PCB技術 - 基板実装における鉛の役割

半田ペースト印刷はSMTの最初の工程であり、それは後続のパッチ、リフロー半田付け、洗浄、テストなどの技術に影響を与え、製品の信頼性を直接決定しています。

半田中のスズは半田付け中、冶金反応により母材金属と合金を形成するが、鉛は300℃以下ではほとんど反応に参加しません。しかし、スズに鉛を添加すると、スズも鉛も持たない優れた特性が得られ、以下の点に表れています。

（1）鉛の融点を下げ、溶接を容易にします。スズの融点は231.9℃、鉛の融点は327.4℃で、両者ともはんだ溶融温度183℃より高く、スズ鉛の2種類の金属合金を混合すると、その合金の融点は2種類の金属融点よりも低いので、溶接過程の操作が便利です。

（2）機械的性能を改善します。鉛の添加により、そのスズ鉛金属の機械性は、引張強度にかかわらずせん断強度もその単一成分より2倍以上向上します。

（3）表面張力を下げます。スズ鉛合金の表面張力は純スズの表面張力より低いので、半田付けされた金属表面上の半田の濡れに有利です。

（4）抗酸化。鉛をスズに組み込むことで、はんだの抗酸化性能を高め、酸化量を減らすことができます。

図　PCBA

鉛の融点

鉛のあるプロセスとは、溶接中に鉛を含む半田を使用することで、最も一般的なのはスズ鉛合金です。この技術はすでに数十年の歴史があり、長い間電子業界の標準的な溶接技術とされてきます。鉛プロセスには以下の特徴があります。

低コスト：スズ鉛合金の生産コストが低いため、鉛プロセスのある全体的なコストは相対的に低いです。

信頼性が高い：鉛溶接は高い信頼性と低い熱応力を持ち、製品の長期安定性と信頼性に積極的な影響を与えています。

プロセスの成熟：有鉛プロセスは数十年の発展歴史を持ち、その生産設備、プロセスと技術者はすべて非常に成熟しており、異なる製品の生産需要に迅速に適応することができます。

しかし、鉛は環境と人体の健康に対して一定の毒性を持っており、長期的に鉛に接触すると多種の健康問題を引き起こすことがあります。そのため、EUは2006年にRoHS（何らかの有害物質の使用を禁止する電子電気機器）指令を実施し、電子製品における鉛の使用制限を規定します。

鉛フリープロセス

鉛フリープロセスは、スズ銀銅（SAC）合金などの鉛を含まない半田を使用して半田付けを行うプロセスです。無鉛プロセスは環境保護法規の推進の下で急速に発展し、以下の特徴があります。

環境保護：無鉛プロセスは有毒な鉛を使用せず、環境と人体の健康への影響を低減します。

耐疲労性能が良い：無鉛はんだの耐疲労性能は有鉛はんだより優れており、製品の使用寿命の向上に役立ちます。

適応性が広い：

無鉛プロセスは多くの業界で広く応用されており、例えば航空、自動車、医療などの分野では、これらの分野は製品の環境保護、安全、信頼性に対してより高い要求を持っています。

しかし、無鉛プロセスにも一定の欠点があります。鉛の融点

コストが高い：鉛フリーはんだの生産コストが相対的に高く、全体コストの上昇を招きました。

プロセスが複雑：無鉛はんだの融点が高く、より高い加熱温度が必要であり、これは生産過程における熱応力の増加を招き、設備とプロセスに対する要求が高い可能性があります。

技術の成熟度は比較的に低い：鉛のある技術に比べて、鉛のない技術の成熟度は比較的に低く、まだ絶えず発展し、完全な段階にあります。