フレックスのすべて: リード

Oct 31, 2023

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2006 年に欧州共同体が RoHS 指令を採用して以来、米国のエレクトロニクス業界は鉛フリーはんだの使用を着実に増やしてきました。 医療業界は米国の業界で初めて完全に鉛フリー化を実現しました。 今日、電子機器のはんだ付けのかなりの部分が鉛フリーはんだを使用して行われています。 数年間の改良といくつかの誤った特性評価を経て、鉛フリーはんだ付けはコスト効率が高く信頼性が高いことが証明されています。

鉛フリーはんだは信頼性がありますが、堅牢なエレクトロニクス設計を確保するには、材料と処理に違いがあることを理解する必要があります。

材料構成 : 最も広く使用されている鉛フリーはんだペーストは、錫/銀/銅合金 (Sn/Ag/Cu) です。 これらは少し異なる組み合わせで利用できます。 以下はより一般的なものです。

鉛フリーはんだ付けに使用できる合金は、錫/銀/銅以外にもあります。 これらのほとんどは非電子アプリケーション用です。 最適な合金の選択は、はんだ付けする表面の種類とフレキシブル回路の用途によって異なります。

外観 : 古典的な錫と鉛のはんだ接合は光沢があり、滑らかでした。 実際、欠陥のあるはんだ接合部は、鈍くて粗い外観をしていることがよくありました。 鉛フリーはんだ接合の場合は、光沢が少ないため、これは当てはまりません。 鉛フリーはんだに慣れていない人は、くすんだ外観をすぐに接合部の欠陥としてマークします。 はんだ接合部の鈍い外観は、はんだ接合部の品質を示すものではなく、単に合金の固有の特性によるものです。 並べて比較するには、図 1 を参照してください。

図 1: 鉛フリーと錫鉛。 (出典: CEDOS エレクトロニクス)

プロセス温度 : 鉛フリーはんだは約 218°C でリフローし始めますが、錫鉛はんだは約 188°C でリフローします。 温度が高くなると、フレキシブル回路で使用される固定具、機器、および材料に悪影響を及ぼす可能性があります。 鉛フリーはんだを必要とする新しい部品番号を導入する場合は、すべての材料が適切な温度互換性を持っているかどうかを確認するために、エンジニアリングのレビューを行う必要があります。

機械的強度 : 鉛フリーはんだには、従来の錫鉛はんだのような機械的強度がありません。 これが、鉛フリーが軍事や航空宇宙用途で使用されない理由の 1 つです。 RoHS 指令では、軍事および一部の航空宇宙製品が除外されています。 錫鉛はんだの機械的特性は優れていますが、鉛フリーはんだの機械的強度の問題に対処する方法があります。 エポキシまたはコンフォーマル コーティングを追加して接着領域を強化することは、高レベルの機械的強度を必要とする設計に堅牢性を追加する方法です。

フラックス:錫鉛はんだ付けと同様に、鉛フリーはんだ付けで使用されるフラックスには、水で洗えるフラックスと洗浄不要のフラックスの 2 つの基本的なタイプがあります。 はんだ付け後は、水洗い可能なフラックスを完全に除去する必要があります。 通常、コンポーネントの下に残留物を洗い流すための十分なスペースがある場合、水洗はうまく機能します。 コンポーネントの密度とプロファイルにより完全なすすぎができない場合は、洗浄不要のフラックスを使用する必要があります。 洗浄されていないフラックスは目に見える残留物を残し、これを不快に思う人もいるかもしれません。 洗浄プロセスで残留物を除去する必要があるかもしれません。 しかし専門家は、洗浄を行わなかったフラックスの残留物を除去しないようにアドバイスしています。 非洗浄フラックス残留物は、現場で電気的問題を引き起こす可能性のある汚染物質をカプセル化するように設計されています。 非洗浄フラックスを洗浄すると、汚染物質の一部が残り、潜在的な信頼性の問題が発生するリスクがあります。

テスト : 信頼性と電気的テストは、鉛フリーはんだ付けプロセスと錫鉛はんだ付けプロセスの両方で同じです。 特定のコンポーネントに鉛があるかどうかを判断するには、いくつかのテストがあります。 1 つは、はんだに鉛が含まれている場合に単に色を変える化学薬品を塗布することです。 金属の正確な含有量を提供する原子吸光分光光度計を使用することもできます。 これらのテストは主に、入荷する製品が鉛フリーであることを確認するため、または製品が RoHS 要件を満たしていることを証明するために適用されます。 回路製造中は、工程中の材料管理により、はんだペーストが鉛フリーであることを保証する必要があります。

鉛フリープロセスに慣れていない電子パッケージング設計者は、鉛フリーはんだ付けに伴うさまざまな設計、材料、プロセス、コンポーネント、および検査のニュアンスについて教育する必要があります。 多くの回路サプライヤーは、鉛フリーはんだを必要とするアプリケーションに対して大幅な設計サポートを提供できます。

Dave Becker は、All Flex Flexible Circuits LLC の販売およびマーケティング担当副社長です。