プリント基板への電子部品実装において、部品同士を電気的に接続するために用いられる「はんだ」。古くから使用されてきた「共晶はんだ（有鉛はんだ）」と、近年環境への配慮から普及が進んでいる「鉛フリーはんだ」は、それぞれ異なる特性を持っています。

この記事では、基板実装における共晶はんだ（有鉛はんだ）と鉛フリーはんだの違いに焦点を当て、それぞれの特性、メリット・デメリット、そして用途について詳しく解説いたします。最適なはんだ材の選択は、製品の信頼性や環境負荷に大きく影響します。ぜひ、この記事を参考に、貴社の基板実装におけるはんだ材選びにお役立てください。

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基板実装とは？

基板実装とは、プリント基板（PCB）上に様々な電子部品を配置し、はんだ付けによって電気的に接続する一連の工程です。この工程は、電子機器が正常に機能するために不可欠であり、使用するはんだ材の種類は、接合の信頼性や製品の寿命に大きく影響します。

共晶はんだとは？

共晶はんだとは、錫（Sn）と鉛（Pb）の特定の割合（一般的にSn:63% / Pb:37%）で構成された合金はんだのことです。この組成比率の合金は、融点が最も低く（約183℃）、凝固範囲が狭いため、共晶点と呼ばれる特性を持ちます。

共晶はんだの特性

• 低い融点: 約183℃という比較的低い融点のため、はんだ付け時の部品への熱負荷を軽減できます。
• 良好な濡れ性: 溶融したはんだが接合面に広がりやすく、均一で強固な接合を形成しやすい特性を持ちます。
• 優れた機械的強度: はんだ接合部の信頼性が高く、経年変化による劣化が少ないとされています。
• 容易な作業性: 長年の使用実績があり、作業者にとって扱いやすいはんだ材です。

共晶はんだの用途例

• 信頼性が重視される電子機器
• 長期間の使用が求められる製品
• 航空宇宙、医療機器など、高い品質基準が要求される分野

鉛フリーはんだとは？

鉛フリーはんだとは、その名の通り、鉛（Pb）を含まないはんだ材の総称です。環境保護意識の高まりから、RoHS指令（特定有害物質使用制限指令）などにより、電子機器への鉛の使用が制限されるようになり、鉛フリーはんだの開発と普及が進みました。

主な鉛フリーはんだの組成

• 錫（Sn）-銅（Cu）系
• 錫（Sn）-銀（Ag）-銅（Cu）系
• 錫（Sn）-ビスマス（Bi）系 

など、様々な合金組成が存在します。

鉛フリーはんだの特性

• 高い融点: 一般的に共晶はんだよりも融点が高く（約217℃～227℃程度）、はんだ付け時の温度管理が重要になります。
• 濡れ性の課題: 共晶はんだと比較して濡れ性が劣る場合があり、接合不良のリスクが高まる可能性があります。
• 機械的強度の違い: 合金組成によって機械的強度や耐衝撃性が異なり、選定が重要です。
• ウィスカの発生リスク: 特定の鉛フリーはんだ合金では、ウィスカ（金属の針状結晶）が発生するリスクが指摘されています。

鉛フリーはんだの用途

• RoHS指令に対応する必要がある電子機器
• 環境負荷低減を目指す製品
• 幅広い民生用電子機器

共晶はんだと鉛フリーはんだの比較

共晶はんだと鉛フリーはんだは、それぞれ異なる特性を持ち、用途に応じて適切なはんだ材を選択することが重要です。

比較項目	共晶はんだ（Sn-Pb）	鉛フリーはんだ（Sn-Cu, Sn-Ag-Cuなど）
主成分	錫（Sn）、鉛（Pb）	錫（Sn）、銅（Cu）、銀（Ag）、ビスマス（Bi）など
融点	約183℃	約217℃～227℃程度（合金組成による）
濡れ性	良好	共晶はんだと比較して劣る場合がある
機械的強度	信頼性が高い	合金組成によって異なる、選定が重要
作業性	良好、長年の使用実績あり	温度管理が重要、合金によっては作業性が異なる
環境負荷	鉛による環境負荷が大きい	鉛を含まないため環境負荷が小さい
主な用途	高信頼性、長寿命が求められる分野	RoHS指令対応、環境配慮型製品、幅広い民生用電子機器

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いかがでしょうか。今回は、共晶はんだと鉛フリーはんだの違いを解説しました。製品の用途、求められる信頼性、環境規制への対応などを総合的に考慮し、最適なはんだ材を選択することが重要です。

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