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PbとSnの合金であるはんだ(鉛はんだ)は電子回路などの基板に電子部品を搭載するために大量に使用されているが,Pbは人体に有害であり,また廃棄物として自然環境に対する悪影響も懸念される。鉛はんだの代替品として,Pbを含まない鉛フリーはんだの開発,普及が進められている。
EUでは,RoHS指令として,06年7月1日からPb,Hg,Cd,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電子・電気機器への使用が原則として禁止された。これにより,従来のPbを含む鉛はんだはEC内に輸出するPCやTVなどへの使用ができなくなった。また,EU向け以外の製品に対しても,企業の環境イメージの向上を目的として,鉛フリーはんだへの切り替えが進められている。
RoHS指令では,Pb含有率が1000ppm(0.1wt%)以下に規制されている。また,JIS Z 3282(はんだ−化学成分および形状)では,Pb含有率0.10wt%以下と規定されている。なお,各はんだメーカーの製造工程では,鉛含有率0.05wt%以下で管理している場合が多い。
鉛フリーは,合金の溶融温度がこれまでより数十℃上昇するため,素子の熱破壊や劣化の危険性が高くなる。融点が高い種類の鉛フリーはんだでは,従来の鉛はんだ用に温度固定されたはんだごてでは温度が低く使用出来ないため,対応したこてを使う必要がある。機械によるはんだ付けの場合は,従来の鉛はんだと組成が異なるために,自動はんだ槽を化学的に浸食して穴を開けるなどの問題(エロージョン)が発生し,それを防ぐためにはんだ槽材質の変更が必要となる。
なお,鉛はんだめっきと比較して錫めっきではウィスカ(針状の金属結晶)が発生し易くなり,ウィスカによる端子間のショートによるトラブルが問題となる(特に嵌合時に応力が掛かるコネクタ類の端子に発生しやすい)。
エロージョンと同じ現象により,プリント配線板上においてもCuパターンやスルーホールが鉛フリーはんだにより溶解される銅食われが発生することがある。銅食われが悪化すると断線や信頼性が低下する。また,鉛はんだに比べて経年劣化や接続信頼性など,対環境性が低下することがある。鉛フリーはんだは,使用される金属の種類により数種類ある。Sn,Ag,CuやSn,Biの合金が多く利用されている。
1. SnAgCu系
Sn,Ag,Cuを含むもの。加速試験などの対環境性に優れるが一般的に融点が最大220℃程度と高いためプリント配線板や部品への影響を考慮する必要がある。電子情報技術産業協会(JEITA)は,Sn-3.0%,Ag-0.5%,Cuを標準組成として推奨している。
2. SnZnBi系
Sn,Zn,Biを含むもの。融点は共晶はんだと同等の183℃近辺だが,SnAgCu系に比べて加速試験などの対環境性に劣ると言われている。Znの活性度が高いために起こる現象である。
3. SnCu系
Sn,Cuを含むもの。材料コストは安く,従来のはんだに近い音響特性が得られるが,接合部の強度が低いのが難点である。4. SnAgInBi系
Sn,Ag,In,Biを含むもの。InやBiを使うことで融点を下げている。
なお,Pbより有害な可能性があるとされる,BiやInが代替元素として使用されることが問題視されている他,Inは希少な元素なので枯渇が心配される。
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