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。

SMT（表面実装）工程 　~初心者の方にも分かり易く解説をチェック！

クリームはんだとは（ソルダーペースト）

クリームはんだとは、電子部品をする際に用いられるはんだの一部で、通常はんだよりも高い粘性を持つため、実装時に実装流れ落ちるのを防ぐことができます。

クリームはんだは、メタルマスクと呼ばれる薄い板を使って基板上に印刷されます。このステンシルには、部品を実装する位置に対応する小さな穴が開けられており、そこにクリームはんだが塗布されます。

部品が基板に配置され、クリームはんだを加熱することで、はんだが溶け、部品が基板に固定されます。

クリームはんだは、部品の実装が精密な場合に特に有用であり、表面実装技術（SMT）において広く使用されています。また、鉛フリーの環境にも適していることから、現在では一般的なはんだとなっており、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。

型式	S70G-Type4	TLF-204-MDS	M40-LS720V-TYPE4	SN100C 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-3.0Ag0.5Cu	Sn-3.0Ag0.5Cu	Sn-1.0Ag-0.7Cu-Bi,In	Sn-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℃	ー
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！

メタルマスク　～プリント基板実装の品質左右する治工具をチェック！

社内メタルマスク開口部修正でのノウハウ／品質向上／コストダウンをチェック！

はんだの融点について

型式	S70G-Type4	TLF-204-MDS	M40-LS720V-TYPE4	SN100C 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-3.0Ag0.5Cu	Sn-3.0Ag0.5Cu	Sn-1.0Ag-0.7Cu-Bi,In	Sn-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℃	ー
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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