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はんだの種類と用途

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鉛フリーはんだ(無鉛はんだ)と共晶はんだ(有鉛はんだ)

鉛フリー半田のサンプル
鉛フリー半田のサンプル
共晶半田のサンプル
共晶半田のサンプル

現在、はんだの種類には、鉛(Pb)を含まない「鉛フリーはんだ(無鉛はんだ)※写真左」と鉛を含むはんだ「共晶はんだ(有鉛はんだ)※写真右」が存在します。

 

ひと昔前までは、基板実装には鉛を含む「共晶はんだ」が使われていました。

1990年代に入り、廃棄された家電製品など電子機器のはんだ付け材料(実装基板)から、酸性雨により鉛(Pb)が溶け出し地下水を汚染する問題が起こりました。

鉛は、人体に入ると中毒症状を起こし、胎児に至ってはその影響が大きいことで知られています。

また、鉛は、一度人体に入ると排出されにくい性質があります。

 

そのため、2000年以降、鉛を含まない「鉛フリーはんだ」が誕生しました。

 

このような流れの中、欧州連合(EU)では、法律である「RoHS指令」を2006年7月1日に制定し、電子・電気機器への鉛の使用が原則禁止されました。

 

RoHS指令では、鉛のほかに水銀、カドミウム、六価クロム、ポリ臭化ビフェニル、ポリ臭化ジフェニルエーテルの使用も禁止しています。

はんだの組成

共晶はんだは、Sn(錫)63%とPb(鉛)37%の合金で構成されています。

 

Sn(錫)が100%の場合の融点は232℃、Pb(鉛)が100%の場合の融点327℃なのですが、共晶はんだになると融点が183℃まで低くなり、金属としては融点が低く加工がし易いという特徴があります。

 

また、共晶はんだは鉛が含有されていることにより、柔らかい鉛が応力を緩和させる効果を有しているため、はんだ付けの信頼性が高いとされています。


その為、共晶はんだが使われる用途としては、極めて信頼性が求められる(ロケットや車載などの)電子機器のはんだ付けに現在でも使われています。

 

 

一方の鉛フリーはんだは、鉛を含まないはんだを総称しているため、Sn(錫)に他の金属がプラスされた様々な合金パターンが存在します。

 

中でも一般的なのが、Sn(錫)-Ag(銀)3%-Cu(銅)0.5%で構成された合金です。

 

この組成の場合の融点は約220℃と、共晶はんだに比べるとだいぶ高くなりますが、鉛フリーはんだの他の組成に比べ、信頼性が高いという理由から電子情報技術産業協会 (JEITA) が標準組成として推奨しているために広く普及しています。

 

前述の通り、鉛は人体および環境に悪影響を与えることから、市販の家電製品に使われるはんだは鉛フリー化が進んでいます。

 

 

参考までに…

鉛フリーはんだの組成は、上記Sn-Ag-Cuの他に、Sn(錫)Zn(亜鉛)Bi(ビスマス)系、Sn(錫)Cu(銅)系、Sn(錫)Ag(銀)In(インジウム)Bi(ビスマス)系などがあります。

(他にもありますが、信頼性が低いため採用に至っていません。)

はんだの種類(糸はんだ・はんだペースト・棒はんだ)

主なはんだの種類には、写真のように「糸はんだ」「クリームはんだ」「棒はんだ」の3つが存在します。

はんだ付けの設備に応じて使用するそれぞれを使い分けます。

 

糸はんだは、はんだゴテを使い電子部品をはんだ付けする際に使用します。

見た目はやわらかい線材のようですが、糸はんだの中にはフラックスが入っています。

 

 

はんだペーストクリームはんだ、SMT(表面実装技術)でプリント基板のランド(PAD)上にはんだを印刷する場合に使用します。

粒状のはんだ合金と液体のフラックスが混ざり合うことでクリーム状になり、基板上に印刷したりディスペンサなどで塗布することが可能となります。

 

棒はんだは、IMT(挿入実装技術)ではんだ(フロー)槽に使用します。

棒はんだを溶かしたはんだ槽で、挿入された部品の端子と基板のランドとをはんだ付けする工法で使用します。

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