はんだ除去

電子機器において、はんだ除去とは、トラブルシューティング、修理、交換、および回収 のために回路基板からはんだとコンポーネントを除去することです。

はんだ除去ツールと材料には次のものがあります。

• はんだ吸い取り線
• ヒートガン、ホットエアガンとも呼ばれる
• はんだ除去ポンプ
• 除去合金
• 除去フラックス
• 加熱はんだ付けピンセット
• 部品を引っ張る、保持する、取り外す、削るなどの作業に使用するさまざまなピックとピンセット。
• 特殊なヒーターチップとノズルを備えた真空ポンプと圧力ポンプ
• リワークステーションは、工場テストに合格しなかったプリント回路基板アセンブリを修復するために使用されます。

用語は完全に標準化されているわけではありません。安定した温度を維持したり、両方向に空気を送り込んだりする機能を備えたベースユニットを備えたものは、多くの場合「ステーション」（リワーク、はんだ付け、はんだ除去、ホットエアーが前に付く）と呼ばれます。ステーションには 1 つ以上のツールが接続されることがあります。たとえば、リワーク ステーションには、はんだごてとホットエアー ヘッドが取り付けられます。中空の先端と、スプリング式、バルブ式、または電動式の吸引ポンプを備えたはんだごては、はんだ除去ごて^{[1] 「吸引ペン」 [2]}などの用語が使用されることがありますが、その意味は通常文脈から明らかです。

電動ポンプは、チューブで接続された手持ち式ヘッドと組み合わせて、さまざまな目的で使用されます。

吸引ポンプは、溶融はんだを吸い取り、以前に接合された端子を切断するために使用されます。主に、スルーホール接続を PCB から取り外すために使用されます。はんだ除去ヘッドは、抽出されたはんだが固化してポンプを妨害したり、ポンプ内に入り込んだりしないように設計する必要があり、簡単に取り外して廃棄できます。ピンのはんだを順番に溶かして複数ピンの部品を取り外すことはできません。1 つの接合部が溶けると次の接合部が固まるためです。ポンプとはんだ吸い取り線は、すべての接合部からはんだを取り除き、部品を取り外し可能な状態にする方法の 1 つです。

はんだが溶けた後に小さな表面実装部品を拾い上げて取り外したり、部品を配置したりするために、各部品に適した吸引ヘッドを備えた吸引ポンプも使用されます。

熱風ポンプは、小さな表面実装部品の周囲のはんだをすべて溶かすのに十分な熱風を吹き出すため、部品のはんだ付けや、はんだが固まる前に真空ポンプやピンセットで除去するはんだ除去に使用できます。熱風は金属を酸化する傾向があります。空気の代わりに非酸化性ガス（通常は窒素）を使用することもできますが、機器や消耗品のコストが高くなります。

はんだ除去ポンプは、はんだ吸い取り機とも呼ばれ、プリント基板からはんだを除去するために使用される手動の装置です。プランジャー式とバルブ式の2種類があります。^[1]（この目的のための電動ポンプは通常、真空ポンプと呼ばれます。）

プランジャー型には、押し下げられて所定の位置に固定されるスプリング式ピストンを備えたシリンダーがあります。ボタンを押して作動させると、ピストンが跳ね上がり、はんだ付けされた接続部からはんだを吸い取る吸引力が発生します。バルブ型は、ゴム製のバルブを圧迫して解放することで吸引力を発生させます。

ポンプを加熱されたはんだ接続部に当て、作動させてはんだを吸い取ります。

はんだ除去用編組線は、はんだ除去吸取線またははんだ吸取線とも呼ばれ、ロジンフラックスでコーティングされた18 ～ 42 AWG の 銅線を細かく編んだもので、通常はロール状で供給されます。

取り外す部品のはんだ付け接続部に、編組線の端をかぶせます。はんだごてで接続部を加熱すると、はんだが溶けて毛細管現象で編組線に吸い上げられます。はんだが溶けている間に編組線を取り外し、使用済みの部分を切断して冷めたら廃棄します。切断した編組線の長さを短くすると、熱が編組線に奪われるのを防ぎ、接合部を加熱しません。

はんだ除去では、はんだ接合部に熱を加え、溶けたはんだを除去して接合部を分離する必要があります。はんだ除去は、欠陥のあるコンポーネントを交換したり、既存の回路を変更したり、コンポーネントを回収して再利用したりするために必要になる場合があります。温度が高すぎたり、加熱時間が長すぎると、コンポーネントが損傷したり、プリント回路トレースと基板の結合が破壊される可能性があります。スルーホール コンポーネントと表面実装コンポーネントでは手法が異なります。

PCB への接続が 1 つまたは 2 つあるコンポーネントは、通常、1 つの接続部を加熱し、はんだが溶けている間にコンポーネントの端を引き抜き (もう一方のリード線を曲げる)、2 番目の接続部に対して同じ操作を繰り返すことで取り外すことができます。穴に詰まったはんだは、ポンプを使用するか、ステンレスや木材など、はんだが濡れない素材でできた先の尖った物を使用して取り除くことができます。

複数ピンのコンポーネントを回収する必要がない場合は、ピンを切断し、残りの端を 1 つずつ取り外すことが可能な場合がよくあります。

より多くの接続部を持つコンポーネントは、ワイヤ リードが 1 つずつ引き出せるほど長くて柔軟性がない限り、上記の方法では無傷で取り外すことはできません。デュアル インライン パッケージ(DIP) などのコンポーネントの場合、ピンが短すぎて引き出せないため、1 つの接合部で溶けたはんだが固まってから、別の接合部が溶けます。時々使用される手法は、すべてのピンのはんだを一度に溶かすように設計された大きなはんだごての先端を使用することです。パッケージごとに異なる先端が必要です。コンポーネントははんだが溶けている間に取り外されますが、加熱前にスプリング式の引き手を取り付けると最も簡単に取り外すことができます。

それ以外の場合は、部品を取り外す前にすべての接合部からはんだを取り除く必要があります。真空ポンプ、手動はんだ除去ポンプ、またははんだ除去ブレードを使用して、各接合部を加熱し、はんだを溶かしながら除去する必要があります。

両面または多層基板のスルーホール技術では、層を接続するビアを取り除かないように特別な注意が必要です。ビアが取り除かれると基板全体が損傷します。はんだが完全に除去されていないリード線 (またははんだごての先端ですべてのピンを加熱した場合、はんだが完全に溶けていないリード線) を強く引っ張ると、ビアが引き抜かれる可能性があります。

通常は不要になった基板から、スルーホールと表面実装の両方のコンポーネントをすべて取り外して回収するには、炎または熱風ガンを使用してすべての部品を急速に加熱し、取り外すことができます。過度の温度や長時間の加熱を使用すると、部品が損傷したり、有毒な煙が放出される可能性があります。

再利用する必要がない場合は、一部の表面実装部品は、リード線を切断し、残った部分をはんだごてではんだ除去することで取り外すことができます。

それ以外の場合、表面実装部品は、はんだが溶けるのに十分な温度まで部品全体を加熱して取り外す必要がありますが、部品を損傷するほど高くしたり長時間加熱したりしてはいけません。ほとんどの場合、260 °C (500 °F) を超えない温度で 10 秒を超えない時間が許容されます。^[3]

ボード全体を、すべてのコンポーネントが無期限に耐えられる温度まで予熱します。次に、取り外すコンポーネントに局所的な熱を加えます。このとき、冷間よりも加熱が少なくて済みます。最もよく使用されるのは、適切なサイズと形状のノズルを備えた熱風 (または熱ガス) ガンを使用してコンポーネントを加熱し、必要に応じて近くのコンポーネントを熱から保護した後、ピンセットまたは吸引ツールで取り外します。はんだごてとはんだ除去ツールを使用したマルチピン コンポーネントの取り外しは、穴から除去できるはんだとは異なり、コンポーネントとパッドの間のはんだがそのまま残るため、実用的ではありません。

熱風（またはガス）は、 Weller Portasol Professionalなどのポータブルガスはんだごて（制御されていないがほぼ正確な温度に設定された細い熱風ノズルを装着可能）から、熱ガス吹き付け、真空部品保持、はんだごてヘッド、特定のコンポーネント パッケージに固有のノズルとフィッティングを含む多くの機能を備えた産業用リワークステーションまで、さまざまなツールを使用して適用できます。

クアッド フラット パッケージ(QFP) チップには、集積回路(IC) (通常は正方形の IC)の 4 つの側面から突き出ている細いリードが密集しています。これらのチップの取り外しは、標準的なはんだごてで一度にすべてのリードを加熱することが不可能なため、問題になることがあります。カミソリの刃または高速工作用工具を使用して、リードを切断するだけでチップを取り外すことができます。その後、スタブははんだごてで簡単に溶かしてきれいにすることができます。この技術は、明らかに IC の破壊を伴います。別の方法は、ヒート ガンまたはペンシルブタン トーチを使用してコーナーを加熱し、トーチをリードに沿って動かしながら、そっとこじ開ける方法です。この方法では、リードが十分に加熱されずはんだが流れ出ない箇所で、トレースが PCB から剥がれてしまうことがよくあります。

いくつかのベンダーは、熱シールドを使用して熱風を必要な場所に集中させ、近くのコンポーネントを保護し、ボードやQFPへの損傷を防ぐシステムを提供しています。エクストラクターは、はんだが液体段階に達すると IC をゆっくりと引き上げるスプリング システムを使用します。IC は、ピック アンド プレース マシンで使用されるものと同様の真空ノズルで保持されます。このシステムは、PCB 上のパッドや IC への損傷を防ぎ、周囲のコンポーネントの過熱や吹き飛ばしを回避し、PCB や IC を損傷する可能性のあるピンセットやその他のツールを使用する際の操作者のエラーのリスクも軽減します。

これらのデバイスを取り外す別の方法は、水の沸点よりも低い約 140 °F (62 °C) で溶ける合金であるフィールド金属を使用することです。この金属はデバイスのはんだ接合部に溶け込み、室温まで冷却されても液体のままなので、チップをボードから簡単に持ち上げることができます。この方法には、PCB や IC を損傷しないという利点がありますが、再はんだ付け後のはんだ接合部の強度を維持するために、はんだ接合部から残っているフィールド金属を慎重に除去する必要があります。

ウィキメディア・コモンズには、はんだ除去に関連するメディアがあります。

• Hrynkiw, Dave/ Tilden, Mark W.(2002)。Junkbots 、Bugbots、Bots on Wheels: BEAM テクノロジーによるシンプルなロボットの構築、p . 57-58。カリフォルニア:McGraw-Hill/ Osborne。ISBN 0-07-222601-3