PCBブログ - 鉛フリー半田の融点について

半田の融点はいくらですか。無鉛はんだの融点は現代電子製造における重要な考慮要素であり、環境と健康問題は伝統的な鉛系はんだからの移行を招いた。本文は無鉛半田の性能、利点と挑戦を検討し、特にその融点に注目した。

紹介

無鉛半田の融点は、半田が固体から液体に変化する温度を示している。このパラメータは、電子機器における信頼性の高い溶接点を確保するために重要です。有害物質規制指令（RoHS）などの規制により電子製品への鉛の使用が規制されるにつれ、鉛フリー代替品の融点を知ることはメーカーやエンジニアにとってますます重要になってきている。

歴史的背景

伝統的に、鉛系半田、特に63%錫と37%鉛の低共融混合物（Sn 63/Pb 37）は、比較的低い融点183°C（361.4°F）、使いやすく、強固な継手形成により好まれている。しかし、鉛の毒性と環境への影響により、業界は無鉛半田に大きく転換している。

一般的な鉛フリーはんだ合金

いくつかの鉛フリーはんだ合金が開発されており、それぞれの合金は独特の性能と融点を持っている。最も一般的なものは次のとおりです。

SAC 305（96.5%錫、3%銀、0.5%銅）：これは最も広く使用されている鉛フリーはんだの1つであり、融点は約217°C（422.6°F）である。

Sn 100（99.3%錫、0.7%銅）：この合金の融点は約227°C（440.6°F）である。

SN 100 C（99.25%スズ、0.7%銅、0.05%ニッケル）：この変異体は約227°C（440.6°F）の低融点と強化された濡れ性により広く人気がある。

鉛フリーはんだの性能

無鉛はんだの融点は、溶接プロセスと最終製品のいくつかの側面に影響する。より高い融点は、溶接温度、還流曲線、およびフラックス処方を調整する必要があります。次に、融点の影響を受ける主な特性を示します。

1.熱安定性：鉛フリーはんだは通常より高い熱安定性を示し、これは高温応用に有利であるが、感熱素子に挑戦する可能性がある。

2.機械的強度：引張強度と延性などの機械的性質は合金成分と融点の影響を受ける。

3.濡れ性：適切な濡れは強固な溶接点を形成するために重要である。鉛フリーはんだは、良好な濡れ性を確保するために、より高い温度で効率的に動作することができるフラックスが必要である。

鉛フリーはんだの融点は伝統的な鉛含有はんだより明らかに高く、これはPCB溶接技術に多くの重要な影響を与える。それは通常217°Cから250°Cの間にあり、具体的には半田の成分に応じて、例えば錫-銀-銅合金（SAC 305）の融点は通常260°Cに達し、鉛含有半田（融点は約183°C）は34°Cより高い。この顕著な温度差は、溶接中に、設備と材料がより高い温度とより厳しい温度制御に耐えなければならないことを意味する。

溶接プロセスへの影響

溶接温度の要求：鉛フリー溶接はより高い還流温度を使用しなければならず、これはPCBパッドと素子ピンの酸化を加速させる。高温環境は溶接設備と材料が良好な熱安定性と耐高温性を持つことを要求する。

収縮プロセスウィンドウ：高融点による主な問題の1つはプロセスウィンドウの収縮であり、これにより温度制御の可変範囲が大幅に低下する。これは、温度変動による溶接欠陥を回避するために、溶接中により正確な温度制御が必要であることを意味する。

溶接点の品質：鉛フリーはんだの流動性と濡れ性は比較的に悪く、もし制御が適切でなければ、溶接点の欠陥、例えば虚溶接と冷溶接の問題を招きやすい。厚いPCBの溶接過程では、大きな厚さと高熱容量は温度ムラを招き、溶接点の形成と品質に深刻な影響を与える可能性がある。

設備と材料の要求：無鉛溶接技術は溶接設備と材料に対してより高い要求を提出した。例えば、使用されるフラックスは、高温による課題に対応するために、より強固なものである必要がある。また、PCB材料の選択は、高温の影響を受けるために、ガラス転移温度の高い基板を優先的に考慮する必要がある。

メリットと課題

鉛フリー溶接への転換はいくつかの利点をもたらし、同時にいくつかの挑戦をもたらした：

利点

環境と健康安全：鉛を除去することは鉛中毒と環境汚染のリスクを下げることができる。

コンプライアンス：鉛フリーはんだを使用することにより、RoHSおよびその他の国際規格に準拠することを確実にすることができます。

に挑戦

より高い融点：無鉛はんだの融点は通常、鉛系はんだよりも高いので、より高い加工温度が必要であり、アセンブリの熱応力を引き起こす可能性があります。

コスト：鉛フリーはんだ合金、特に銀を含む合金は、従来の鉛ベースはんだよりも高い可能性があります。

アプリケーションと考慮事項

特定の用途のために鉛フリーはんだを選択する際には、いくつかの要素を考慮する必要があります。

アセンブリ互換性：アセンブリは鉛フリー溶接に必要なより高温に耐えなければならない。

リフロープロファイル：コンポーネントを損傷することなく適切な溶接点形成を実現するために、リフロー炉プロファイルを慎重に制御する必要があります。

溶接点の信頼性：溶接点の機械的及び熱的性質は応用要求を満たさなければならない。

ケーススタディと業界事例

多くのケーススタディによると、鉛フリーはんだは各業界で成功した応用を得ている。例えば、自動車業界では、電子システムの信頼性を維持しながら、厳しい環境規制を満たすために鉛フリー半田を採用しています。鉛フリーはんだ技術の継続的な研究と開発は、現在の課題に対応し、これらの材料の性能を向上させることを目的としている。ナノ複合半田や新規合金処方などの革新により、鉛フリー半田の性能、特にその融点と機械的強度の向上が期待されている。

鉛フリーはんだの融点は、溶接プロセス全体と電子部品の信頼性に影響を与える基本的な特性である。業界が環境と健康安全を優先的に考慮し続けるにつれて、鉛フリーはんだの理解と最適化のポイントは依然としてメーカーとエンジニアの重点である。適切な半田合金を選択し、溶接プロセスを調整することにより、高品質、信頼性のある半田点を実現し、現代電子製品の需要を満たすことができる。鉛フリーはんだの要点は技術規範だけではなく、より持続可能で安全な電子製造実践への移行の重要な要素を代表している。