鉛フリーはんだ付け技術：SACはんだと導電性接着剤

数十年にわたり、鉛錫はんだは、電子部品の固定やプリント基板のはんだ付けに使用されてきました。鉛の使用に伴う重大な健康への悪影響により、エレクトロニクス業界では鉛はんだの代替品を見つけるための精力的な努力が生まれています。科学者たちは現在、いくつかの有望な可能性を発見したと信じている。それは、導電性接着剤として知られる合金やポリマー組成物で作られた代替はんだだ。

はんだ付けはエレクトロニクス製造の根幹です。鉛ははんだとして最適でした。おそらく、すべての電子機器は鉛の融点と物理的特性を中心に設計されています。 私がリードします — プラスチック素材なので壊れにくく、作業が簡単です。鉛を適切な比率（錫 63%、鉛 37%）で錫と組み合わせると、合金の融点が 183 ℃と低くなり、これも利点となります。

低温で作業する場合 はんだ付け工程 接合生産技術に対してより適切な制御が行われ、溶接された要素は最小の温度偏差の影響を受けません。また、温度が低いということは、組み立て中に発熱する機器や材料 (PCB やコンポーネント) へのストレスが軽減され、加熱時間と冷却時間が短縮されるため、エレクトロニクス製造における生産性が向上することを意味します。

ヨーロッパのエレクトロニクス産業が鉛フリーはんだの使用を開始する主な動機は、欧州連合によって課された鉛の禁止でした。有害物質指令の制限に基づき、2006 年 7 月 1 日までに鉛を他の物質に置き換える必要がありました (この指令では、水銀、カドミウム、六価クロム、その他の有毒物質も禁止されています)。

現在、ヨーロッパでは鉛を含むすべての電子部品が禁止されています。この点で、ロシアも遅かれ早かれエレクトロニクス分野で鉛フリーの接続技術に切り替える必要があるだろう。

環境の観点から見ると、鉛は電子機器に含まれている限り、それ自体は問題になりません。しかし、電子部品が最終的に埋め立て地に送られると、埋め立て地の土壌から鉛が流れ出て飲料水に流れ込む可能性があります。電子機器廃棄物が大量に輸入される国ではリスクが高まります。

たとえば中国では、多くの子供を含む保護具を持たない労働者が、電子部品からリサイクル可能な材料を分解（はんだ付け）する作業に従事しています。ロシアでは、今日でも、自動化されていない電子機器製造において鉛はんだが非常に一般的です。

たとえ低レベルであっても、鉛が人間の健康に及ぼす有害な影響はよく知られています。神経系や消化器系の障害（特に子供に顕著）や、鉛が体内に蓄積して重度の中毒を引き起こす可能性があります。

電子機器メーカーは、現在批准されている米国での鉛禁止案が議論された 1990 年には、早くも代替はんだを探し始めました。エレクトロニクス業界の専門家は、75 の代替はんだを検討し、そのリストを 6 個まで削減しました。

最終的に、SAC グレードはんだ (元素 Sn、Ag、Cu の頭文字の略称) としても知られる、95.5% の錫、3.9% の銀、0.6% の銅の組み合わせが選択され、より高い信頼性と容易な実装が可能になりました。鉛-鉛はんだの代替として機能します。 SACはんだの融点は217度で、従来の鉛-鉛はんだの融点（183～260度）に近いです。

スクリューレスはんだ

SAC はんだは、現在オフショア産業で広く使用されています。新しいタイプのはんだを導入するには、エレクトロニクス企業にとって多大な努力が必要です。専門家は、鉛フリーはんだ導入の初期段階では、電子製品の故障率が増加する可能性があると懸念していました。

その点、病院の電子機器など、人の命と安全に関わる機器は古い技術で作られています。鉛はんだの禁止は携帯電話やデジタルカメラにもまだ適用されていない。新しい銀ベースのはんだの完全な安全性についても、明確な答えはありません。この金属は水生動物にとって有毒です。

無鉛フラックス

セクション。 1.一部のSACはんだと錫鉛はんだの特性比較

鉛はんだのはんだ付けに代わる、より大胆な実験的な代替手段は、導電性接着剤の使用です。これらは、金属（ほとんどの場合銀）の小さなフレークを含むポリマー、シリコーン、またはポリアミドです。ポリマーは電子部品を接着し、金属フレークは電気を伝導します。

これらの接着剤には幅広い利点があります。銀の電気伝導率は非常に高く、電気抵抗は低いです。 PCB アセンブリの接着剤を塗布するのに必要な温度は、鉛ベースのはんだに必要な温度よりもはるかに低い (150 度)。したがって、第一に電力が節約され、第二に、電子部品が受ける熱が少なくなり、その結果信頼性が向上します。

2000 年に第 4 回エレクトロニクス産業における接着剤およびコーティング技術に関する国際会議で発表されたフィンランドの研究では、導電性接着剤が従来のはんだよりもさらに強力な結合を形成することが示されています。

科学者がそのような接着剤の導電性を高めることができれば、従来のはんだを完全に置き換えることができます。これまでのところ、これらの材料は少数の小さな導電性化合物に使用されています。 アンペア数 — 液晶ディスプレイやクリスタルのはんだ付けに。この分野の研究は、銀フレーク間の接続を提供し、それに応じて材料の導電率を高めるジカルボン酸分子の添加に焦点を当てています。

導電性接着剤の重大な問題は、部品が 150 度を超えて加熱されると破壊される可能性があることです。導電性接着剤に関する懸念は他にもあります。時間が経つと、接着剤の電気を通す能力が低下します。また、ポリマーが吸収する可能性のある水分は腐食を引き起こします。接着剤は高いところから落とすと脆い特性を示すため、将来的には弾性を改善するためにゴムドープポリマーが開発される予定です。この資料に関する知識が不十分な場合は、まだ知られていない他の問題がさらに明らかになる可能性があります。

導電性接着剤は、医療や航空電子機器など、信頼性が重要ではない民生用電子機器 (携帯電話やデジタル カメラ) での使用が期待されています。