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ウェーブはんだ付けは、プリント基板製造で使用されるバルクはんだ付けプロセスです。回路基板は溶融はんだの入った容器の上を通過し、ポンプによって定常波のようなはんだの上昇流が生成されます。回路基板がこの波に接触すると、部品が基板にはんだ付けされます。ウェーブはんだ付けは、スルーホールプリント回路アセンブリと表面実装の両方に使用されます。後者の場合、部品は実装装置によってプリント基板（PCB）の表面に接着された後、溶融はんだの波の中を通過します。ウェーブはんだ付けは主にスルーホール部品のはんだ付けに使用されます。
スルーホール部品が表面実装部品にほぼ置き換えられたため、多くの大規模電子機器用途において、ウェーブはんだ付けはリフローはんだ付けに取って代わられました。しかし、表面実装技術（SMT）が適さない箇所（例えば、大型電力デバイスや多ピンコネクタ）や、単純なスルーホール技術が主流の箇所（一部の大型家電製品）では、依然としてウェーブはんだ付けが広く用いられています。
ウェーブはんだ付け機には多くの種類がありますが、これらの機械の基本的な構成要素と原理は同じです。プロセス中に使用される基本的な機器は、PCBをさまざまなゾーンに移動するコンベア、はんだ付けプロセスで使用されるはんだパン、実際のウェーブを生成するポンプ、フラックス用のスプレー、および予熱パッドです。はんだは通常、金属の混合物です。一般的な鉛入りはんだは、50%の錫、49.5%の鉛、および0.5%のアンチモンで構成されています。[ 1 ]有害物質制限指令（RoHS）により、現代の製造業では「従来型」の鉛入りはんだから鉛フリーの代替品への移行が継続的に行われています。スズ-銀-銅合金とスズ-銅-ニッケル合金の両方が一般的に使用されており、日本スペリアー社が開発したSN100Cと呼ばれる一般的な合金は、スズ99.25%、銅0.7%、ニッケル0.05%、ゲルマニウム0.01%未満である。[ 2 ]
ウェーブはんだ付け工程におけるフラックスには、主要な目的と副次的な目的があります。主要な目的は、はんだ付けされる部品、特に形成された可能性のある酸化層を洗浄することです。 [ 3 ]フラックスには腐食性フラックスと非腐食性フラックスの2種類があります。非腐食性フラックスは前処理洗浄が必要で、低酸性度が必要な場合に使用されます。腐食性フラックスは速乾性があり、前処理洗浄はほとんど必要ありませんが、酸性度が高くなります。[ 4 ]
予熱ははんだ付けプロセスを加速し、熱衝撃を防ぐのに役立ちます。[ 5 ]
「ノークリーン」フラックスと呼ばれる一部のフラックスは洗浄を必要とせず、はんだ付け工程後の残留物は無害です。[ 6 ]通常、ノークリーンフラックスはプロセス条件に特に敏感であるため、一部の用途では好ましくない場合があります。[ 6 ]しかし、他の種類のフラックスは洗浄工程を必要とし、PCBを溶剤や脱イオン水で洗浄してフラックス残留物を除去します。
品質は、加熱時の適切な温度と、適切に処理された表面によって左右されます。
はんだを作るには、スズ、鉛、その他の金属のさまざまな組み合わせが使用されます。使用される組み合わせは、望ましい特性によって異なります。最も一般的な組み合わせは、鉛フリープロセス用のSAC（スズ/銀/銅）合金と、スズ63％と鉛37％からなる共晶合金であるSn63Pb37です。[ 7 ]この後者の組み合わせは、固体と溶融状態の間に「塑性」領域がなく、183℃で急激に溶融します（古い60/40スズ/鉛合金とは異なります）。[ 8 ]スズの組成が高いほど耐食性は向上しますが、融点が高くなります。[ 9 ]
環境および性能要件も合金の選択に影響します。一般的な制限としては、RoHS指令の遵守要件に基づく鉛（Pb）の制限や、ウィスカー成長による長期信頼性の懸念がある場合の純スズ（Sn）の制限などがあります。[ 10 ] [ 11 ]
プリント基板は適切な速度で冷却することが重要です。冷却速度が速すぎると、プリント基板が反ったり、はんだ付けが損なわれたりする可能性があります。一方、冷却速度が遅すぎると、プリント基板が脆くなり、一部の部品が熱で損傷する可能性があります。プリント基板は、細かい水の噴霧または空冷によって冷却し、基板への損傷を軽減する必要があります。[ 12 ]
熱プロファイリングとは、回路基板上の複数のポイントを測定して、はんだ付け工程における温度変化を判断することです。電子機器製造業界では、SPC（統計的プロセス管理）は、はんだ付け技術と部品要件によって定義されたリフローパラメータと比較して、プロセスが管理されているかどうかを判断するのに役立ちます。[ 13 ] Solderstar WaveShuttleやOptiminerなどの製品は、プロセスを通過する特殊な治具を開発しており、接触時間、波の平行度、波の高さとともに温度プロファイルを測定できます。これらの治具と分析ソフトウェアを組み合わせることで、生産エンジニアはウェーブはんだ付けプロセスを確立し、制御することができます。[ 14 ]
はんだ波の高さは、ウェーブはんだ付けプロセスを設定する際に評価する必要のある重要なパラメータです。[ 15 ]はんだ波とはんだ付けされるアセンブリとの接触時間は、通常2〜4秒に設定されます。この接触時間は、機械の2つのパラメータ、コンベア速度と波の高さによって制御され、これらのパラメータのいずれかを変更すると接触時間が変わります。波の高さは通常、機械のポンプ速度を増減することによって制御されます。より詳細な記録が必要な場合は、強化ガラス板を使用して変更を評価して確認できます。次に、接触時間、高さ、速度をデジタルで記録する治具が利用可能です。また、一部のウェーブはんだ付け機では、オペレーターが滑らかな層流波またはわずかに高圧の「ダンサー」波を選択できるようになっています。
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