はんだの種類と特徴
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先に要点：はんだは組成によって融点や接合特性が変わります。Sn-Pb共晶、Sn-Ag-Cu系、Au-Sn系を同じ条件で扱わず、部品・基板の耐熱性と実装工程に合うものを選びます。
【以下は初回執筆時のご挨拶です】新型コロナウィルス感染第5波も収まりつつあり、少し涼しくなってきましたのでお出かけもしやすくなったかと思います。
秋の行楽を楽しみたいですね。
さて今回はプリント基板とは切っても切り離せない『はんだ』について説明させていただきます。
はんだ付けの歴史は古く、古代の装飾品などにも金属を接合する技術が使われていました。なお、一般に450℃を超える溶加材による接合は「ろう付け」と区別され、銀ろうなどを電子実装用のはんだと混同しないことが大切です。
また、古代ローマにおいてはSn-Pb系はんだ（SnとPbを用いる接合材）で水道管が接合されていたそうです。
そんな長い歴史を持つはんだですが、以下の2種類+αのはんだがプリント基板の表面処理や実装によく使われております。
・共晶はんだ（有鉛はんだ）
かつては、はんだといえばこの共晶はんだが主流でした。
成分はSn(すず)がおおよそ63%、Pb(鉛)がおおよそ37%で構成されております。
Sn（すず）の融点は232℃、Pb（鉛）が327℃ですが、これを合金にする事で融点が183℃まで低くなり、融点が低く加工がしやすいのが特徴です。
Sn-Pb系は応力緩和や加工性の面で利点がありますが、信頼性は接合構造や使用環境によって変わります。航空・車載などでも、用途ごとの要求規格と法規・適用除外を確認して選定します。
しかし、鉛は人体や環境へ悪影響を及ぼす為、RoHS指令等で原則使用禁止とされるなど、現在では後述する鉛フリーはんだへの置き換えが進んでおります。
・鉛フリーはんだ(無鉛はんだ)
鉛を含まないはんだを総称し、鉛フリーはんだと呼びます。
Sn（すず）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。
一般的なのが、Sn(すず)96.5%、Ag(銀)3.0%、Cu(銅)0.5%で構成された合金です。
このSn-3.0Ag-0.5Cu（SAC305）の融点範囲は約217～220℃です。広く用いられる組成ですが、他の鉛フリーはんだより常に信頼性が高いという意味ではなく、温度サイクルや落下衝撃などの条件に合わせて選びます。
前述の通り、鉛は人体および環境に悪影響を及ぼすことから、市販の家電製品に使われるはんだは鉛フリーはんだが主流となっております。
※鉛フリーはんだの組成は、上記Sn-Ag-Cuの他に、Sn-Zn-Bi系、Sn-Cu系、Sn-Ag-In-Bi系などがあります。
・その他(Au-Sn 金すずはんだ)
金すずはんだは高い信頼性、耐腐食性、良好な塗布性、高い熱伝導性や高い表面張力など多くの利点を備えています。
そのため、高輝度LED、ペルチェ素子、パワー半導体などのダイボンド用途に使用されることが多いです。
代表的なAu80質量％・Sn20質量％の共晶組成では融点は約280℃です。組成で特性が変わり、接合雰囲気や下地めっき、部品の耐熱性も関わるため、実装業者に工程の対応可否を確認します。
以上、はんだについての予備知識でした。
実装条件に合う基板仕様を相談する
予定するはんだ組成、実装温度、部品や基板の用途をもとに、基板材料と表面処理を確認します。
