大手電機メーカーが車載用機器に採用した信頼性の高い鉛フリーはんだ
これからお話させて頂く情報は、貴社の「はんだ付け工程」が重要なポイントになってきます。それは、「フロー」「リフロー」「手付け」といわれる「はんだの工程」です。
よくご存知の方は読み飛ばしてくださって構いません。少し自信のない方は、確認の意味も兼ねてご覧ください。
はんだの工程では大きく分けると「フロー」「リフロー」「手付け」の３つに分かれます。
「フロー」は、
加熱して溶かした液体状のはんだが入ってあるはんだ槽の上を、プリント配線基板を流し、部品と基板の接合部にはんだ付けを行なう方法です。
「リフロー」は、
あらかじめプリント配線基板に「クリームはんだ」と呼ばれるペースト状のはんだをパターンに合わせて印刷をします。そこに部品を実装します。そして、プリント配線基板へ直接、熱を加えてはんだを溶かし、はんだ付けを行う方法です。
「手付け」は、
はんだごてを使ってひとつひとつのはんだ付けを行ないます。
主に、この３つの方法ではんだ付けは行なわれています。
それぞれ、材料として使用されるはんだの種類も違ってきます。
● フロー ・・・・ 棒はんだ
● リフロー ・・・・ クリームはんだ
● 手付け ・・・・ 糸はんだ
2003年8月29日に日経産業新聞に以下のような記事が公表されました。
概要は、日本国内で、
いま最も主流といわれる「錫−銀−銅（Sn−Ag−Cu）」系の「鉛フリーはんだ」で大きな問題が生じているという内容です。
2003年8月29日付 日経産業新聞 記事 抜粋
鉛を含まないはんだの導入を進めてきたエレクトロニクスメーカーの技術者が今、一様に青ざめている。このまま手をこまねいていると、生産現場で「事故」が発生する恐れがある。
その一例を最初に発表したのが日本ビクター。事故は「フローはんだ付け」と呼ばれる工程で使うステンレス鋼製のはんだ槽で起きた。同社は７〜８年ほど使用していたはんだ槽の中身を、現在主流のスズ・銀・銅系に入れ替えた。はんだ槽の寿命はあと数年あるはずだが、約半年後にはんだ槽が損傷し、はんだが漏れたという。鉛フリーはんだが原因で、はんだ槽内部の一部ヒーターの保護パイプに穴が開き、はんだが外部に漏洩したとする。
漏洩の事故を公式に明らかにしている企業は今のところ、日本ビクター以外にはない。ただ、ある実装機器関連メーカーの技術者は「漏洩事故はないものの、ほとんどの機器メーカーで、鉛フリーはんだに起因するはんだ槽の損傷が多かれ少なかれ起きている。水面下は火の海。どこも大騒ぎだ」と語る。
〜 中略 〜
欧州連合が鉛や水銀などを使用した電子機器の輸入を禁止する「PoHS指令」の施行期日である2006年7月が迫る中、「現状では生産ラインに爆弾を抱えているようなものだ」（業界関係者）。
〜 中略 〜
これらの損傷が生じる原因は大きく疲労破壊と侵食の２つに分類できると見られている。ただし、いずれも損傷に至る詳細な過程は解明されていない。
以下省略
※日経エレクトロニクス9月1日号にも同様の記事が掲載されました。
導入を検討しておられる方は、この記事をご覧になられると、
「我々はどうすればよいのだろう？」
と感じられるのではないでしょうか？
この記事で取り上げれている「錫−銀−銅（Sn−Ag−Cu）」系は、現在、もっとも主流であり、大手の電機メーカーが採用している「はんだ」となります。
それゆえに、大きな衝撃であるのは間違いないでしょう。
しかし、ここで慌てずに冷静に、この事態を分析していただきたいのです。
この問題が生じているのは「フロー」のはんだ工程で起こっています。
「フロー」というキーワードで分析すると、理想的な導入方法が見えてきます。
このトラブルは「食われ現象」によるものである可能性が高いと思われます。
今回は「フロー」の工程に「錫−銀−銅（Sn−Ag−Cu）」系を採用しています。
「フロー」の工程の場合、はんだ槽にはんだを貯めて、噴流によってはんだ付けを行ないます。よって、その内部の構造は複雑になり、はんだが「槽の内面」や「フィン」「はんだの流れを定流化する為の部材」「ヒーター」などに直接触れることになります。
「食われ現象」というのは、「錫（Sn）」や「銀（Ag）」が溶解している状態で、他の金属に接している場合に、自分自身にその接触している金属を取り込もうとすることから起こります。
もともとの「錫−鉛（Sn−Pb）」系の「鉛入りはんだ（＝共晶はんだ）」は、「鉛（Pb）」がバリアの役目を果たしているため、「食われ現象」が起こることは低かったのです。
「鉛フリーはんだ」は、この「鉛（Pb）」を無くすわけですから、当然、このバリアの役目はなくなります。ということは、必然的に「食われ現象」はひどくなります。
今回の記事は起こるべくして起こった可能性があります。
この「錫−銀−銅（Sn−Ag−Cu）」系は、大手電機メーカーが慎重に研究や実験を重ねて採用した信頼性が高いはんだです。
「食われ現象」が起こるという事実と、「はんだ付け工程」を考えた上では、「はんだ」が「槽」や「機器（フィンなど）」に触れないような「リフロー」で使うべき商品と考えられます。
では、今回の「フロー」にはどのようなはんだを選べばよかったのでしょうか？
「鉛フリーはんだ」には色々な種類があります。
「錫−銅−ニッケル（Sn−Cu−Ni）系」
「錫−銀（Sn−Ag）系」
「錫−銀−銅（Sn−Ag−Cu）系」
「錫−銀−ビスマス−インジューム（Sn−Ag−Bi−In）系」
「錫−亜鉛（Sn−Zn）系」
など
これらの中でも、
トキワ電気では「錫−銅−ニッケル（Sn−Cu−Ni）」系をお勧めしております。
では、その理由について説明させていただきます。
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