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リフロー装置の製作とペーストハンダの付け方

ヘッドホンアンプv6は表面実装部品が46点もあるのと、3mm角で裏側に10点の端子があるリチウムイオン電池充電ICの手ハンダ接合は殆ど無理なので、リフロー装置を作りました。

【前面】
HPA_V6_4-3.jpg
TWINBIRD TS-4118Bというとても安価なオーブンヒーター(1300W)です。
右上に新たに設けた温調器がはめ込まれています。
制作費は1.5万円程度です。


CMで使っているオーブントースター改造品は内部熱風循環が無いので、IC裏側端子にも熱が回るように循環ファン付きを購入しました。

HPA_V6_5.jpg
真ん中に見えるのが循環ファンです。ファン部分が循環ダクト内にありますが、軸から伝わってくる熱でモーターは大丈夫なものだろうか。チョット心配です。

【このヒーターの回路図を作ってみました】

riflow_1.jpg
ヒーター回路のON-OFFはタイマースイッチとサーモスタットで行っている。
リフロー装置として温度コントロールするには、サーモスタットを取り外して、温度コントローラーを取り付けます。

タイマースイッチは機能的に不要なのですが、コントローラーの過熱作動が停止しなかった時などのエマージェンシーを考え、そのままにしてあります。
よって温調動作させるときにはタイマーを作動させ、ヒーター回路の電源をONさせます。

【温度コントローラー】
riflow_5.jpg
理化工業のRB100という温度調節器です。k型熱電対入力、AC100-240V仕様、出力はON-OFFリレー接点というスタンダード仕様です。

この温調器では単独で4個の制御値が使えます。この機能を使います。

riflow_6.jpg

【ヒーターON-OFFスイッチ・SSR】

温調器の内部リレーではAC100V、1300Wもの電力ON-OFFができないので、外部にSSR(ソリッド・ステート・リレー)を設けます。自作リフロー装置で定番の秋月SSRを使いました。
HPA_V6_6.jpg

小さな基板に温調器からのON-OFF信号を受けるフォトサイリスタと600V25A仕様のトライアックが載ってます。
トライアックの放熱部は絶縁されているのでそのままヒートシンクに取り付けられます。

SSRの下に見えているのがDC5VのACアダプターです。温度調節器のリレー接点を経由し
フォトサイリスタを駆動するのに使ってます。

温調器とACアダプタの電源スイッチは、最初の外観写真に見える温調器上部についてます。

【温度制御】

・CMで使っているものの特性
riflow_2.jpg
温度制御は185℃まで2分程度で昇温後約2分安定させ、その後200℃で焼き上げる。
CMで使っているトースター改造品では温度制御値に対してやや遅れはあるものの、かなり良好な制御をしています。
温度は少し低めに出ていますがペーストハンダの焼付け温度が190℃なので丁度良いです。

・私の作ったリフロー装置の場合
1.常温からの加熱
riflow_3.jpg
なかなか温度が上がりません。
最終的には190℃まで到達しますが、これではペーストハンダが焼成される時間が取れません。
原因はオーブントースターが大きいために熱容量が大きく、昇温に時間がかかるようだ。

2.100℃余熱からの加熱
riflow_4.jpg
あまり好ましいカーブではないです。しかし実際のパーツでリフロー・ハンダ付けを行ってみたが、まずまず綺麗に溶着されています。部品や基板のこげなどもありません。


これから作ってみようという方には、私が作った大型オーブンを使うのではなく
パン焼き程度のトースターを使ってみるほうがお勧めです。

ICの下側に端子が付いているような部品でも、基板側のハンダランドを延ばしておけば
そこから熱が入って行くので、問題なく溶着できます。

HPA_V6_10.jpg
ハンダランドをICの標準指定よりも長くして、基板上面からの輻射熱をもらいます。


【ペースト・ハンダの付け方】

CMでは世間で一般的に行われている、マスクを使ったペーストハンダの付け方を様々にトライしてきたが、結局は「マスクを綺麗に作る技術は一般機器を使ってはできない」という結論になりました。(自動カッターで成功している例もありますが)

代案として行っているのが、「フラックスでやわらかくしたペーストハンダをランドに塗る」方法です。
riflow_8.jpg
この写真は3mmの充電ICのランドにやわらかくしたペーストハンダを片側だけ塗ったもので、小さなランドにはこのようにべったりと塗ってしまいます。

これでは隣と付いてしまうのではないかと心配しますが、ハンダが解けた際の表面張力とレジストがハンダを弾く力でブリッジしません。
但し、この程度の量が限度です。あまり神経質になる必要はありませんが、多量に付けると余ったハンダがブリッジを起こします。

我々がアマチェアレベルで比較的少量のリフロー接着を行うのであればこれで十分です。
何よりもマスクを作る手間と費用が不要です。

riflow_7.jpg
ペーストハンダを溶かすにはこのようなSDカードケースのようなものを流用します。
余ったら蓋をし、ファスナー付きのビニール袋(秋月のパーツ袋など)に入れて冷凍庫にしまっておけば、乾燥せずに残りを再利用できます。

でも、手でハンダペーストを塗るためには倍率の大きな拡大鏡が必須です(特に老眼には)
HPA_V6_12.jpg
これはルーペ専門のWEBリサイクルショップで購入した10x、20xの実体ルーペです。
10倍はチョット倍率が大きく、7倍くらいの倍率もあればよりGoodです。

細かな部分を見るので照明が必須ですが、専用品は高価なので
riflow_9.jpg
秋月で買った12V電源で点灯するマルチ光源LEDを使ってます。
(熱が出ないのでセロテープで仮固定してますが・・・)



CMでも自宅でも少々苦労して実践できたリフロー装置製作とハンダ・ペーストの付け方を
紹介いたしました。

電子パーツがどんどん小さく、表面実装部品しか入手できなくなっている昨今ですが、
このような道具を安価で自作すれば対応できるようです。


PS:
電子工作的にはマイコンで製作したPID温度制御でSSR駆動をしてみたかったのですが、HPA v6製作には間に合わず、市販の温度調節器を使いました。


テーマ : 電子工作・電気関係工作
ジャンル : 趣味・実用

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電気オンチが始めた自作オーディオです
2010/3/17 電子工作をプラスしました。

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