はんだ付(鉛フリー/フラックス/マイクロソルダリング)フォーラム : 銅くわれのメカニズム

投稿者 トピック
PBF
  • 投稿: 2
銅くわれのメカニズム
電子部品の表面処理の品質検査を担当しています。
PbフリーはんだSn-3.0Ag-0.5Cu)を使用して、
浸漬試験をしているのですが、
めっき皮膜の脱落だけでなく、
素材の銅端子の食われは発生しています。
原因はおそらく、Pbフリーはんだ(Sn-3.0Ag-0.5Cu)と思われるのですが、
原因と対策について
はんだ側とめっき側から何かアドバイスをいただけないでしょうか。
また、銅くわれのメカニズムをわかりやすく説明下さるか、
そのような資料があれば、頂けないでしょうか。
よろしくお願い申し上げます。
sugimo
  • 投稿: 50
Re: 銅くわれのメカニズム
まず銅くわれについてですが、ここでは「溶解」という現象が起こっています。
金属を加熱してその金属の融点を超え、金属が液体に変わる現象は「溶融」と言いまして、これと溶解は異なります。
溶解とは、金属で言うと「その金属の融点に達しない温度の液体が触れてもその液体に溶けてしまう」現象で、ハンダを熱したハンダごてに押し当てるだけでは溶けないことがあっても、溶けたハンダが付着したハンダごてに触れさせると容易に溶けるようなことです。
分かりやすくいうと、砂糖や塩は常温では液体になりませんが、常温の水に触れさせると容易に溶けるのと同じです。

「銅くわれ」を具体的に言いますと、熱せられたハンダに銅が触れることでハンダ内に銅が溶け込んでしまう現象です。
Sn100%の液体(つまり加熱して溶けた純粋なSnです)には、250℃だと重量%で2.3%までCuは溶け込み、400℃になると12%も溶け込むそうです。
これがPbになると400℃のPb100%には1%も溶解しないそうで、鉛ハンダと鉛フリーハンダを比べると圧倒的に鉛フリーハンダのほうが銅くわれが起こりやすくなります。

浸漬試験において銅くわれとメッキ皮膜の脱落が起こっているとのことですが、銅に何らかのメッキを施した部品を溶融した鉛フリーはんだに浸漬させたところ、メッキがなくなり、下地の銅までが溶け込んでしまったということでいいでしょうか。

原因としては、以下のことが考えられます。
1,ハンダの温度が高すぎないか
 通常ハンダ付けを行う温度は320℃-360℃程度と思われますが、それよりも大幅に高い温度で試験を行っていないでしょうか。
2,ハンダの量が多すぎないか。
 ハンダが多ければ多いほど、そこに溶け込める金属の量も増えるので、溶解が顕著に行われます。
 通常のハンダ付けに大量のハンダは必要ないので、実際の使用環境と試験条件がかけ離れてしまっている可能性があります。
3,メッキの材質は何か。
 Sn,Au,Agなどは非常にハンダに溶けやすく、Cuはその次になります。またメッキ厚が薄ければそれだけハンダに溶けやすくなります。

3,は対策のしようがありませんので、1,2,に問題があるように思うのですが、いかがでしょうか。
PBF
  • 投稿: 2
Re: 銅くわれのメカニズム
Sugimo様、迅速で丁寧なアドバイスをいただき、ありがとうございます。とても感謝致します。
銅くわれのメカニズムがよくわかりました。
なお、今回の質問では、実装ではなく、品質試験として、大きな溶融はんだ槽に電子部品のめっき処理済み銅端子を繰り返し、浸漬しています。
対策については、?日本フィラーメタルズ、?日本スペリア社、?キョウデン等のホームページにヒントがありました。
ご関心があればご覧下さい。
はんだのCu濃度を高める、バリアとして働くNi、Coを微量添加するなどです。

sugimo
  • 投稿: 50
Re: 銅くわれのメカニズム
そういうことであれば、大量の鉛フリーハンダに少量の銅やメッキ部品を溶かし込んでいることになってしまいますので通常の実装よりも多量に銅くわれが発生すると思います。

疑問に思ったのですが・・・。
対策としてCu濃度を高めたり、Ni、Coを微量添加するとありましたが、それではSn-3.0Ag-0.5Cuの鉛フリーハンダではなくなってしまうのではないかと思うのですが、それはかまわないのでしょうか。

部品の端子やメッキの試験ではなく、銅くわれを起こしにくい鉛フリーハンダの開発を行うことになってしまうと思うのですが。



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回答しても、何の反応がなかったらちょっとサミシイと思うのです。
回答で助けてもらったら、お礼の言葉を一言書いていただけると、そこにコミュニケーションが生まれ、このフォーラムも活性化していくと思っています。
皆さん、どうかご協力を。