流れることもあります。

アルミニウムや合金のはんだ付けには、主に亜鉛合金などのさまざまなはんだ材料が使用され、鋼鉄や亜鉛にも少量使用されます。この機械的はんだ付けは、接合部の機械的特性がかなり良好で、これらの材料の構造的修復に使用できるという点で、低温ろう付け作業に似ています。

アメリカ溶接協会は、ろう付けを融点が450°C（842°F）を超えるフィラー金属を使用することと定義しています。これは、米国の従来の定義では、800°F（427°C）以上です。アルミニウムはんだ合金の融点は、一般的に約730°F（388°C）です。^[11]このはんだ付け/ろう付け作業では、プロパントーチ熱源を使用できます。^[12]

これらの材料は「アルミニウム溶接」として宣伝されることが多いですが、このプロセスでは母材を溶かす必要がないため、厳密には溶接とは言えません。

米国軍規格またはMIL-SPEC仕様MIL-R-4208は、これらの亜鉛ベースのろう付け/はんだ付け合金の1つの規格を定義しています。^[13]多くの製品がこの仕様を満たしています。^{[12] [14] [15]}または非常に類似した性能基準。^[11]

フラックスの目的は、はんだ付け工程を容易にすることです。はんだ付け接合を成功させる上での障害の 1 つは、接合箇所の不純物、たとえば汚れ、油、酸化物です。不純物は機械的洗浄または化学的手段で除去できますが、フィラー金属 (はんだ) を溶かすために必要な高温により、ワークピース (およびはんだ) が再酸化しやすくなります。この効果は、はんだ付け温度の上昇に伴って加速され、はんだがワークピースに完全に接合できなくなる可能性があります。最も初期のフラックスの 1 つは木炭で、これは還元剤として機能し、はんだ付け工程中の酸化防止に役立ちます。一部のフラックスは、酸化の単純な防止を超えて、何らかの形の化学的洗浄 (腐食) も提供します。多くのフラックスは、はんだ付け工程で湿潤剤としても機能し、 ^{[16]溶融はんだの}表面張力を低下させてはんだを流れやすくし、ワークピースを濡らしやすくなります。

長年、電子機器（軟質はんだ付け）に使用される最も一般的なタイプのフラックスは、厳選された松の木から採取されたロジンを使用したロジンベースでした。これは、常温では非腐食性および非導電性であるが、はんだ付け温度が上昇すると軽度の反応性（腐食性）になるという点で、ほぼ理想的でした。特に、配管や自動車の用途では、接合部のかなり強力な洗浄を提供する酸性（塩酸）ベースフラックスが通常使用されます。これらのフラックスは、残留物が導電性であるため意図しない電気的接続を引き起こし、最終的には細いワイヤを溶解するため、電子機器には使用できません。クエン酸は、銅や電子機器用の優れた水溶性酸性フラックスですが^[17]、後で洗い流す必要があります。

軟質はんだ用フラックスは現在、次の 3 つの基本的な配合で提供されています。

• 水溶性フラックス - はんだ付け後に水で除去できる高活性フラックス（除去にVOC は不要）。
• ノークリーンフラックス – 非導電性および非腐食性残留物のため、除去が「必要」にならないほどマイルドです。^[7]これらのフラックスは、はんだ付け後に残る残留物が非導電性であり、電気的なショートを引き起こさないため、「ノークリーン」と呼ばれます。それでも、はっきりと目に見える白い残留物が残ります。ノークリーンフラックス残留物は、目視検査やテストポイントへのアクセスを妨げず、他の領域に広がる可能性のある湿った、粘着性のある、または過剰な残留物がない限り、IPC-610で定義されている3クラスのPCBすべてで許容されます。コネクタの接合面にもフラックス残留物がないことが必要です。ノークリーン残留物に指紋が付着している場合は、クラス3の欠陥です^[18]
• 従来のロジンフラックス – 非活性 (R)、弱活性 (RMA)、活性 (RA) の配合で利用できます。RA フラックスと RMA フラックスには、既存の酸化物を除去することで塗布された金属の濡れ性を高める活性剤 (通常は酸) と組み合わせたロジンが含まれています。RA フラックスの使用によって生じる残留物は腐食性があり、洗浄する必要があります。RMA フラックスは、腐食性の低い残留物を生成するように配合されているため、洗浄はオプションになりますが、通常は洗浄が推奨されます。R フラックスは活性が低く、腐食性はさらに低くなります。

最良の結果を得るには、フラックスの性能を慎重に評価する必要があります。非常にマイルドな「無洗浄」フラックスは、生産設備には完全に適合するかもしれませんが、より変動の激しい手作業のはんだ付け作業には十分な性能を発揮しません。

はんだ付けツールには、特定の用途に合わせてさまざまなタイプがあります。必要な熱は、燃料を燃焼させたり、電気で作動する発熱体から発生させたり、はんだ付けするアイテムに電流を流したりすることで発生させることができます。はんだ付けのもう 1 つの方法は、はんだ付けするオブジェクトの接合部にはんだとフラックスを置き、オブジェクト全体をオーブンで加熱してはんだを溶かす方法です。トースター オーブンや手持ちの赤外線ライトは、製造時のはんだ付けプロセスをはるかに小規模で再現するために、愛好家によって使用されています。3 つ目のはんだ付け方法は、はんだポットを使用する方法です。この方法では、部品 (フラックスを含む) を加熱した小さな鉄製の液体はんだカップに浸すか、液体はんだの浴槽にポンプを入れて、はんだの「波」を高く上げ、その中を部品が素早く通過します。ウェーブはんだ付けでは、表面張力を利用して、フラックスを塗布したプリント配線板/プリント回路基板の銅線間の絶縁ギャップにはんだがブリッジしないようにします。

電気はんだごては、手作業のはんだ付けに広く使用されています。これは、銅製の作業用先端に接触する「鉄」（通常は銅の大きな金属塊）と接触する加熱要素で構成されています。通常、はんだごてには、鈍いものから非常に細いもの、はんだ付けではなくプラスチックを熱切断するためのノミの頭まで、さまざまな先端を取り付けることができます。プレーン銅の先端は、熱いはんだで浸食/溶解する可能性があるため、それを防ぐために純鉄でメッキされている場合があります。最も単純なはんだごてには温度調節機能がありません。小さなはんだごては、たとえば金属シャーシにはんだ付けに使用するとすぐに冷えますが、大きなはんだごての先端は、プリント回路基板(PCB) や同様の細かい作業には扱いにくいほど扱いにくいです。25 ワットのはんだごてでは、大きな電気コネクタ、銅製の屋根のフラッシングの接合、または大きなステンドグラスのリード線には十分な熱を提供しません。一方、100 ワットのはんだごては、PCB には熱が強すぎる場合があります。温度制御アイロンは電力に余裕があり、広範囲の作業にわたって温度を維持できます。

はんだごては、大きな断面を持つ 1 ターン トランスを使用して大きな AC 電流を流すことで、断面の小さい銅の先端を非常に速く加熱します。その後、銅の先端は他のはんだごてと同様に熱を部品に伝導します。はんだごては、内蔵トランスがあるため、同じ定格電力の加熱素子付きはんだごてよりも大きくて重くなります。

ガスアイロンは、炎を使わずに触媒チップで少し加熱し、ポータブル用途に使用されます。ホットエアガンとペンシルを使用すると、電気アイロンやガンでは簡単に実行できないコンポーネントパッケージ（表面実装デバイスなど） の再作業が可能になります。

非電子用途では、はんだ付けトーチははんだを加熱するためにはんだごての先端ではなく炎を使用します。はんだ付けトーチはブタンで作動することが多く^[19]、非常に微細で高温の宝飾品作業に適した非常に小型のブタン/酸素ユニットから、銅パイプなどのはるかに大きな作業に適したフルサイズの酸素燃料トーチまで、さまざまなサイズがあります。一般的な多目的プロパントーチは、塗料の熱剥離やパイプの解凍に使用されるものと同じもので、はんだごて先端の取り付けの有無にかかわらず、パイプやその他のかなり大きな物体のはんだ付けに使用できます。パイプは通常、トーチで直接炎を当ててはんだ付けされます。

はんだごては、大きな銅製のヘッドと長いハンドルを備えた工具で、小さな直火で加熱され、はんだ付けのためにスズメッキ鋼などの金属板に熱を加えるために使用されます。一般的なはんだごてのヘッドの重量は 1 ～ 4 ポンドです。ヘッドは大きな熱質量を提供し、火で再加熱する前に広い領域をはんだ付けするのに十分な熱を蓄えます。ヘッドが大きいほど、作業時間が長くなります。工具の銅表面は、使用中に常に清掃して再度スズメッキする必要があります。歴史的には、はんだごては自動車の車体加工に使用される標準的な工具でしたが、ボディのはんだ付けは、機械的接続にはスポット溶接、輪郭形成には非金属フィラー がほとんど取って代わりました。

第二次世界大戦中およびその後しばらくの間、SOE軍は、破壊活動や破壊工作用の爆薬を遠隔爆発させるための接続に、小型の花火用自己はんだ付け接合部を使用していました。これは、はんだが部分的に充填された小さな銅管と、管の周囲に巻かれた燃焼の遅い花火用組成物で構成されていました。接合するワイヤを管に挿入し、点火化合物の小さな塊で装置をマッチのように擦って花火に点火し、はんだが溶けて接合部を形成するのに十分な時間管を加熱しました。^{[引用が必要]}

レーザーはんだ付けは、 30～ 50Wの レーザーを使用して電気接続部を溶かしてはんだ付けする技術です 。この目的には、半導体接合に基づくダイオードレーザーシステムが使用されます。 ^[20] スザンヌ・ジェニチェスは1980年にレーザーはんだ付けの特許を取得しました。^[21]

波長は通常808nmから980nmです。ビームは光ファイバーを介してワークピースに送られ、ファイバー径は800μm以下です。ファイバーの端から出たビームは急速に発散するため、レンズを使用してワークピース上に適切な作業距離で適切なスポットサイズを作成します。はんだを供給するためにワイヤフィーダーが使用されます。^[22]

鉛スズと銀スズのどちらの材料もはんだ付けできます。プロセス レシピは合金の組成によって異なります。はんだ付けプリフォームを使用して 44 ピン チップ キャリアをボードにはんだ付けする場合、電力レベルは約 10 ワット、はんだ付け時間は約 1 秒です。電力レベルが低いと、濡れが不完全になり、ボイドが形成され、接合部が弱くなる可能性があります。

フォトニックはんだ付けは、高速パルスフラッシュランプからの広帯域光を使用して部品を回路基板にはんだ付けする比較的新しいプロセスです。^[23]エネルギー消費はリフロー炉よりも約85％少なく、スループットは高く、フットプリントは小さくなります。はんだ付けする部品を加熱し、基板は比較的冷たいままであるという点で、フォトニック硬化に似ています。 ^[24]これにより、PET、セルロース、布地などの熱的に脆弱な基板でも、SAC305などの高温はんだを使用できます。 ^[25] 回路基板全体を数秒で処理できます。場合によってはマスクが使用されますが、位置合わせなしで実行することもでき、非常に高い処理速度が可能になります。

誘導はんだ付けでは、周囲の銅コイルに高周波交流電流を流して誘導加熱を行います。これにより、はんだ付けする部分に電流が誘導され、接合部の抵抗が周囲の金属よりも高いため熱が発生します (抵抗加熱)。これらの銅コイルは、接合部により正確にフィットするように形作ることができます。フィラー金属 (はんだ) が向かい合う表面の間に置かれ、このはんだはかなり低い温度で溶けます。誘導はんだ付けでは、フラックスが一般的に使用されます。この技法は、はんだ付けする必要があるシリンダーまたはパイプにこれらのコイルが巻き付けられる連続はんだ付けに特に適しています。

ファイバーフォーカス赤外線はんだ付けは、多数の赤外線光源をファイバーに通して、接続部がはんだ付けされる一点に焦点を合わせる技術である。^{[26] [検証失敗]}

抵抗はんだ付けとは、はんだ付けする部品に電流を流すことによって、はんだを溶かすために必要な熱を発生させるはんだ付けです。電流が金属に流れると熱が発生します。その電流が小さな断面積に限定されると、回路全体で発生した熱は断面積が小さい部分に集中します。加熱を行う電流は、通常 2 ～ 7 ボルトの低電圧 (開回路) 電源から通電される電極またはチップによって供給されます。一般的な接続にはピンセットのような形状にしたり、近接した部品と接触するように特殊な形状にしたりできます。

抵抗はんだ付けは、熱が要素内で生成され、熱伝導性の先端部を介して接合領域に伝わる伝導はんだごてとは異なります。冷たいはんだごては、動作温度に達するまでに時間がかかり、はんだ接合部間で熱い状態に保たれなければなりません。使用中に先端部が適切に湿っていないと、熱伝達が阻害される可能性があります。抵抗はんだ付けでは、接合部内で直接、厳密に制御された方法で強力な熱を急速に発生させることができます。これにより、必要なはんだ溶融温度までより速く上昇し、はんだ接合部からの熱移動を最小限に抑えることができます。これにより、周囲の材料や部品への熱による損傷の可能性を最小限に抑えることができます。熱は各接合部が作られている間のみ生成されるため、抵抗はんだ付けはよりエネルギー効率が高くなります。これらの利点のため、抵抗はんだ付けは、コネクタやワイヤ端子などの狭いスペースではんだ付けを行う業界や、自動車部品のはんだ除去など高電力が必要な業界で一般的です。^[27]

抵抗はんだ付け装置は、伝導はんだごてとは異なり、非常に高い温度が必要となる難しいはんだ付けやろう付けの用途に使用できます。これにより、抵抗は状況によっては炎はんだ付けに匹敵しますが、抵抗熱は直接接触するためより局所的であり、炎はより広い範囲を加熱する可能性があります。

従来のはんだごて、超音波はんだごてまたは専用のはんだポットと活性元素（ほとんどの場合、チタン、ジルコニウム、クロム）を含む活性はんだを使用したフラックスレスはんだ付け。^[28] 活性元素は、機械的活性化により、プレメタライゼーションなしではんだ付けが困難であると一般に考えられている材料の表面と反応します。活性はんだは、酸素との親和性が高い希土類元素（通常はセリウムまたはランタン）を添加することで、活性元素の過度の酸化から保護できます。もう1つの一般的な添加物はガリウムで、通常は濡れ促進剤として導入されます。活性はんだ付けに必要な機械的活性化は、ブラッシング（たとえば、ステンレスワイヤーブラシまたはスチールヘラを使用）または超音波振動（20～60 kHz）によって実行できます。活性はんだ付けは、450 °C未満の温度または保護雰囲気の使用で、セラミックス^[28]アルミニウム、チタン、シリコン^[29]グラファイトおよびカーボンナノチューブベースの構造^[30]を効果的に接合することが示されています。

銅管、または「チューブ」は、一般的にははんだ付けで接合されます。米国の配管業界では、はんだ付けは「スウェッティング」と呼ばれることが多く、そのようにして作られたチューブ接続は「スウェッティングジョイント」と呼ばれます。

米国以外では、「溶接」とは、まず 1 つの表面にはんだを塗布し、次にこの最初の部分を 2 番目の表面に対して所定の位置に配置し、両方を再加熱して目的の接合を実現するという 2 段階のプロセスによって平らな金属表面を接合することを指します。

銅管は、従来の手持ち式はんだごてやはんだガンよりもはるかに速く熱を逃がすため、必要な電力を供給するためにプロパン トーチが最も一般的に使用されます。大きなチューブ サイズや継手には、大気を酸化剤として使用したMAPP燃料、アセチレン燃料、またはプロピレン燃料のトーチが使用されます。MAPP/酸素またはアセチレン/酸素は、炎の温度が銅の融点よりもはるかに高いため、ほとんど使用されません。熱が高すぎると、焼き入れが行われた銅管の焼き入れ性が損なわれ、はんだを追加する前に接合部からフラックスが燃え尽きて、接合部に欠陥が生じる可能性があります。より大きなチューブ サイズには、さまざまなサイズの交換可能な渦巻き先端を取り付けたトーチを使用して、必要な加熱電力を供給します。熟練した職人の手にかかると、アセチレン、MAPP、またはプロピレンのより高温の炎により、銅の焼き入れ性を損なうことなく、1 時間あたりに完了する接合部の数が増えます。

しかし、電気工具を使用して、8～22 mm（3 ⁄ 8～7 ⁄ 8 インチ）の銅管の接合部をはんだ付けすることは可能です。たとえば、Antex Pipemasterは、狭い場所や裸火が危険な場合、またはDIYユーザーの使用に推奨されています。ペンチのようなこの工具は、加熱されたフィットジョーを使用してパイプを完全に囲み、接合部をわずか10秒で溶かすことができます。^[31]

はんだ継手は「キャピラリー継手」とも呼ばれ、通常は銅のジョイントに使用されます。これらの継手は、相手側のチューブの外側にスライドするように設計された、滑らかなパイプの短い部分です。一般的に使用される継手には、ストレート コネクタ、レデューサー、ベンド、T 型継手などがあります。はんだ継手には、はんだを含まない「エンド フィード継手」と、継手内部の小さな円形のくぼみにはんだのリングがある「はんだリング継手」(ヨークシャー継手とも呼ばれます) の 2 種類があります。

すべてのはんだ接合部と同様に、接合するすべての部品は清潔で酸化物がない状態にする必要があります。一般的なパイプと継手のサイズには、内部および外部のワイヤー ブラシが用意されています。また、エメリー布とワイヤー ウールもよく使用されますが、金属ウール製品は油分を含み、接合部を汚染する可能性があるため、お勧めできません。

関係する部品のサイズ、炎の高活性と汚染傾向のため、配管用フラックスは一般に電子用フラックスよりも化学的に活性が高く、酸性度も高いことがよくあります。配管接合はあらゆる角度で、逆さまに行うこともできるため、配管用フラックスは一般に液体よりも定着しやすいペースト状に調合されます。フラックスは接合部のすべての表面、内側と外側に塗布されます。接合部の浸食や破損を防ぐため、接合が完了したらフラックスの残留物を取り除きます。

配管用はんだには、作業の特定の要件に応じて、融点が高い、または低いなど、さまざまな特性を持つ多くの配合が利用可能です。建築基準法では現在、飲料水配管には鉛フリーはんだの使用がほぼ普遍的に義務付けられていますが（また、飲料水用途にはフラックスが承認されている必要があります）、従来のスズ鉛はんだもまだ利用可能です。研究によると、鉛はんだ付けされた配管パイプは飲料水中の鉛レベルを上昇させる可能性があります。^{[32] [33]}

銅管は接合部から熱を急速に伝導するため、良好な接合を得るためには接合部が適切に加熱されるように細心の注意を払う必要があります。接合部が適切に洗浄、フラックス塗布、取り付けられた後、トーチの炎が接合部の最も厚い部分、通常はパイプが入った継手に当てられ、はんだがチューブと継手の間の隙間に塗布されます。すべての部品が加熱されると、はんだが溶けて毛細管現象によって接合部に流れ込みます。すべての部分が濡れていることを確認するために、トーチを接合部の周りで動かす必要がある場合があります。ただし、設置者ははんだ付けする部分を過熱しないように注意する必要があります。チューブが変色し始めたら、チューブが過熱されて酸化し始め、はんだの流れが止まり、はんだ付けされた接合部が適切に密閉されなくなることを意味します。酸化される前に、溶けたはんだは接合部の周りのトーチの熱に従います。接合部が適切に湿潤したら、はんだと熱を取り除き、接合部がまだ非常に熱いうちに乾いた布で拭きます。これにより、冷えて固まる前に余分なはんだとフラックスの残留物を取り除きます。はんだリング接合の場合、接合部はフィッティングの端の周りに溶けたはんだのリングが見えるまで加熱され、冷却されます。

銅管を接続する 3 つの方法のうち、はんだ付け接続には最も熟練が必要ですが、いくつかの基本条件が満たされていれば、銅のはんだ付けは非常に信頼性の高いプロセスです。

• チューブと継手は、変色のない金属地まで洗浄する必要があります。
• チューブの加熱によって形成される圧力には出口が必要である。
• 接合部は乾燥している必要があります（水道管の修理では難しい場合があります）

銅は、このように接合される材料の 1 つにすぎません。真鍮製の継手は、バルブや銅と他の金属の接続継手としてよく使用されます。真鍮製のパイプは、金管楽器や一部の木管楽器 (サックスやフルート) の製造時にこの方法ではんだ付けされます。

配管ジョイントの接続準備には、ワイヤー ブラシ、ワイヤー ウール、エメリー布が一般的に使用されます。配管用ペースト フラックスを塗布するには、通常、剛毛ブラシが使用されます。フラックスが冷えて固まる前に配管ジョイントからフラックスを除去するには、通常、厚手の布が使用されます。グラスファイバー ブラシも使用できます。

冷凍システムなどのバルブに密接に接続されたパイプをはんだ付けする場合、内部のゴムやプラスチック部品を損傷する可能性のある熱からバルブを保護する必要がある場合があります。この場合、バルブの周りに濡れた布を巻き付けると、水の沸騰によって十分な熱を吸収し、バルブを保護できます。^{[引用が必要]}

銅管の接合では、接合部を適切に加熱して充填しないと、「空隙」が形成されることがあります。これは通常、炎の位置が適切でないことが原因です。炎の熱が継手カップの背面に向けられず、はんだ線が炎と反対の方向に当てられる^{と、はんだ}はすぐに継手の開口部を満たし、接合部内にフラックスが閉じ込められます。この閉じ込められたフラックスの泡が空隙です。はんだ付けされた接合部内の領域で、フラックスが接合部内に閉じ込められ、はんだがその空間を占めることができないため、はんだが継手カップを完全に満たすことができません。

歴史的には、ステンドグラスのはんだ付けチップは銅製で、木炭を燃やす火鉢に入れて加熱されていました。複数のチップが使用され、使用後にチップが冷えると、そのチップを木炭の火鉢に戻して次のチップが使用されました。

最近では、電気加熱式のはんだごてが使用されています。これらは、はんだごての先端内部のコイルまたはセラミック加熱要素によって加熱されます。さまざまな定格電力が用意されており、温度は電子的に制御できます。これらの特性により、作業を中断して先端を交換することなく、より長いビーズを流すことができます。電子用途向けに設計されたはんだごては効果的であることが多いですが、ステンドグラスの作業で使用される重い銅や鉛のケームにはパワーが不足することがあります。オレイン酸は、はんだ付け性を向上させるために使用されてきた古典的なフラックス材料です。

ティファニータイプのステンドグラスは、ガラスの縁に銅箔を貼り、はんだ付けして作られます。この方法により、立体的なステンドグラスを作ることができます。

電子部品をPCBに取り付ける場合、フラックスを適切に選択して使用すると、はんだ付け中の酸化を防ぐのに役立ちます。これは、良好な濡れ性と熱伝達に不可欠です。はんだごての先端は、迅速な熱伝達を確保するために、清潔で、はんだであらかじめ錫メッキされている必要があります。

電子接合は通常、錫メッキされた表面間で行われるため、機械的な洗浄が必要になることはほとんどありませんが、約 1 年以上保管されていた新しいプロトタイプ ボードのように、変色したコンポーネント リード線や、酸化不動態化の暗い層 (経年劣化による) のある銅トレースは、機械的な洗浄が必要になる場合があります。

はんだ付けを簡単にするために、初心者には通常、はんだをはんだごてに直接当てるのではなく、はんだごてとはんだを別々に接合部に当てることが推奨されます。十分な量のはんだが塗布されたら、はんだ線を取り除きます。表面が十分に加熱されると、はんだがワークピースの周囲に流れます。その後、接合部からはんだごてを取り除きます。

すべての金属表面が適切に洗浄（「フラックス処理」）されていないか、または使用されるはんだの融点よりも完全に高い温度に設定されていない場合、外観上はそうではないように見えても、結果は信頼性の低い（「コールドソルダー」）接合部になります。

余分なはんだ、消費されなかったフラックス、残留物は、接合部間のはんだごての先端から拭き取られることがあります。ビットの先端 (通常は腐食を抑えるために鉄メッキされています) は、はんだ付けを容易にし、先端自体の酸化と腐食を最小限に抑えるために、熱いときにはんだで湿らせた状態 (「錫メッキ」) に保たれます。

スルーホールに実装された部品を挿入した後、パッドの半径程度の長さを残して余分なリード線を切断します。

表面実装チップパッケージのファインピッチはんだ付けには、手作業によるはんだ付け技術に高度なスキルが必要です。特に、ボール グリッド アレイ(BGA) デバイスは、手作業での再作業が不可能ではないにしても、非常に困難です。

はんだ付けのプロセスではさまざまな問題が発生する可能性があり、その結果、すぐに、または一定期間使用した後に接合部が機能しなくなることがあります。

手作業によるはんだ付けで最もよくある欠陥は、接合する部品がはんだの液相線温度を超えず、「冷えたはんだ」接合部になることです。これは通常、はんだごてが部品自体ではなく、はんだを直接加熱するために使用されていることが原因です。適切に行われれば、はんだごては接続する部品を加熱し、その結果、はんだが溶け、接合された部品が十分に熱せられて完全に濡れます。フラックス コアが埋め込まれたはんだ線を使用する場合、はんだを先に加熱すると、はんだ付けする表面がきれいになる前にフラックスが蒸発してしまうことがあります。

冷間はんだ接合部は、まったく導通しないか、断続的にしか導通しない場合があります。冷間はんだ接合部は大量生産でも発生し、テストに合格した機器が、場合によっては何年も使用した後に故障する一般的な原因です。

冷却はんだが動くと「ドライ ジョイント」が発生します。非共晶はんだ合金は塑性範囲が狭いため、はんだが液相線温度と固相線温度の両方まで冷却されるまでジョイントを動かさないでください。ドライ ジョイントは、はんだごてをジョイントから外すとジョイントが動くためによく発生します。これらは機械的に弱く、電気的に伝導性が低いです。

手作業によるはんだ付けでは、接合部のサイズに応じて適切な熱を供給できる熱源ツールを選択します。100 ワットのはんだごてではプリント基板(PCB)には熱が強すぎる可能性があり、25 ワットのはんだごてでは大型の電気コネクタには熱が足りません。

高温のツールを使用すると敏感な部品が損傷する可能性がありますが、低温のツールや電力不足のツールで長時間加熱すると、熱による損傷が発生することもあります。PCB が過度に加熱されると、層間剥離が発生する可能性があります。特にスルーホール メッキのない片面 PCB では、銅トレースが基板から剥がれてしまう可能性があります。

手作業ではんだ付けの際、熱に弱い部品のリードにワニ口クリップなどのヒートシンクを使用して、部品への熱伝導を減らし、部品の損傷を防ぐことができます。これは、ゲルマニウム部品に特に当てはまります。

ヒートシンクは、熱を吸収して放散し、部品と空気の間の熱抵抗を減らすことで部品本体の温度を制限します。一方、リードの熱抵抗は、はんだ付けされるリード部分と部品本体の間の温度差を維持します。したがって、リードははんだを溶かすのに十分な熱になりますが、部品本体は冷たいままです。ヒートシンクによって吸収される熱はワークピースを加熱しないため、ヒートシンクを使用すると、接合を完了するためにより多くの熱が必要になります。

動作中に大量の熱を発散するコンポーネントは、PCB の過熱を防ぐために PCB より高く設置されることがあります。大型デバイスでは、熱放散を促進し、接合部のストレスを軽減するために、プラスチック製または金属製の取り付けクリップやホルダーが使用されることがあります。

目視検査すると、良好なはんだ接合部は滑らかで、明るく光沢があり、はんだ付けされたワイヤの輪郭がはっきりと見えます。一般的に、見た目が良好なはんだ接合部は良好な接合部です。

マットな灰色の表面は、はんだ付け中に接合部が動いたことを示す良い指標です。接合直後の乾燥した接合部は、特徴的に鈍く、ざらざらした外観をしています。この外観は、液体のはんだの結晶化によって生じます。はんだが少なすぎると、乾燥した、信頼性の低い接合部になります。

冷えたはんだ接合部は鈍く、ひび割れや穴があいていることもあります。接合部に、本来は光沢のあるはんだの塊やボールがある場合は、金属が適切に濡れていません。はんだが多すぎること (初心者にはおなじみの「はんだの塊」) は必ずしも不健全というわけではありませんが、濡れが悪くなる傾向があります。

凹状のフィレットが理想的です。良好な接合部では、はんだとワークピースの境界の角度は低くなります。これは、濡れ性が良好で、はんだの使用量が最小限であることを示しており、したがって熱に弱い部品の加熱も最小限です。接合部は良好でも、不必要なはんだが大量に使用されている場合は、明らかに過剰な加熱が必要でした。

鉛フリーはんだの配合は、接合部が良好であっても、冷却すると表面が鈍くなることがあります。はんだは溶融中は光沢がありますが、冷却中に乱されていなくても、固化すると突然曇ってしまいます。

フラックスの選択や塗布が不適切だと、接合部の不具合を引き起こす可能性があります。フラックスがないと、接合部がきれいでなかったり、酸化したりして、接合部が不健全になる可能性があります。

電子作業では、フラックス入りはんだ線が一般的に使用されますが、追加のフラックスはフラックスペンから使用したり、注射器のような針が付いた小さなボトルから注入したりすることもできます。

一部のフラックスは、冷えた状態で安定して不活性になるように設計されており、洗浄する必要はありませんが、必要に応じて洗浄することもできます。このようなフラックスを使用する場合、洗浄は単に美観の問題であるか、医療機器、軍事、航空宇宙などの特殊な「ミッションクリティカル」なアプリケーションでジョイントの目視検査を容易にするためである可能性があります。衛星の場合、これにより重量もわずかですが軽減されます。湿度が高い場合、非腐食性のフラックスでもわずかに活性が残る可能性があるため、時間の経過とともに腐食を減らすためにフラックスを除去する場合があります。

一部のフラックスは腐食性があり、はんだ付け後にフラックスの残留物を除去する必要があります。適切に洗浄しないと、フラックスが接合部または PCB を腐食する可能性があります。フラックスおよび関連する部品と互換性のある水、アルコール、アセトン、またはその他の溶剤が、綿棒または毛ブラシとともに一般的に使用されます。

アプリケーションによっては、 PCB と露出したはんだ接合部を環境から保護するために、 ラッカーなどの何らかの保護材で PCB をコーティングすることもあります。

使用済みのはんだには溶解した卑金属がいくらか含まれており、新しい接合部を作る際に再利用するには適していません。はんだの卑金属に対する容量が限界に達すると、はんだは卑金属と適切に結合しなくなり、通常は結晶状の脆い冷間はんだ接合部になります。

再はんだ付けする前に接合部からはんだを取り除くことをお勧めします。はんだ除去用編組線(または吸取線) または真空はんだ除去装置 (はんだ吸い取り器) を使用できます。はんだ除去用吸取線には、銅トレースおよび存在するすべてのデバイス リードから酸化物を除去するフラックスがたっぷり含まれています。これにより、再はんだ付けする接合部が明るく輝くきれいな状態になります。

はんだの融点が低いため、はんだはベース メタルから溶けてほとんどそのまま残りますが、外層ははんだで「錫メッキ」されます。フラックスは残りますが、研磨または化学処理によって簡単に除去できます。この錫メッキ層により、はんだが新しい接合部に流れて新しい接合部が形成され、新しいはんだが非常に速く簡単に流れるようになります。

現在、大量生産のプリント基板 (PCB) は主にウェーブはんだ付けまたはリフローはんだ付けされていますが、生産電子機器の手作業によるはんだ付けも依然として広く使用されています。

ウェーブはんだ付けでは、コンポーネントを準備 (トリミングまたは修正) し、PCB に取り付けます。場合によっては、コンポーネントが動かないように、接着剤を少し塗って一時的に固定したり、固定具で固定したりしてから、アセンブリをバルク コンテナ内の流れるはんだの上に通します。このはんだの流れによって定在波が生成されるため、PCB 全体がはんだに浸かるのではなく、触れる程度になります。その結果、はんだはピンとパッド上に残りますが、PCB 自体には残りません。

リフローはんだ付けは、はんだペースト（あらかじめ合金化されたはんだ粉末とピーナッツバターのような粘稠度を持つフラックス媒体の混合物^[7]）を使用して部品を取り付けパッドに貼り付け、その後、アセンブリを赤外線ランプ、熱風ペンシル、またはより一般的には、慎重に制御されたオーブンに通すことによって加熱するプロセスです。

異なるコンポーネントは異なる技術によって最もよく組み立てられるため、特定の PCB に対して 2 つ以上のプロセスを使用するのが一般的です。たとえば、表面実装部品は最初にリフローはんだ付けされ、次にスルーホール実装部品のウェーブはんだ付けプロセスが行われ、最後にかさばる部品が手作業ではんだ付けされます。

ホットバーリフローは、あらかじめフラックスを塗布し、はんだでコーティングした 2 つの部品を、加熱要素 (サーモードと呼ばれる) で、はんだを溶かすのに十分な温度まで加熱する選択的なはんだ付けプロセスです。

冷却中に部品が所定の位置に留まるように、プロセス全体を通して圧力が加えられます（通常15秒）。加熱要素は接続ごとに加熱および冷却されます。加熱要素には最大4000Wを使用できるため、はんだ付けが速くなり、高エネルギーを必要とする接続でも良好な結果が得られます。^[34]

多くの国では環境法規制により、はんだとフラックスの両方の配合が変更されました。

欧州共同体のRoHS指令では、2006年7月1日までに多くの新しい電子回路基板を鉛フリーにすることを義務付けており、そのほとんどは消費財業界だが、他の業界にも適用されている。日本では、鉛を含む製品のリサイクルに追加費用がかかることから、製造業者は立法化に先立って鉛を段階的に廃止した。^[35]

1980 年代以降、はんだ付けされた基板を水または水ベースの洗浄剤で洗浄できるように、ロジンをベースとしない水溶性フラックスがますます使用されるようになりました。これにより、生産環境や工場の排水から有害な溶剤が排除されます。

鉛がなくても、はんだ付け作業では人体に有害または有毒な煙が放出される可能性があります。作業場から煙を外部に排出したり、空気をろ過したりできる装置を使用することを強くお勧めします。^[36]

鉛フリーはんだ付けには、鉛/スズはんだ付けよりも高いはんだ付け温度が必要です。Sn Pb 63/37共晶はんだは、183 °C。SAC鉛 フリーはんだは、217～220℃である。しかし、この取り組みには多くの新たな技術的課題が伴っている。スズベースのはんだ合金の融点を下げるために、融点を下げ、他の特性を制御するための典型的な微量添加物として銅、銀、ビスマスを加えた様々な新しい合金を研究する必要がありました。さらに、スズはより腐食性の高い金属であり、最終的にははんだ浴の破損につながる可能性があります^{[説明が必要]}。^[35]

鉛フリー構造は、コンポーネント、ピン、コネクタにも広がっています。これらのピンのほとんどは銅フレームと、鉛、錫、金、またはその他の仕上げを使用しています。錫仕上げは鉛フリー仕上げの中で最も人気があります。しかし、錫ウィスカをどう処理するかという問題が浮上します。現在の動きは、電子機器業界を 1960 年代に鉛を追加することで解決した問題に戻しています。JEDECは、鉛フリー電子機器メーカーが用途に応じてウィスカ対策を講じるのに役立つ分類システムを作成しました。

• ディップはんだ付け
• 電子技術者
• はんだ疲労
• はんだマスク

Wikibooks には、実用電子工学/はんだ付けに関する書籍があります。

Wikisource には、1911 年のブリタニカ百科事典の記事「ろう付けとはんだ付け」のテキストがあります。

• はんだの仕組みを説明した短いビデオ
• はんだ付け 101 (アーカイブ)