概要
はんだ（半田）とは、電子部品や金属部品を電気的・機械的に接合するために使用される低融点合金です。**プリント基板（PCB）への電子部品実装や自動車用電子機器の製造に欠かせない材料であり、接合部の品質は製品全体の信頼性に大きく影響します。
近年は環境規制の強化により鉛フリーはんだが主流となり、接合品質や耐久性を確保するためには、金属間化合物やぬれ性、ボイドなどを適切に評価することが重要です。
株式会社フォスターでは、自動車用コネクタ・ハーネス・端子の信頼性評価に関する受託試験サービスを提供しており、本記事では、はんだの成分や種類、金属接合の仕組み、車載電子部品における重要性、接合品質の評価方法について解説します。
はんだとは
はんだとは、比較的低い温度で溶融する金属合金で、電子部品や金属部品を接合するために使用される材料です。
母材を溶かすことなく、はんだのみを溶融させて接合するため、部品への熱影響を抑えながら確実な電気接続と機械的固定を実現できます。
この点が、母材自体を溶融して接合する溶接やろう付けとは異なる特徴です。
現在では電子機器だけでなく、自動車、医療機器、通信機器など幅広い分野で利用されています。
はんだの主な成分
- スズ（Sn）：はんだの主成分で、他の金属とよく濡れ合う性質を持つ
- 鉛（Pb）：かつて主流だった成分で融点を下げる効果があるが、環境規制により現在は使用が制限されている
- 銀（Ag）：鉛フリーはんだに添加され、強度や信頼性を高める
- 銅（Cu）：鉛フリーはんだに添加され、電極の溶食（食われ）を抑える効果がある
- 現在の主流はスズ・銀・銅を中心とした「鉛フリーはんだ」で、環境負荷の低減が図られている
はんだが接合する仕組み
はんだ付けは、単に金属同士を「接着」しているわけではありません。
接合時には次のような現象が起こります。
- フラックスが酸化膜を除去する
- 溶融したはんだが母材へ広がる（ぬれ）
- はんだと母材の金属原子が互いに拡散する
- 界面に金属間化合物（IMC）が形成される
- 冷却により強固な接合部となる
この金属間化合物（Intermetallic Compound：IMC）が適切な厚さで形成されることが、高い接合強度と長期信頼性につながります。
はんだの種類
| 種類 | 特徴 | 主な用途 |
|---|---|---|
| 共晶はんだ（Sn-Pb） | 作業性が良いが鉛を含む | 一部産業機器 |
| 鉛フリーはんだ（Sn-Ag-Cu） | 現在の主流 | 車載・電子機器 |
| フラックス入りはんだ | 作業性が高い | 手はんだ |
| クリームはんだ（はんだペースト） | リフロー実装用 | 表面実装（SMT） |
はんだ接合で発生する主な不具合
はんだ接合部では、さまざまな不具合が発生する可能性があります。
| 不具合 | 主な原因 |
|---|---|
| ボイド | ガス閉じ込め・リフロー条件 |
| はんだクラック | 温度サイクル・振動 |
| 未ぬれ | フラックス不足・酸化 |
| ブリッジ | はんだ過多・印刷不良 |
| 金属間化合物の過成長 | 高温保持・長期使用 |
自動車部品ではなぜ評価が重要なのか
自動車用電子機器は、高温、低温、温度サイクル、振動、高湿度などの厳しい環境で使用されます。
そのため、はんだ接合部ではボイド、クラック、金属間化合物、はんだぬれ性などを評価し、長期にわたる接合信頼性を確認することが重要です。
はんだ接合部の主な評価試験
接合品質は、さまざまな試験によって確認されます。
| 評価項目 | 評価内容 |
|---|---|
| 断面構造検査 | 金属間化合物・ボイド・接合状態を確認 |
| 断面研磨 | 接合断面を観察可能な状態に加工 |
| 樹脂包埋 | 微細部品の断面作製 |
| SEM観察・EDS分析 | 組成・クラック・異物を解析 |
| 外観検査 | はんだ形状・ブリッジ・未ぬれを確認 |
はんだ接合部の評価なら株式会社フォスターへ
はんだ接合部は、自動車用電子機器の信頼性を左右する重要な要素です。
株式会社フォスターでは、自動車用コネクタ・ハーネス・端子を対象に、断面構造検査、断面研磨、樹脂包埋、SEM観察・EDS分析など、はんだ接合部の品質評価に対応しています。
製品開発から不具合解析まで、車載部品に求められる高い品質評価をサポートしています。
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よくある質問
はんだ付けと溶接は何が違いますか？はんだ付けは母材を溶かさずにはんだだけを溶融させて接合しますが、溶接は母材自体を高温で溶かし合わせて接合する点が大きく異なります。
鉛フリーはんだと共晶はんだの違いは何ですか？共晶はんだは鉛を含み扱いやすい一方、環境規制で用途が制限されます。鉛フリーはんだはスズ・銀・銅が主成分で、現在の主流となっています。
はんだの品質はどのように確認しますか？断面を研磨して顕微鏡で金属間化合物やボイドの状態を観察したり、はんだの濡れ広がり方を確認する試験などによって品質を評価します。
株式会社フォスターについて
株式会社フォスターは三重県に拠点を置き、自動車部品（コネクタ・ハーネス・圧着端子）の受託試験を中心に20年以上の実績を有しております。環境試験、電気特性試験、機械的特性試験など幅広い評価に対応し、お客様の品質保証・開発をサポートしています。