鉛はんだは主にスズと鉛の合金から作られ、その融点の低さから長年広く使用されてきました。しかし、健康と環境への懸念から、業界は鉛を使わない製品へと移行しました。この移行を促したのが、以下のような規制です。 RoHS（有害物質の使用制限） 特に欧州市場において、電子機器に含まれる有害物質の削減が求められています。このブログでは、鉛はんだと鉛フリーはんだの議論における主な違いを考察し、それぞれの特性や利点を検証することで、次のプロジェクトで情報に基づいた決定を下せるようお手伝いします。
鉛はんだとは何ですか?
鉛はんだは、 エレクトロニクスアセンブリ 数十年にわたり、この合金は主に錫と鉛で作られていますが、多くの場合、錫の含有量は鉛よりも多く、通常、合金全体の60%、鉛は40%を占めます。低融点、低コスト、使いやすさなど、いくつかの利点があります。しかし、鉛は有毒であり、この有害物質は、作業員の健康に多くの悪影響を及ぼします。また、土壌や水を汚染するため、鉛を含む製品の廃棄は大きな問題となっています。
鉛フリーはんだとは？
鉛フリーはんだの使用が検討されている主な理由は、人体と環境への影響です。鉛フリーはんだは錫を含み、銀（Ag）、銅（Cu）、ビスマス（Bi）などが添加されている場合もあります。鉛を含まないはんだ材料は、RoHS指令をはじめとする世界的な法的枠組みに準拠しており、作業者と消費者の健康被害を軽減します。ただし、融点の高さや信頼性に関する問題などの制約があります。
鉛はんだと鉛フリーはんだ：主な違いの比較
- 融点：鉛はんだは融点が低いため、作業性に優れています。一方、鉛フリーはんだは融点が高いため、熱管理が課題となります。
- 電気伝導性: どちらも電気伝導性は良好ですが、現在の鉛フリーはんだは鉛粒子が含まれていないため、抵抗が若干高くなる可能性があります。
- 機械的強度：鉛フリーはんだは、ほとんどの場合、鉛はんだよりも延性が低いはんだ接合部を形成します。つまり、鉛フリーはんだ接合部はより脆く、対象物に応力がかかったり熱サイクルが加わったりすると、はんだ接合部が破損しやすくなります。
- 信頼性と耐久性: 鉛はんだ接合部は、一般に鉛フリーはんだ接合部に比べて、ストレスや疲労の影響を受けにくい傾向があります。鉛フリーはんだ接合部は、特に強力な条件下において、より多くのテストを必要とする製品を設計する際に大きな課題となります。
- 濡れ性：鉛はんだは鉛フリーはんだよりも濡れ性に優れており、より良好な接合部の形成を促進します。鉛フリーはんだ付けは、工程で使用される有毒物質の量を削減できる可能性がありますが、一般的に濡れ性ははるかに劣ります。
- コスト: 鉛はんだは入手しやすく、製造も比較的容易なため、主にコストが低くなります。一方、鉛フリーはんだは原材料費が比較的高く、使用するには高価なツールや装置が必要になります。
- 健康への懸念: 鉛は人命と健康に危険を及ぼしますが、鉛フリーはんだは人々を鉛による悪影響から守り、作業環境をより安全にし、鉛汚染の可能性と影響を低減するのに役立ちます。
| プロパティ | 鉛はんだ（Sn-Pb） | 鉛フリーはんだ |
| 融点 | より低い（Sn183/Pb63の場合は37°C） | より高い（一般的な合金では217～227°C） |
| 電気伝導性 | 少し良くなった | やや低いです |
| 機械的強度 | より延性 | 延性が低く、脆い |
| 信頼性と耐久性 | ストレスや疲労に対してより寛容 | 慎重な設計とテストが必要 |
| 濡れ性 | 優れた | 濡れ性が低い |
| 錫ウィスカーの成長 | 低リスク | 合金によってはリスクが高い |
| 環境影響 | 鉛含有量による高い毒性 | 毒性は低いが、一部の成分は有害である可能性がある |
| 費用 | 一般に低い | 一般に高い |
| 健康への懸念 | 有毒で健康リスクがある | より安全、鉛汚染なし |
| 熱伝導率 | 50（W / m）* 1 k * 1秒 | 73（W / m）* 1 k * 1秒 |
鉛はんだと鉛フリーはんだ：どのように選択するのでしょうか？
鉛はんだと鉛フリーはんだのメリットとデメリットを理解したところで、どちらを選ぶべきでしょうか？ 最終決定を下す前に考慮すべき点がいくつかあります。
企業コンプライアンス
政府が鉛の使用を禁止している場合、または開発中の製品が RoHS 指令に従うヨーロッパ諸国で販売される場合は、鉛フリーはんだを使用する以外に方法はありません。
アプリケーションのニーズ
プロジェクトの要件は、使用するはんだの種類を決定する上で重要な役割を果たします。例えば、航空宇宙、航空電子工学、医療用電子機器では、引き続き鉛はんだが好まれます。鉛はんだは、最も過酷な環境でも高い信頼性を維持できることが十分にテストされ、実証されています。一方、信頼性をそれほど重視しない一般消費者向け製品では、規制遵守のために鉛フリーはんだが採用されることもあります。
機器の互換性
鉛はんだは、既存の設備との互換性に問題が生じる可能性があります。鉛フリーはんだを使用する場合、作業温度の高い設備のアップグレードが必要です。これには、鉛はんだが既存の設備との互換性に問題が生じる可能性があります。
コストの検討
鉛はんだは比較的安価ですが、健康リスク、鉛フリー法違反に対する罰則、鉛フリー製品への切り替えコストなど、他の要素を考慮した総費用も考慮する必要があります。
長期的な信頼性
はんだ接合部の耐久性は、製品の長期的な成功にとって重要な要素です。また、過酷な環境条件にさらされる製品においても重要です。鉛フリーはんだ接合部は、鉛含有はんだ接合部よりも敏感な場合があり、別途試験や品質管理が必要となる場合があります。
最終的な考え
鉛はんだは、その信頼性と比較的シンプルなことから、長年使用されてきました。しかし、環境への配慮と健康被害の少なさから、鉛フリーはんだが徐々にその地位を奪いつつあります。結論として、鉛含有はんだは鉛フリーはんだに比べて高い信頼性を持つことが分かっていますが、エレクトロニクス業界の今後のトレンドは、環境に安全なはんだが主流となるでしょう。鉛含有はんだを使い続けるか、鉛フリーはんだに切り替えるかの判断は、既存の規格やコストと信頼性といった制約により、プロジェクトごとに異なるでしょう。
