はんだとフラックス

なかなか時間がとれず、ロドが捗りません。

で、どこでもできるお勉強を。。。

どうしても気になったので、はんだとフラックスについて。

静岡HSで、nanapapaさんを押し倒してしまうんじゃないかというぐらい、
120secさんが、はんだ付けについて、ご質問を連射されておりました(笑)。

そういえば、基盤に電子部品を、はんだ付けたりしたことはあるものの、
そもそも、はんだって何やねん!という状態だったので、
これを機会に、知識を深めてみようかと思い、ネットの座学程度で、
確証も得られていない付け焼き刃ですが、
今回、素材について、勉強してみました。

参考とさせていただいたサイトの方々には、大変お世話になりました。
この場をお借りして、お礼を申し上げます。
論文、特許など、記載に問題があるようでしたら、ご指摘くださいませ。。。

きっと間違っていますし、本当に正しいことを、
ご指摘いただいても、修正できる自信も無いです(爆)。
でも、頑張りますので、ご指摘ください。

必ず、お遊び半分で見てくださいませ(爆x2)。

秋葉原でお安く、白光さんのサスゾールF 89シリーズと、
ヤニ無しはんだステン用を買ってみましたので、別途、付け方の勉強をしてみます。

カタログに成分書いてて参考になりました(ペコリ)。


まず、はんだって、何だろうと。

いくつか種類があるようですね。
スズ(Sn)と鉛(Pb)の合金で「共晶はんだ」というのが主流のようですが、
現在は、健康面と環境面から鉛を使わないようになってきていて、
鉛の替わりに、銅(Cu)、銀(Ag)等で合金としたものが、
「鉛フリーはんだ」として、流通しているようです。
「共晶はんだ」を凌駕する「鉛フリーはんだ」は、まだ無いそうです。

ちなみに共晶って合金の結合形態の一種みたいなものだと思うので、
「鉛はんだ」と「鉛フリーはんだ」のほうが、まだ、しっくりする気がしました。
ピンバイスのように、言葉は正しく使わないと、後で訳がわからなくなりますね(笑)。

あっ、フリーと言っても、私が知っている100%のものは愛だけで、
それ以外に100%というものは存在しないと思われますので、
ひょっとしたら微量に鉛が含まれるかもしれないですね(笑)。
でも、そのレベルでの言葉の使い分けはご容赦いただきたいなぁ(笑)。

で、なんでスズと鉛なのか?

スズも鉛も、手に入りやすくて加工しやすいもののようで、
これらが合わさると、より、融点が下がり、接着(ぬれ)性に優れ、
作業性が向上し、信頼性も確立されています。他にもあるかも・・・。
「鉛フリーはんだ」は、ことごとく敵わないようです。後、価格も。

融点が低いと、工場の燃料費がお安く済みますね。
接着(ぬれ)性については、後ほど。

次に、くっつけるということについて。

はんだを付けたいものを「母材」というようですが、
ある側面で母材とはんだが付き、また、別の側面で母材とはんだが付くことで、
母材通しが付いているように見えると。

母材とはんだの関係を、もう少し細かく見ていきます。

いきなりですが、母材とはんだというよりも、
固体である母材の中に、溶けたスズの原子が入り込み、
母材の原子と混じり合うことで結合されるようで、
関係性は、母材・スズ・はんだ・スズ・母材のほうが、より実体に近いでしょうか。

語弊を承知で、極端な言い方をすると、はんだ付けの追求とは、
母材と母材との間にスズを薄く入れて母材とスズを原子レベルで混ぜるために、
汚れの除去、融点、接着(ぬれ)性、腐食性等を、作業性、信頼性も含めて追求することかと。

ここからは、汚れの除去と接着(ぬれ)性を中心に話を進めます。

母材とスズが強固に結びつくには、直接接している面を広げる必要があります。
握手している二人より、抱き合っている二人を、引っ剥がすのは容易ではないですもんね。
しかも、そもそも間に他人が入ってはダメですね。
えっ?なんか違います?(笑)

スズが母材と母材の間に入りこんで母材と直接接する面を広げるために、
大きなものとして2つの壁が立ちはだかります。
それは、間に入って直接触れさせない酸化皮膜や油、汚れなどと、
接する面を広げる事を邪魔する表面張力です。

油や汚れは、アルコールや水などで拭いたりヤスればよいのですが、
酸化皮膜はそうもいかず。。。
ヤスる事はできるかも知れないですが、電子部品だとね。。。

表面張力は、撥水コートされたものと
コートしていない場合の状態を想像すればよいでしょうか。
コートしていれば、水は球体となり、点で接触しますが、
コートしていなければ、水はベタッとして、面で接触します。
端的に言って濡れてるって事ですね。
この度合いが、接着(ぬれ)性というわけです。

というわけで、酸化皮膜を除去(作業中の酸化も抑え)し、
表面張力を抑制するものが必要となって、その役割を担うのが、
松ヤニとかフレックスとのこと。
※そもそも鉛はんだは、接着(ぬれ)性が高いのですが、
もっと高めたほうが良いってことで。

やっときました松ヤニとフラックス!

そもそも松ヤニは松の有機的な成分を言い表す言葉で、目的を表していません。
フラックスは融解を促進するために添加する物質を表す言葉で、目的を含んでいます。
どちらも、はんだという存在に関係無く存在しています。

ちなみにフラックスは厳密にいうと、ひょっとしたら
接触(ぬれ)性は、含まれていないのかもしれませんね。
はんだ付けの範疇においては、切っても切れない仲だと思いますので、
含まれているということで進めます。

踏まえ、松ヤニかフラックスかっていう比較は、適切じゃない気がしました。
切り口が違うものを比較してますもんね。
はんだ付け用のフラックスとしての効果を期待して松ヤニを使う。
松ヤニには、はんだ付け用のフラックスとしての効果がある。
といった表現でしょうか。

で、松ヤニの中の「ロジン」という成分が重要なようで、
ロジンは、野球のピッチャーが白い粉でパタパタするあれですね。
滑り止め用の「ロジンバッグ」。
このロジンをIPAに溶かしたものが主成分となって、
「はんだ付け用のフラックス」として市販されているとのこと。
ロジンバッグとIPAを混ぜても、うまくいくかは知りませんので、悪しからず。

もう少し掘り下げると、松ヤニからロジンを抽出する際に発生する
「アビエチン酸」が重要なのだとか。これ以上は、ご勘弁下さい(笑)。

このロジンによって、酸化被膜を除去し、作業中の母材の酸化を抑制し、
また、表面張力を抑えることで、接触(ぬれ)性が向上するとのこと。
はんだ付け後の腐食も抑止するようで。

通常市販されているヤニ入り糸はんだは
このロジンを主成分としたペースト状(or固形)のフラックスが、
中心に練り込まれているもののようです。
ヤニ入りって表現が紛らわしくって、正直、何がなんだかわかりません(爆)。

フラックスの入ったはんだは、それだけで十分使えるけど、
フラックスの入っていないはんだは、別途、フラックスが必要になります。
入っていても、足りなければ、別売りのフラックスを使う事もあります。
余計にわからなくなってきた(爆)。

ここで、まとめようかと思ったのですが、
ここまでの話は、ここから先の序章でしかなく、
しかも電子部品をはんだ付けする事に主眼が置かれています。

私のような見習い含めたモデラーに必要なのは、真鍮やステンレスですもんね。
綺麗な真鍮は、電子部品と同じ感覚で大丈夫だと思いますが。。。

というわけで、真鍮やステンレスに重きをおいて、参りましょうか。

問題です!
ステンレスって錆びないですよね!なんででしょうか。

ステンレスは、鉄とクロムとの合金(ニッケルもありそう)ですが、
クロムが酸化して表面を覆いつくし、何人たりとも中に入れません。
結果として、内部に入り込む要素が無いため、全体として錆びないんですね。

アルミニウムも酸化アルミニウムとなって、被膜を形成します。
これを人工的に行って被膜を作るのが、アルマイト加工。
日の丸航空隊さんが、お作りになられた隼で、青竹色を塗装されてました!

銅や真鍮は、被膜は作らず、徐々に酸化していき、錆びていくのかな。

ロジンでは、この酸化被膜や錆びついたものを除去するだけの力が無いため、
ステンレスやアルミでは、被膜の壁を乗り越えられず、
銅や真鍮は、酸化がひどくないところしか、スズと接触できなくなってしまう。。。

逆に言えば、酸化がひどい場合や、ステンレス、アルミなどは、
ロジン以上に、強力に酸化物を除去する必要がでてきますので、
邪魔なロジンが無いヤニ無しはんだと、専用のフラックスが必要になるということのようです。

しかもアルミは強力すぎるとアルミそのものを腐食してしまうようで、
これまた専用のものが必要になるという。。。

ロジンに代わるものとして、酸化被膜の除去としての塩化亜鉛と、
接触(ぬれ)性を確保するための界面活性剤を精製水に溶かしたものが利用されているようで、
普通のフラックスはIPAですが、これはお水です。

強い酸性のお水なので、電子部品には使用できないですが、
このフラックスを水で薄めることで、銅や真鍮にも利用する事ができます。
あまり調べてないのですが、アルミはフッ素化合物を用いるようですね。
後、界面活性剤だけでは、心許ないので、鉛はんだのほうが良いようです。

さぁ、素材のまとめに入ります。

まとめると・・・

綺麗な真鍮や銅は、ヤニ入り鉛はんだか、ヤニ入り鉛フリーはんだとロジン系のフラックス
ステンレスや錆がひどい真鍮、銅は、ヤニ無し鉛はんだと塩化亜鉛系のフラックス(真鍮銅は薄めてね)
アルミニウムは、ヤニ無し鉛はんだと専用のフラックス、もしくは、そもそもアルミ専用のはんだ

ロジン系以外のフラックスは、強力なので母材を腐食させる可能性があるため、
しっかり洗い流した方が良さそうです。
後、鉛フリーは、融点が高いので、こての熱さにも気をつける必要がありそう。

・・・・・

うーん。まとめがこれだけになってしまった・・・(号泣)。

さぁてと送別会に行ってきます!

コメント

120secさん

勉強になります!!
black?さんのはんだ講義、下手な教科書よりすごくわかりやすかったです!
はんだを使うのは中学の時の技術家庭でラジオ?とか作った時以来です。
当時はこてに付けると「ちゅっ」と溶けるのが面白くて、溶かしまくって遊んでいました。

black?さん

Re: 勉強になります!!
120secさん、こんばんは。

コメントありがとうございます。

少しでも、お役に立てたようでしたら幸いですぅ。。。

ネットは、化学の専門家向けや熟練者さんの経験話が多く、
丁度良いのが無くて、自分なりにまとめてみました。

はんだとフラックスを買ったので、
今度ステンレスで試してみま~す。

日の丸航空隊さん

メッチャ細かい!
オバカな私には「チンプンカンプン」です。(T_T)
でも、フラックスと鉛無しハンダのコンビが良いのは知っています。
そのくらいの知識しかありません。(^^;)

black?さん

Re: タイトルなし
日の丸航空隊さん、おはようございます。

コメントありがとうございます。

能書きばかりの頭デッカチになっております(笑)。
実際やってみると、とんでもないことになりそうですが、
どうぞ暖かく見守って下さいませ。

流石に爆発はしないと思いますが、
間違いなく、こてで、どっかを焦がしそうです(爆笑)。

ヒロシさん

広瀬すずは可愛い
おはようございます。
なるほど、勉強になりました。
最近のはんだは広瀬さんと銅ではないんですね(笑)
私が最初に就職したのは半導体測定器を作っている会社だったので、入社後基盤などに電子部品を付けたりするはんだ付けを練習させられました。
フラックスは所謂缶に入ったペースト状のものを使っていました。
また小学生の頃かな?理科の実験ですずと銅を溶かしてはんだを作る実験もしましたねぇ。

模型製作をするうえでも、はんだ付けを覚えるといろいろと応用がきいて良いですよね。
ところでどうして「はんだ」と呼ぶんでしょう?
半田さんが考案したから?違うか(笑)

black?さん

Re: 広瀬すずは可愛い
ヒロシさん、おはようございます。

コメントありがとうございます。
また、続けての長文失礼しました(笑)。

あははははは!広瀬すずさんは、可愛いですね。
広瀬すずさんが、集中してはんだ付けしているシーンとか、
ニッチな層でウケそうだな(笑)。

入社後の練習って、鬼先輩とかいなかったですか(笑)?

父親が真空管アンプ作るのが好きだったので、
見よう見まねで始めたんですが、未だにイモ付けの嵐でございます。

はんだを作る実験ですか!羨ましい。。。
近々、実際にやってみようと思います。
なんか、はんだ付けって、それだけで楽しいですね!
できれば、本物の講習会に参加したいぐらいでーす(笑)。

P.S.
wikiにのってた、
英語のsolder
→当て字で、反田
→読みで、はんだ
→当て字で、半田
説が面白いので一票です!
非公開コメント

black?

プログラマー歴 三十余年。
ライダー歴 降りて十数年。
モデラー見習い歴 1年。
2019.05現在。