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クリームはんだの種類についての話。 ~基板実装工程の代表的な材料

プリント基板
まっさん
まっさん

基板実装に従事して30年の実装技術者です。

新製品や工場監査の悩み解決になればと思い
ブログを書いています。大量生産品は海外生産が多いですが
現代を支える産業なので国内生産することが技術発展にも繋がります。
基板実装業界の発展が未来を支えるので
この業界に関わる方が増えることを望んでいます。

まさこ
まさこ

様々な種類があるクリームはんだがありますが
この記事では一般的なクリームはんだについて解説したいと思います。

クリームはんだは、 SolderPasteとも言われます。

プリント基板実装工程に使われるクリームはんだについて紹介します。
初めての方でも分かり易く記事にしてます。

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プリント基板製品は

携帯電話、スマートフォン、ゲーム機、家電、自動車、医療、飛行機、宇宙関係など、
製品の頭脳の役割をする、あらゆる製品に組み込まれ箇所に使われています。

スマホに搭載されたプリント基板
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目次

クリームはんだとは(ソルダーペースト)

SMT(表面実装)でプリント基板にはんだを印刷する場合に使用します。
粒状はんだ合金と液体のフラックスが混ざり合うことでクリーム状になっています。

一般的なメーカー型式ですが様々な組成や型式があります。

型式S70G-Type4TLF-204-MDSM40-LS720V-TYPE4SN100C P506 D4
メーカー千住金属タムラ製作所千住金属日本スペリア
組成Sn-3.0Ag0.5CuSn-3.0Ag0.5CuSn-1.0Ag-0.7Cu-Bi,InSn-0.7Cu-0.05Ni-Ge
組成タイプ標準品標準品低銀1.0%銀レス
融点:固相線217℃217℃211℃
融点:液相線220℃220℃222℃227℃

クリームはんだ評価のまとめをチェック!

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はんだの融点について

型式S70G-Type4TLF-204-MDSM40-LS720V-TYPE4SN100C P506 D4
メーカー千住金属タムラ製作所千住金属日本スペリア
組成Sn-3.0Ag0.5CuSn-3.0Ag0.5CuSn-1.0Ag-0.7Cu-Bi,InSn-0.7Cu-0.05Ni-Ge
組成タイプ標準品標準品低銀1.0%銀レス
融点:固相線217℃217℃211℃
融点:液相線220℃220℃222℃227℃

クリームはんだですが組成(金属物質の構成)によって融点が違うのも特徴です。

組成:Sn-3.0Ag0.5Cu  融点:217~219℃

・千住金属製    :S70G-TYPE4
・タムラ製作所製  :TLF-204-MDS

一般的な鉛フリーはんだで一番流通している組成です。
錫96.5% 銀3% 銅0.5%の割合のはんだでSAC305(サックサンマルゴ)と言う方もおり鉛フリーはんだで一般的な組成各メーカーフラックスで製品特徴を差別化しているクリームはんだです

組成:Sn-1.0Ag-0.7Cu-Bi,In 融点:211~222℃

・千住金属製:M40-LS720V-TYPE4

地金相場(銀相場)が上昇すると毎回注目されるタイプで低銀はんだと言われています。
上記型式は銀が1%になっており銀含有量を抑えた、コストダウン要素が高いはんだです。

Sn-3.0Ag0.5Cu同様構成で運用可能で温度プロファイルの再設定が不要な物になります。
検証時には、温度プロファイル測定を実施して問題ありません。

組成:Sn-0.7Cu-0.05Ni-Ge 融点:227℃

・日本スペリア製:SN100C P506 D4

クリームはんだ合金内に銀が入っていないもので銀レスとも言われます。
錫、ニッケル、ゲルマニウムで構成された組成で融点がSAC305と比較して10℃高いはんだです。
銀が入っていない事によりコストダウン効果があります。

SN100Cは非常に接続強度が強いはんだ組成なのですが、一定の強度以上の圧力が加わると以外と脆く割れますので採用時の接続強度測定や振動試験等の検証するのが良いです。

採用するのであれば新製品からの適応が良いです。
オーソドックスなSn-3.0Ag0.5Cu と融点10℃の違うため温度プロファイルの再設定が必要のため、切替難易度が高く、お客様や社内での細かい認識合わせ等に苦労すると思います。

今までは銀相場が上昇する事で銀レスはんだに注目されましたが、2022年度の地金相場で見るとはんだ材料金属(錫、銀、銅)すべての地金相場が高騰していますので少しメリットが薄れています。

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クリームはんだ粒径について

クリームはんだには組成だけではなく粒径(粒の大きさ)も数種類あります。

部品サイズやメタルマスク板等、さまざまな条件により粒径を選定する必要があります。
Type4(平均φ30μm)が一番流通しており0603サイズまでであればType4で問題無い。
粒径が細かくなるとコストが高くなりますがType5粒径ではコスト差がなくなる傾向です。

Type5や6などの微細クリームはんだ注意点として はんだ不濡れ、未溶融の不具合発生もしやすいので注意が必要です。

クリームはんだ粒径によるコスト

はんだ粒径によりクリームはんだ自体のコストに差が発生し、もっとも流通しているのはType4です。
チップサイズが0603まではType4で問題なく運用可能です。

0402チップサイズの今後

0402チップサイズの採用はJEITAでのロードマップでも微増という予想になっており、現状についても様々な立場のメーカーにヒヤリングを行い、現状の把握をした。
実際には採用が増えている方向になっていないのが実情である。

クリームはんだメーカー実装工場側から運用面や品質において運用性が悪くコストダウンに繋がらないため避けれれている。
また、製品開発側からも部品信頼性の観点で避けられている傾向
治工具メーカークリームはんだ印刷観点では問題なく運用する事が可能。メタルマスク板厚を薄くする分、大型部品でのはんだ量確保の課題としている実装メーカーが多く採用が少ない。
部品メーカーまだまだ部品費が高くコストメリットが出ていない。採用数が増えていないのが実情でモバイル製品、ウエアラブル製品などの採用にとどまっている。

クリームはんだ以外のはんだをチェック!

クリームはんだ印刷技術/温度プロファイル技術が重要

クリームはんだは組成を選んば済むという訳ではなく、選択したクリームはんだの品質良好なはんだ付けをするには様々な技術が必要になります。

・クリームはんだ印刷技術
・メタルマスク開口ノウハウ
・温度プロファイル技術

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まとめ

この記事ではプリント基板表面実装工程の電子材料クリームはんだについて解説しました。

プリント基板実装には様々な材料や工程で構成され非常に多数の組み合わせで製品が生産されています。

この実装技術はスマホからパソコン、ロボット、家電等電気が使われる物には必ず使われています。

基板実装技術はあまり認知されていない分野ですが今日の生活には欠かせない技術です。

是非他の記事も読んでいた頂きどのようなものか理解してください。

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この記事を書いた人

【気が付いたら30年】
プリント基板量産: 6年
プリント基板試作: 2年
生産技術    :17年
営業技術    : 5年
【ブログ歴】  2021年6月開設
『プリント基板実装』や『ビジネス』などを発信しています。

コメント

コメント一覧 (2件)

  • はじめてコメントさせていただきます。
    基板実装 製造技術職の土屋と申します。
    記事に”Type5や6などの微細クリームはんだ注意点として はんだ不濡れ、未溶融の不具合発生もしやすいので注意が必要です。”と記述がございますが、上記事象が発生する理由(原因)はなぜなのでしょうか。
    ご説明いただけると幸いです。。。

    • 土屋さん

      初めまして、まっさんと申します。
      ご連絡頂きましてありがとうございます。
      下記にご回答します。

      お問い合わせ内容として
      記事に”Type5や6などの微細クリームはんだ注意点として はんだ不濡れ、未溶融の不具合発生もしやすいので注意が必要です。”と記述がございますが、
      上記事象が発生する理由(原因)はなぜなのでしょうか。

      ご回答として
      クリームはんだ粒径が小さくなると
      粒の周りフラックスが外気に触れる面(面積)が増えて酸化しやすいからと思っています。

      温度プロファイルで急激な温度上昇をしないようにすると防げるという認識です。

      ※2段階で温度上昇する台形プロファイルではなく下記記事にあるような
       タイプのプロファイルが良いと思います。
       https://ar50-masan.com/reflow_temperature_profile/
      ご参考になれば幸いです。

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