表面実装部品のはんだ付け：カッティングマシンからリフローまで

概要

個人的に基板設計から表面実装部品を利用している人がすごいなぁと思っていたので、実際に自分もやってみました。

流れ

1 Eagleで設計
2 PCB gogoで製作してもらう
3 はんだペーストを塗るためのステンシルを作成する
4 はんだペーストを塗る
5 アイロンでリフローする（別にアイロンでなくてもいい、中古屋にホットプレート買いに行ったら思ったより高かったので、アイロン800円を選択、ちょっと火力不足感がある。解けるけど）

1,2に関しては、多くの記事があるのでカットします。
個人的に詰まったことはこちら

PCB　gogoに関してはこちら

思ったより、苦労せず作れました。
非常に出来上がりがきれいで達成感があります。
送料込みで2000円ぐらいで作れました。（送料が一番安いのを選べば1500円ぐらい）

使用したもの

使用したアイロン

使用したはんだペースト

中華の怪しいはんだペーストですが、一応ちゃんと使えました。
ただ、溶かした時のにおいが、くさいです。なんか有害そうで怖い・・・気にしない、気にしない・・・
追加してフラックスを買っておくと後で、はんだごてで修正するときとかに便利でした。

使用したカッティングマシン

別用途にすでに購入していたので、ステンシルから自作しましたが、正直、手間もあり、100%うまくいくステンシルになるとは限らない非常に不安定なものというのが感想なので、ステンシルも作ってもらった方がいい気がします。

ステンシルの素材：部屋にあった、プリント入れ。薄めな気がする

ステンシルの作成

eagleからdxf製作

でdxf形式のファイルが作れます。
表面実装のはんだ面のデータはdxf内の、
グループ1:レイヤー0　に入っています。

このdxfデータをカッティングマシンに取り込んでカットしてもらえば、ステンシルになります。

この、dxfデータはSOLIDデータで、私の場合、取り込んでもカットできなかったです。Lineデータに変換する必要があります。ここについてはこちら

穴データもそのままだと、穴間隔が小さすぎて、間の部分が壊れてしまったりします。私は穴間隔は0.6mm,穴自体も0.6mm幅ぐらいになるよう調整しました（jw_cadなら複線コマンド）。

できたデータをカッティングマシンでカット。
圧力は24,速度は4,10回ループで完璧でした。ファイルの素材ごとに微妙に変わりそうですが。

最終的にできたもの

結構しっかり穴に合うようカットできました。

アイロンでのリフローについて

上は鉛フリーはんだです。解けません。
普通のはんだは解けました。217度以下、183度以上になっていると予想します。
温度制御はしてません。
した方がいい気がしますが、無しで今のところ使えてるのでいいかなと

基板を通して熱が伝わるので、二分ぐらい載せないと解けませんでした。
さらに、アイロンとの接触が悪いと全然解けないので、基板をアイロンに押し付ける必要がありました。

リフロー時の注意点

基板を落とすと全て終わる

アイロンから、基板を取り外す際、基板を落とすと全て終わります（一敗）
はんだが解けた状態なので、部品がすべてずれるか落ちます
修復は非常にきついです

はんだペーストがはみ出していても特に問題ない

解けるときに表面張力で移動してくれるので、神経質にならなくても大丈夫です。
それでも、あまりに多すぎると、やっぱりブリッジするので注意がいります

ピンセットで塗るのは不可能

ピンセットでペーストをすくって、塗るのはほぼ不可能です
全然基板に乗らないです

できれば、基板の動作テストを少ない部品でやる

私は、595でLEDを72個並べる回路を作ったのですが、買った595が普通の595と違い、オープンコレクタなのか出力がちゃんと出ないという難点に苦しめられています。別の595を注文しました。

部品が少ない段階でテストしたほうがやりやすい気がします。

ただ、部品を乗せた後ステンシルではんだペーストを塗るのは、部品と干渉して塗れない部分ができるので注意してください

はんだペーストを塗っている様子

微妙に隣のランドとつながりそうですが・・・

リフローの様子

完成

ちょっとはんだブリッジができてしまいました。
この程度の基板では、はんだごてで可能ですが、
0603サイズのLEDに対しても同様に行うことが可能でした

リフロー前

リフロー後
ただ、少し盛りすぎたのと、74HC595がパチモンで正しく動作しないという問題が発生し、やり直しになりました。
また、ビアのサイズの設定を間違えて、ピン穴レベルのサイズになってしまいました。

感想

案外簡単に、設計も実装もできました。
出来上がる基板は非常に完成度が高いので、頻繁に使用するものであれば、プリント回路化すると非常に楽しいかもしれません。
ただ、用意するものが結構いるのと、金がかかるのでやはり手軽に手は出せないものだと感じました。