写真で丸わかり!プロのはんだ付け&リワーク技術


電子部品のパフォーマンスと信頼性を100%引き出すために

第1回 はんだの種類と接合のメカニズム

図1 はんだ付けに使われるはんだは,主に錫と鉛の合金で,融点はおよそ200~400℃です.この比較的低い温度で接合できることから,精密機器の組み立てに最適.画像クリックで動画を見る.または記事を読む.設計のイロハを学べる技術情報サイト Techwebローム株式会社

はんだの種類と接合のメカニズム

はんだ付けの基本と歴史

はんだ付けは,エレクトロニクスの世界でもっとも重要な接合技術の1つです.

はんだの歴史は古く,古代エジプトの遺物からその使用例が見つかっています.今日では,エレクトロニクス製品の組み立てに欠かせない技術として発展し続けています.はんだ付けに使われるはんだは,主に錫と鉛の合金で,融点はおよそ200~400℃です.この比較的低い温度で接合できることから,精密機器の組み立てに最適です.

はんだ接合のメカニズム

はんだ付けの接合メカニズムは,単純な「接着」とは異なります.

はんだが銅の表面に溶け込む際,微細な合金層(拡散層)が形成されます.この合金層は,はんだと基板の銅との間で非常に強力な接合を生み出します.

例えば,錫と銅の間に数ミクロンの拡散層が生じ,ミクロな溶接状態となることで,はんだと母材ががっちりと結合します.また,金めっきのプリント基板の場合,錫と金が合金層(AuSn2)を形成し,さらにその下にニッケル層との合金が生成され,より強固な接合が実現します.

鉛フリーはんだの普及と課題

近年では,鉛の有害性が問題視され,鉛フリーはんだが普及しています.特に,EUではRoHS指令により,鉛を含む製品の規制が進んでおり,日本の家電製品でも鉛フリーはんだの使用が一般的になっています.

しかし,鉛フリーはんだは錫や銀を主成分とするため,融点が高く,ぬれ性が悪いという課題があります.これにより,作業効率が低下し,仕上がりが粗くなることもありますが,技術革新により改善が進められています.

鉛フリーはんだの重要性と課題

鉛の有害性とRoHS指令

鉛は自然界に豊富に存在し,古くから共晶はんだの主成分として広く利用されてきました.

しかし,鉛には中毒性や発がん性があるため,その使用が環境問題となりました.特に,EUが2006年に施行したRoHS(Restriction of Hazardous Substances)指令は,鉛を1000ppm以上含む製品の販売を禁止しました.この規制により,エレクトロニクス業界では鉛フリーはんだへの移行が急速に進んでいます.

鉛フリーはんだの種類と特徴

鉛フリーはんだには,主に次のような種類があります.

  1. 錫95%以上+銀または銅:融点217℃
  2. 錫+亜鉛:融点200℃
  3. 錫+銅:融点227℃

これらの鉛フリーはんだは,従来の錫・鉛共晶はんだ(融点184℃)に比べて融点が高く,ぬれ性が悪いのが特徴です.このため,作業効率が低下し,仕上がりの質感も劣る場合があります.しかし,鉛フリーはんだの使用は環境保護の観点から不可欠であり,製造現場ではこれらの課題を克服するための技術開発が続けられています.

未来のはんだ付け技術への展望

鉛フリーはんだの普及は,エレクトロニクス業界全体に大きな影響を与えました.特に,自動車や家電製品など,長寿命で高信頼性を求められる製品においては,鉛フリーはんだの信頼性向上が喫緊の課題となっています.技術者は,はんだ付け技術の基本を理解し,適切な材料と技術を駆使することで,より高品質な製品を作り続けることが求められています.〈著:ZEPマガジン〉

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著者紹介

  • 2010年 沼津工業高等専門学校 専攻科 卒業
  • 2010年 FA機器/ハード・ディスク製造装置設計業務に従事.その後ベンチャーにて半導体検査/医科学用電子顕微鏡,半導体製造装置,理化学機器の研究開発設計に従事
  • 2020年 静岡県創業者育成施設審査通過し,個人事業として独立
  • 2022年 株式会社ディスクリテック設立,現在に至る

著書

  1. [VOD/KIT/data]実験キットで学ぶ 電源・アナログ回路入門,ZEPエンジニアリング株式会社.
  2. [VOD]動画で一緒にプリント基板開発 KiCad超入門【KiCad 6対応 完全マニュアル】,ZEPエンジニアリング株式会社.
  3. [VOD]動画で一緒にプリント基板開発 KiCad超入門【KiCad 6対応 プロの仕上げ技101】,ZEPエンジニアリング株式会社.
  4. [VOD/KIT]すぐ動く!BM83 Bluetoothスタータキット,ZEPエンジニアリング株式会社.
  5. [VOD/Pi KIT]MATLAB/Simulink×ラズパイで学ぶロボット制御入門,ZEPエンジニアリング株式会社.
  6. [VOD/KIT]MATLAB/Simulink×ラズパイで学ぶロボット制御入門
  7. 一人で始めるプリント基板作り,トランジスタ技術Special No.127, CQ出版社
  8. 商用利用OK!噂の完全フリー基板作成ツール KiCad,トランジスタ技術2015年3月号,CQ出版社.
  9. 1枚100円も!世界のプリント基板ネット通販メーカ,トランジスタ技術2016年7月号,CQ出版社.
  10. 部品の足にジャストフィット!フットプリント作成,トランジスタ技術2017年5月号,CQ出版社.
  11. コネクタなどの特殊部品のフットプリントを高速自作!CQ FootprintTracer,トランジスタ技術2017年10月号,CQ出版社.
  12. はじめてみませんか?プリント基板ネット通販生活,トランジスタ技術2018年2月号,CQ出版社.
  13. 工作実験室で活躍中!高コスパ電子工作ツール一覧,トランジスタ技術2018年12月号,CQ出版社.
  14. 成功間違いなし! BGA配線 10の基本ルール,トランジスタ技術2020年5月号,CQ出版社.

参考文献

  1. [VOD]高速&エラーレス!5G×EV時代のプリント基板&回路設計 100の要点,ZEPエンジニアリング株式会社.
  2. [VOD] Before After! ハイパフォーマンス基板&回路設計 100の基本【パワエレ・電源・アナログ編】/【IoT・無線・通信編】,ZEPエンジニアリング株式会社.
  3. [Book/PDF]デシベルから始めるプリント基板EMC 即答200,ZEPエンジニアリング株式会社.
  4. [VOD/KIT]ポケット・スペアナで手軽に!基板と回路のEMCノイズ対策 10の定石,ZEPエンジニアリング株式会社.
  5. [VOD]事例に学ぶ放熱基板パターン設計 成功への要点,ZEPエンジニアリング株式会社.