はんだとは
はんだとは、比較的低い温度で溶ける金属の合金で、電子部品と基板の電極を電気的にも機械的にも結ぶ接合材です。 選ぶときの基準は、溶かしてつける温度と、つけたあとに何度も浴びる温度という、性質の異なる2つの温度で決まります。
電子機器の中では、部品はプリント基板の電極へ固定されています。伸光製作所は、基板の役割を示すなかで、絶縁基板の上へ抵抗器やIC、コンデンサなどをはんだ付けなどによって取り付け、部品どうしを電気の通る道で結ぶとしています。この取り付けを担っている金属がはんだです。
はんだが担うのは、電気の接点と構造材の両方です。電気を通す働きに加えて、部品をその場へ保持する力も、はんだの接合部が受け持ちます。この二役が、はんだの選定を難しくしています。
界面に合金の層が育ちます
Section titled “界面に合金の層が育ちます”はんだ付けでは、溶けた金属が電極へ乗ると同時に、接した面で金属どうしが混ざり合います。日本スペリア社は、同社の鉛フリーはんだSN100Cについて、銅箔とはんだの界面に安定した合金層（IMC）を形成するとしています。この層によって、金属どうしが一体になります。
同社によれば、ニッケルのバリア効果により合金層の成長も抑えられ、はんだ付け時に生じる銅パターンや銅線の食われも抑えられます。同社は、銅ランドへの影響を最小限にすることが接合後の信頼性向上に寄与するとしています。銅の電極がはんだへ溶け込む現象があるため、その進み方を抑える工夫が要ります。
鉛フリー化で温度の前提が変わりました
Section titled “鉛フリー化で温度の前提が変わりました”長いあいだ、はんだの主流はSn-Pb共晶でした。日本スペリア社の資料によれば、鉛の有毒性が明らかになったことでEUが有害物質の使用規制に乗り出し、WEEE指令が2005年8月13日、RoHS指令が2006年7月1日に施行されました。同社は、施行後は当時一般的に使用されていたSn-Pb共晶はんだが規制の対象になるため、代わりの鉛フリーはんだの開発が急務になったとしています。
日本では、その前から準備が進んでいました。JEITAの公表資料によれば、NEDOの委託事業「鉛フリーはんだ規格化のための研究開発」が1999年1月から2000年3月にかけて行われ、フローはんだ付けの試験では、いずれの鉛フリーはんだ材料も通常のはんだ付け品質で従来のSn-Pb共晶はんだと同等の結果を示したと報告されています。
日本スペリア社のSN100Cは、この時期に生まれた合金の一つです。同社によれば、組成はSn-Cu-Ni-Geで、基本組成となるSn-Cu-Niは国際規格ISOに登録されています。高価な銀を含む合金と比べて資材の低コスト化に貢献し、1999年3月に松下電器のビデオ用基板の製造ラインへ初採用され、採用製品の累計台数は24億台以上に上ります。これらは同社の公表値です。
溶ける温度は工程全体を動かします
Section titled “溶ける温度は工程全体を動かします”はんだの融点が上がると、リフロー炉の設定温度だけでなく、部品やコネクタの耐熱、基板の耐熱まで見直しが要ります。千住金属工業の製品情報では、無銀のSn-Cu系であるM20が融点227〜229℃、古くから高温はんだとして採用実績のあるSn-Sb系のM10が融点240〜243℃とされています。ここでの数値は同社の記載値です。
同じ資料では、低銀合金のM40について、Ag3％品と同等以上の接合信頼性を確保しつつ、汎用のSn-Ag-Cu系であるM705と同じ温度プロファイルで実装が可能な点が利点として挙げられています。合金を変えるときに温度プロファイルを保てるかどうかが、選定の条件になっていることを示しています。
つけたあとの温度が寿命を決めます
Section titled “つけたあとの温度が寿命を決めます”はんだ付けを終えたあとも、接合部は温度の上下を浴び続けます。機器が動けば発熱し、止まれば冷えるからです。
ロームは、実装ボードの代表的な材料であるFR-4（ガラス－エポキシ樹脂）の熱膨張係数を14×10⁻⁶/℃、厚膜チップ抵抗器の支持体であるアルミナを7.1×10⁻⁶/℃として示しています。これらは同社の掲載値です。温度サイクルを繰り返すと、この伸び方の差がストレスとなり、2つを接合している半田フィレット部にクラックを生じることがあります。同社は、電極間距離が長い、つまりチップサイズが大きくなるほど不利になるとも述べています。
同社が公開している温度サイクル試験の条件は、JIS C 5201-1 sec4.9に準拠し、−40℃で30分と+125℃で30分を気層で3000サイクル、試験基板はFR-4、はんだはSn/3.0Ag/0.5Cuを厚さ0.100mmとしたものです。長辺電極タイプの製品では、半田クラックが発生しなかったと報告されています。特定の製品系列での結果です。
合金を変えると耐えられる回数が変わります
Section titled “合金を変えると耐えられる回数が変わります”JEITAは、2005年7月から2007年2月まで実施した第2世代フロー用はんだ標準化プロジェクトの結果を公表しています。−40℃で30分と90℃で30分を1サイクルとするヒートサイクル試験で、故障率が1%に達したサイクル数を組成ごとに比べたものです。Sn-3Ag-0.5CuとSn-1Ag-0.7Cuは400サイクル以上でしたが、Sn-0.3Ag-0.7CuとSn-0.7Cu-0.05Niは320サイクルでした。銀を減らすとコストは下がる一方、繰り返しの温度変化に耐える回数は減ります。
同じ資料では、クリープ試験による破断寿命について、1％のBiを添加することで破断寿命を格段に長くできるものの、Sn-3Ag-0.5Cuが最も優れた組成だったと報告されています。またJEITAは、引き剥がし強度の比較でSn-3Ag-0.5Cuがすべての引っ張り速度でSn-Pb共晶より優れていたこと、85℃85%の高温高湿環境でもSn-Pb共晶と同等以上であったことを示し、鉛フリー化後の接合信頼性を同等かそれ以上と総括しています。
作業性も合金で変わります
Section titled “作業性も合金で変わります”現場で問われるのは、信頼性と作業性の両方です。日本スペリア社は、SN100Cへ微量に添加したニッケルとゲルマニウムがはんだの流動性を高め、はんだの切れ性を向上させ、つらら・ブリッジの発生を抑制するとしています。同社は、ぬれ上がりとぬれ広がりに優れて美しいフィレットを形成し、ぬれ上がり時間が短い点も特長として挙げています。またニッケルの効果で化合物が微細化し、引け巣の発生も抑制されるとしています。
千住金属工業も、こて先食われへの対策として鉄とジルコニウムを添加したM705RKとM20RKを挙げ、こて先の消耗を大幅に改善し、こて先交換頻度の低減によるコストダウンが可能だとしています。合金へ微量の元素を添加することで、接合の質と作業の手間の両方を動かせることを示しています。
よくある質問（FAQ）
Section titled “よくある質問（FAQ）”はんだとは何ですか？
比較的低い温度で溶ける金属の合金で、電子部品と基板の電極を電気的にも機械的にも結ぶ接合材です。伸光製作所は、基板の役割を示すなかで、絶縁基板の上へ部品をはんだ付けなどによって取り付け、電気の通る道で結ぶとしています。
はんだは接着剤と同じですか？
働きが異なります。接着剤では境目に別の物質が挟まりますが、はんだでは界面で金属どうしが混ざり合った層が育ちます。日本スペリア社は、銅箔とはんだの界面に安定した合金層を形成するとしています。
合金層とは何ですか？
銅の電極とはんだが接した界面に育つ、両方の金属が結びついた層です。日本スペリア社は、ニッケルのバリア効果によってこの層の成長を抑えることが、接合後の信頼性向上に寄与するとしています。
鉛フリーはんだはなぜ必要になったのですか？
鉛の有毒性が問題になったためです。日本スペリア社は、EUのWEEE指令が2005年8月13日、RoHS指令が2006年7月1日に施行され、当時一般的に使用されていたSn-Pb共晶はんだが規制の対象になったため、代わりの鉛フリーはんだの開発が急務になったとしています。
鉛フリーにすると何が変わりますか？
溶ける温度が上がるため、装置の温度設定から部品の耐熱まで工程全体が動きます。千住金属工業の製品情報では、無銀のSn-Cu系であるM20が融点227〜229℃、Sn-Sb系のM10が融点240〜243℃とされています。いずれも同社の記載値です。
銀を減らしたはんだは使えますか？
用途によります。JEITAが公表した第2世代フロー用はんだの結果では、−40℃と90℃を各30分で繰り返す試験で、Sn-3Ag-0.5Cuが400サイクル以上だったのに対し、Sn-0.3Ag-0.7Cuは320サイクルで故障率1%に達しました。
はんだクラックはなぜ起きますか？
結んでいる2つの材料の伸び方が異なるためです。ロームは、厚膜チップ抵抗器の支持体であるアルミナと実装ボードの材料であるFR-4で熱膨張係数に差が生じ、温度サイクルを繰り返すとその差がストレスとなって半田フィレット部にクラックを生じることがあるとしています。
比較・違いを学ぶ
Section titled “比較・違いを学ぶ”- プリント基板とは ── はんだが部品を結ぶ相手であり、温度で伸び縮みする側です
- アンダーフィルとは ── はんだの接合部へ集まる力を、樹脂で面へ分散させる材料です
- リフローとは ── 先に塗ったはんだを炉で溶かし直し、接合を仕上げる工程です
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- 千住金属工業「はんだ合金」（2026年8月30日にリンク生存を実測、200）── M20とM10の融点と系統、M40がM705と同じ温度プロファイルで実装可能なこと、こて先食われ対策合金M705RKとM20RK
- 日本スペリア社「SN100Cについて」（2026年8月30日にリンク生存を実測、200）── 合金層とニッケルのバリア効果、WEEE指令とRoHS指令の施行日、SN100Cの組成と採用実績、ぬれ性と流動性
- JEITA「鉛フリーはんだの接合信頼性への取り組み」（2026年8月30日にリンク生存を実測、200）── NEDO委託事業の期間と結果、第2世代フロー用はんだのヒートサイクル数、クリープ破断寿命と引き剥がし強度の比較
- ローム TechWeb「半田クラックによるチップ抵抗器の抵抗値不良」（2026年8月30日にリンク生存を実測、200）── FR-4とアルミナの熱膨張係数、温度サイクル試験の条件、長辺電極タイプの結果
- 伸光製作所「プリント配線板 基礎知識」（2026年8月30日にリンク生存を実測、200）── 絶縁基板へ部品をはんだ付けで取り付け、電気の通る道で結ぶという役割