Pbフリー&VOCフリー GUIDANCE
Presentation
はんだ付技術by TAMURA
1鉛（Pb）フリーはんだ付技術
Pb-FREE SOLDERING TECHNOLOGY

2鉛（Pb）フリーはんだ付技術＜プロセス設計へのアプローチ＞
Pb-FREE SOLDERING TECHNOLOGY<AN APPROACH PROCESS DESIGN>

3
VOCフリーはんだ付技術
VOC-FREE SOLDERING TECHNOLOGY

1

鉛フリー
GUIDANCE はんだ付技術
Presentation
by TAMURA

Pb-FREE
SOLDERING TECHNOLOGY

INDEX
1
2
3
4
5

2

PAGE

今、なぜ 鉛（Pb）
フリー化が必要か ………………………………………1
Reasons why Pb-free activities are needed today

鉛（Pb）
フリー化の取組みの現状 …………………………………………2
Current progress status for Pb-free activities

鉛（Pb）
フリーはんだにおけるリフローはんだ付プロセス ……………4
Reflow soldering process for Pb-free solder

鉛（Pb）
フリーはんだにおけるウェーブはんだ付プロセス ……………6
Wave soldering process for Pb-free solder

タムラの鉛（Pb）
フリーはんだ付へのアプローチ ………………………9
TAMURA's approach toward Pb-free soldering今、なぜ鉛（Pb）フリー化が必要か
Reasons why Pb-free activities are needed today

1

電子機器は、通信、工業、産業、家庭といったあらゆる領域に使用されています。電子機器の心臓部とも言える基板には、多くの電子部品が はんだ付によって接合 されています。はんだ付材料やその工法は、電子機器の長い歴史によって、その信頼性が確保されています。現在の電子機器の生産にとって、 はんだ付は無くてはならない存在 として位置づけられています。
電子機器産業は、多機能化、軽薄短小化、生産性、さらには低コスト化によって、我々の生活に密着し発展を遂げてきました。ところが、実装基板の高密度化と低コスト化は、使用済の電子機器のリサイク
ル性を困難にしています。廃棄された電子機器は、一部回収されていますが、実装基板はほとんど回収
されずに粉砕されて埋め立て等で処理されています。中には、そのまま自然界に廃棄されている物もあります。
鉛（以下、Pb）は、ほとんどの場合、錫との合金
すなわち Sn−Pbはんだ"として使用されています。
Pbはその性質上、酸性の水に徐々に溶けて、有毒の可溶性鉛化合物になります。図1−1には、Pbが水に溶けるメカニズムを示してあります。

Pb＋(solder)

PbO

＋

1
─ O2
2

→

水に対する溶解性（g／L）
Solubility to water

PbO

→

PbSO4

→

P b ( N O 3) 2

→

PbCl2

H 2S O 4

Electronics devices are widely used among various fieldsuch as communication, industry and home appliancesand many electronic components are connected
through soldering on the substrates which are seemed
to be the heart of electronics devices. Reliability of thesoldering materials and technology has been fully
secured through a long history of the electronics
devices and the soldering is positioned as an
indispensable tool for the current production of theelectronics devices.
Electronics devices industry has been developed
adhering closely to our daily life through various stages
such as functional diversification, profile miniaturization,
productivity and cost saving. However, high density
move of the mounted substrates and cost saving needs
are making difficulty for recycling of the used electronics
devices. Scrapped electronics devices are partly
collected while the mounted substrates are crushed forburying etc, without recovering mostly, or left scrappedin the natural world as they are.
Lead(called Pb hereafter)is used most cases as an alloy
with tin namely "Sn-Pb solder" and Pb for its character
dissolves gradually into acidity water, becoming as apoisonous soluble lead compound. Fig. 1-1 shows amechanism for Pb dissolves into the water.

＋

H 2O

10℃

20℃

80℃

0.035

0.041

−

(acid rain)

PbSO4
PbO

＋

HNO3

＋

H 2O

(acid rain)

Pb(NO3)2
PbCl2

PbO

＋

2HCl

＋

483
6.7

565
9.9

1150
26.2

H 2O

(cont.)

図1−1

はんだ中の鉛の水に対する溶解メカニズムと鉛化合物の水に対する溶解性（酸性雨等の水によって、鉛は水に可溶性の化合物に変わる。
）

Fig. 1-1 Soluble mechanism of the lead in the solder against the water and solubility of the lead compound against the water.
(Lead becomes a water soluble compound by acidity rain water etc.)

大気汚染の問題として取り上げられている酸性雨
は、Pbを水に可溶性のPb化合物にする作用を持っています。図1−2には、水に溶けた可溶性のPb化合物が、自然界の飲料水への混入経路を示しています。
電子機器の自然界への廃棄や産業廃棄物は、Pbによって水を汚染させる源となる可能性があります。
一方、電子機器のはんだ付には、Sn−Pbはんだは重要な材料であり、なくすことはできません。自然界の汚染及び人体へのPbの混入を考慮すると、その安全性の確保の為にはPbを含まないはんだ付材料の開発が重要な課題となります。

Acidity rain which is taken as a problem for atmosphericcontamination has an action to make Pb to a watersoluble Pb compound. Fig. 1-2 explains an intermix
route of the water soluble Pb compound to natural world
drinking water. There is a possibility that a scrapping of
the electronics devices to natural world may become asource of contamination of the water by Pb.
Meanwhile, Sn-Pb solder is an indispensable importantmaterials for the soldering of the electronics devices.
When we consider a contamination of natural world andintermix of Pb into human body, a development of the
Pb-free soldering materials, in view of relevant safety
security, becomes an urgent and important issue.
3酸性雨 Acidity rain

はんだ付された基板の廃棄
Scrapping of soldered
substrate

酸性雨とはんだが接触
Touching acidity rain with the solder

鉛汚染水
Lead contaminated water

酸性水がはんだを浸食
Erosion of acidity rain to the solder

鉛で汚染された地下水
Underground watercontaminated by the lead

はんだ付基板から鉛の飲料水への混入経路モデル
Intermix route model of the lead from soldered substrates to drinking water.

図1−2

廃棄されたはんだ付基板からの鉛の飲料水への混入経路

Fig. 1-2 Intermix route of the lead from scrapped soldered substrate to drinking water.

この小冊子は、電子機器に使われる はんだ付材料のPbフリー化 のタムラのアプローチの概要を説明してあります。電子機器のはんだ付の重要性と環境汚染の回避の狭間の中で、少しでも電子機器産業
界にお役に立てれば幸いです。

2

This booklet describes on the summary of TAMURA's
approach concerning "Soldering materials Pb-free
activities" for the electronics devices, which we
sincerely hope that this will contribute to the electronics
equipment industry in view of importance of thesoldering and prevention of the environmental
contamination.

Pb フリー化の取組みの現状
Current progress status for Pb-free activities

電子機器の部品実装プロセスや材料設計は、はんだ付条件が基本となっています。従って、はんだ付
条件が従来の内容と大きく違うとそのプロセスを導入することができません。
表2−1には、現状のはんだ付プロセスから見た場
合のPbフリーはんだ材料に対する要求項目を示しています。Pbフリーはんだに対する要求内容は、現状のプロセスが変わらず、接合信頼性が確保できることに集約できます。これができなければ、電子機器の実装プロセスの大変革をする必要があります。

Soldering conditions are a basic issue for component
mounting process and materials designing of theelectronics divices. Therefore, we are unable tointroduce the process if and when the soldering
conditions differ greatly from the traditional contents.
Fig. 2-1 shows the requirement items for Pb-freesoldering materials from view point of the current
soldering process, which intensify a stabilized
connecting reliability without changing the current
process.

表2−1 Pbフリーはんだに対する要求特性

Table 2-1 Requirement characteristics for Pb-free soldering（１）融点がSn−Pbはんだ（183℃）に近いこと（２）作業温度が230℃に近いこと（３）Sn−Pbはんだと同等のぬれ性を示すこと（４）機械的強度が十分であること（５）従来設備及び工程が使用できること（６）低コストであること（７）安定供給が可能であること（８）環境上の問題が少ないこと(1) Melting point should be close to Sn-Pb solder(183℃).
(2) Working temperature should be close to 230℃.
(3) Same wetness as Sn-Pb solder is required.
(4) Sufficient mechanical strength is required.
(5) Tranditional equipment and process can be usable.
(6) Low cost is required.
(7) Stabilized supply should be secured.
(8) Less problem for environmental conditions isrequired.

4米国で環境に対するPb汚染の問題が掲げられた
後、Pbを使用した製品が規制対象とされてきました。
その中には、Pbを使用しない材料系への変更もしくは削減が実施されてきました。電子機器のはんだ付用はんだも例外ではなく、規制の対象となっていましたが、はんだの代替材料が見当たらないとのことから、本格的な規制対象に至っていません。その理由としては、Sn−Pbはんだの性質が優れていることに他なりません。しかし、環境汚染の深刻な問題を考慮すると、やはりPbフリー合金の開発及びプロセスの確立は重要な研究テーマとなります。
Sn−Pbはんだ合金は、SnとPb（63／37％）の共晶はんだが主体となります。これまで、Pbフリーはんだの開発は、表2−1の要求項目を基本として、既存の共晶合金からアプローチ（図2−1）されています。しかし、現在までのところ、Sn−Pb共晶はんだの融点と同じ組成は見出されていません。現在、
Sn−Pb共晶はんだに近い性質を持った使用可能な金属組成としては、表2−2の種類が報告されており、これらをベースとして基礎的な研究がされています。

After a subject of Pb contamination for environment was
taken up in the United States, the products used Pb
became an object of control. Soldering materials for theelectronics devices were not exception, however, notbecoming a regular object of control as no replacing
materials were found due to superiority of the Sn-Pb
solder characteristics. Yet, development of Pb-free alloyand establishment of the process are a critical study
theme.
Eutectic solder Sn-Pb (63 / 37%) is a main for Sn-Pb
solder alloy. So far, development of Pb-free solder was
made, making requirement items in Table 2-1 as a baseand approaching from existing eutectic alloy (Fig. 2-1).
However, same composition which has same as Sn-Pb
eutectic solder melting point, has not been found so far.
Today, a kind in Table 2-2 is reported as an usable
metalic composition which has a close characteristic as
Sn-Pb eutectic solder, on which a basic study is underway.

Au-20Sn（278℃）
Sn-5Sb（233-240℃）
Sn-0.7Cu（227℃）
Sn-3.5Ag（ 221℃）
Sn-Pb共晶はんだと同等の融点Same melting point as
Sn-Pb eutectic solder

Bi、
In

Bi、
In
183℃
Sn
In-3Ag（133℃）

Ag、
Cu
Sn-58Bi（138℃）

Sn-51In（138℃）

図2−1

Pbフリーはんだ合金の開発におけるアプローチ（既知の共晶合金に種々の金属を添加して、融点183℃に近づける）
Fig. 2-1 Approach for development of Pb-free solder alloy.
（To make closer to melting point 183℃, adding various metals on the known
eutectic alloy）

5

表2−2 使用可能なPbフリーはんだ合金組成
Table 2-2 Usable Pb-free solder alloy composition

Sn−Ag
Sn−Ag−Bi
Sn−Ag−Cu
Sn−Zn−Bi3

Pbフリーはんだにおけるリフローはんだ付プロセス
Reflow soldering process for Pb-free solder:

電子部品のはんだ付を大きく分けると、リフロー
はんだ付、ウエーブはんだ付、修正はんだ付の3種類になります。Pbフリーはんだ付を実施する為には、
これらのはんだ合金中にPbを含まないはんだを使用する必要があります。
リフローはんだ付の場合には、ソルダーペースト
によってはんだが供給されることから種々の合金組成の利用が可能です。表3−1には実験に使用したPb
フリーはんだ合金を示します。Sn−37Pb合金を比較としていれてあります。

Soldering work for the electronics devices are divided inthree, Reflow soldering, Wave soldering, and Rework
soldering. For Pb-free soldering, the solder which does
not include Pb in the solder alloy should be used.
For reflow soldering, various alloy composition can beutilized as the solder is supplied by the solder paste.
Table 3-1 describes a Pb-free solder alloy which wasused for the experiment. Sn-37Pb alloy is included ascomparison.

表3−1 Pbフリーはんだ合金の組成と物理的な性質
Table 3-1 Composition & Physical Property of Pb-free solder alloy.
溶融混層（℃）
Melting Peak※1

密度（g／cm3）
Density

表面張力（mN／m）※2
Surface Tension

Sn-58Bi

141（136-148）

8.6

380

Sn-Zn-Bi

186（158-193）

7.6

430

Sn-Ag-Bi

210（178-212）

7.6

470

Sn-2Ag-7.5Bi-0.5Cu

209（186-217）

7.5

460

Sn-Ag-Cu-In

216（209-220）

7.4

540

Sn-3.5Ag

223（219-231）

7.4

520

Sn-37Pb

184（184-186）

8.5

500

組 成
Composition(alloy H)※1※2

分析、1℃／分
大気中※1 DSC thermal analysis at scanning rate of 1℃/min.
※2 at air

図3−1は、酸化銅板、ニッケル板、そして42アロイ板に対するぬれ広がり率を示します。Sn−37Pbはんだに比較して、いずれもぬれ広がり率の悪いことが判ります。これはPbを含まないために、合金そのものがはんだ付材料に対して広がろうとする性質が弱いことによります。
図3−2はQFPリードをはんだ付し、ヒートサイク
ル下におけるピール強度の経時変化を示します。Biを含む合金は、初期の強度が低いものの経時的な劣化は認められません。しかし、Sn−Zn−Biは時間の経過と共に劣化の傾向を示します。一方、Sn−
Ag−Cu−Inについては、共晶はんだよりも高いピー
ル強度を示しています。基板の金属材料に対するぬ
れ広がり率は悪いものの、ピール強度の性質はそれ程低下しないことが判ります。

6

Fig. 3-1 Indicates wet spread factor for oxide copper
plate, nickel plate and 42 alloy plate, which showsinferior wet spread factor in comparison with Sn-37Pb
solder. This means that the alloy itself has lower spreadstrength against the soldering materials, as it does notinclude Pb.
Fig. 3-2 Indicates vary-with-time of peal strength underheat cycle, after QFP lead wire is soldered. Alloy which
include Bi does not show deterioration-with-time even an
initial strength is low, however, Sn-Zn-Bi showsdeterioration trend along with time elapse.
Meanwhile, Sn-Ag-Cu-In indicates a higher peal strengththan eutectic solder which means the wet spread factor
for substrate metalic materials is inferior but the peal
strength characteristic does not decrease very much.

100● 酸化銅板（Cu）Oxidized Cu plate

●
●

90

広がり率（％）
Spread Factor

80

●

▲

ニッケル板（Ni）Ni plate●

42アロイ板（42 Alloy）Alloy-42plate

▲

●

▲

▲

●

●

●

●
●

●

70

▲

●

▲

▲
▲

▲

●

●

▲
▲

60

50

40

▲

230 250℃

230 250℃

230 250℃

230 250℃

230 250℃

230 250℃

230 250℃

Sn-Pb

Sn-58Bi

Sn-Zn-Bi

Sn-Ag-Bi

Alloy H

Sn-Ag-Cu-In

Sn-3.5Ag

図3−1 3種類の金属板に対するPbフリーはんだのぬれ広がり性Fig. 3-1 Pb-free solder wet spread factor for 3-kinds metal plates.
60
Sn-Pb
Sn-58Bi▲ Sn-Zn-Bi
Sn-Ag-Bi
Alloy H▲ Sn-Ag-Cu-In
× Sn-3.5Ag

引張強度（Ｎ）
Shear Strength

50
40

▲

▲

▲

30×

×

×

×

▲

▲

▲

▲

▲
×

20

▲

10
0

0

200

400

600

800

1000

サイクル数 Cycle Number

図3−2

QFPリードに対するヒートサイクル下におけるピール強度の経時変化
条件：−30℃（30min）〜＋80℃（30min）
Fig. 3-2 Peal strength vary-with-time under heat cycle for QFP lead.
Condition : −30℃（30min）〜＋80℃（30min）
また、図3−3には、クリープ試験の結果を示します。
共晶はんだに比較して、Biを含む合金は低い値を示します。しかし、共晶はんだよりも優れている組成（Sn−Ag−Bi−Cu、Sn−Ag−Cu−In）も認められます。これらの組成は、熱的な歪みやストレスが加わるような部分のはんだ付には効果的であることが考えられます。
Pbフリーはんだにはこの様な共晶に比較して、良い性質も認められます。しかし、ソルダーペーストには、印刷、はんだ付、その後の接合信頼性と多くの付加しなければならない性質があります。表3−2には、メタルマスク上におけるソルダーペーストのスキージによるローリング時の粘度変化を示します。共晶はんだに比較して、版上でソルダーペース
トがローリングされる時、Pbフリーはんだは粘度が変化し易いことを示しています。

Fig. 3-3 indicates a result of creep test. Alloy which
includes Bi shows a lower value when compared witheutectic solder, but a composition superior to the eutectic
solder (Sn-Ag-Bi-Cu, Sn-Ag-Cu-In) is also recognized.
These compositions seem to be effective for thesoldering for the part where thermal distortion and stressare added on.
Pb-free solder has a superior characteristic comparedwith these eutectic, however, the solder paste provide
various characteristics which should be added on suchas printing, soldering, then after connecting reliability, etc.
Table 3-2 indicates a viscosity variation on rolling by
squeeze of solder paste on a metal mask. This meansthat Pb-free solder's viscosity is variable when solder
paste is on rolling, compared with the eutectic solder.

7

10
Sn-Bi

Sn-Ag-Bi

Sn-Zn-Bi

Sn-Pb

Sn-Ag-Cu-In Sn-Ag

▲

▲

2

負荷加重（N/mm ）Load Charge Weight

▲

1.0

銅線
Copper wire
Solder▲治具
Supporter

PCB：保持no-dropping

負荷 Load charge
0.1
0.01

0.1

1

10

100

1000

10000

抜去時間 Dropping Time of Load（h）

図3−3 Pbフリーはんだ合金のクリープ試験結果
Fig. 3-3 Result of creep test for Pb-free solder alloy.
表3−2 Sn−Ag−Biのソルダーペーストの印刷時の粘度変化
Fig. 3-2 Viscosity variation at Sn-Ag-Bi solder paste printing time.
粘度Viscosity（Pa・s）※1

組 成Composition

200 stroke

1000 stroke

変化率（％）
Change Rate

Sn−Ag−Bi (RA)

380

450

18

n−Ag−Bi (RMA)

320

350

9

Sn−Ag−Bi (RMAO)

270

310

15

Sn−Pb (RA)

390

400

3

※２

※1
※2

4

ブルックフィールド粘度計（HBT）
ノンハロゲンタイプ※1 Viscosity meter of Brookfield Model HBT※2 Non-halogen type.

Pbフリーはんだにおけるウエーブはんだ付プロセス
Wave soldering process for Pb-free solder:

図3−3のクリープ試験の結果からは、スルーホールに対して、Pbフリーはんだはむしろ向いていることが伺われます。しかし、この様な複合的な組成が、連続で使えるのか、不良の発生状況は、といった不安定要素が残されています。そこで、ウエーブはん
だ付時に発生する問題点を列記し、その対策方法をまとめて表4−1に示します。
表4−1

Result of the creep test shown in Fig. 3-3 gives animpression that Pb-free solder rather fit for a throughhole, however, there remain uncertainty factors such aswhether these compound compositions are good forcontinuous operation, and occurrence of defect, etc.
Table 4-1 shows a problem list for the wave solderingand its counter-measures.

Pbフリー化におけるウエーブはんだ付の問題点と対策方法
問

題

点

対

策

方

法

●

ドロスの発生増加と不良の発生●

ドロスの抑制、酸化防止（N2雰囲気）●

合金組成の管理と不純物の混入●

定期的な検査と早期交換●

波高の不安定性●

はんだ付装置の改善●

スルーホール上がり性の低下●

はんだ付装置の改善

Table 4−1 Problem list for the wave soldering and its counter muasures.
Problems on Pb-free wave soldering

8Counter-measures●

Increase of dross generation & occurrence of defect.

●

Suppression of dross, prevention of oxidation (N2 Atmosphere)●

Management of alloy composition and intermix of impurities.

●

Periodical check-up, earlier exchange.

●

Instability of wave height.

●

Improvement of the soldering equipment.

●

Decline of through-hole finish trend.

●

Improvement of the soldering equipment.

図4−1にはPbフリーはんだ合金の噴流時のドロスの発生量を示します。いずれも、大気中で測定したものですが、酸化され易い金属（InやZn）を含むは
んだ合金は、ドロスの発生量が大幅に増加する傾向を示します。一方、Sn−Ag−Biはんだは共晶はんだに比較して15％程度の増加を示しています。この程度であれば、ディップ時に、N2雰囲気下にすることによって、ドロスの発生量は大幅に改善できるものと考えられます。

Fig. 4-1 shows a generated quantity of the dross on jettime of Pb-free solder. Those were measured
respectively in atmosphere and the alloy which include
easily oxidized metals (In & Zn) tends to increase
largely a dross generation quantity, while Sn-Ag-Bi
solder shows an increase by 15% level in comparison
with the eutectic solder.
Dross generation quantity seems to be improved to agreat extent through making it below N2 atmosphere
while dipping, if the increase is at this level.

ドロス発生量（g／h)
Dross generation quantity

300

200

100

0

Sn-37Pb

Sn-Ag-Bi

Sn-Ag-Bi-Cu

Sn-Ag-Cu-In

Sn-Zn-Bi

Pbフリーはんだ合金 Pb-free solder alloy

図4−1 Pbフリーはんだ合金の噴流時のドロスの発生量
Fig. 4-1 Dross generation quantity in wave of Pb-free solder alloy.
図4−2には、Sn−3.5Agはんだを用いて、大気とN2下でスルーホール上がり性を比較した断面写真を示します。実験に使用したディップ槽は、弊社製のMr.FLIP方式（図4−3）を採用しています。Mr.FLIP
方式は、電磁誘導方式を採用しており、通常のディップ方式に比較して、スルーホール部分へ溶融はん
だを強制的に供給する事が可能です。フィレットの形は、酸素濃度を100ppm程度にすると、大気に比較して高くなる傾向を示します。しかし、写真で観察する限り大気でも十分なフィレットを形成しています。また、リードの表面状態によるぬれ性の差はほとんど認められません。

Fig . 4-2 shows a cross section photograph forcomparison of through-hole finish trend underatmosphere and N2, using Sn-3.5Ag solder. Dip bathused for the experiment adopted Mr. FLIP system (Fig.
4-3) made by TAMURA. Mr. FLIP system adopts amagnetic conduction system and capable to make aforced supply of melting solder to through-hole part,compared with the ordinary dip system. Fillet form tends
to become higher compared with atmosphere if oxygen
density is made to 100ppm level, however, a proper
fillet is formed even in atmosphere as far as we see inthe photograph. Difference of wetness can hardly beseen at surface of the lead.

FLIP(フリップ）式はんだ槽
ミスターフリップ

FLIP〔Flat Linear Induction Pump〕PAT.PEND

図4−3 フリップ式はんだ槽
Fig. 4-3 Mr. FLIP system soldering bath.

電磁誘導による駆動方式

Driving system by magnetic conduction:

特長

Features

変動の少ない波● 表面が滑らか● 素早い応答性● はんだ容量が少ない● はんだ槽材質 SUS316● はんだ槽ドレーン専用ヒーター標準装備●●

Wave with less fluctuation.
Smoother surface.
● Quick response.
● Less solder capacity.
● Material used for soldering bath : SUS 316.
● With heater of solder drain.
●

9

8Pコネクター、Snめっき 8P Connector, Sn plating.
100ppmO2

大気 Atmosphere250ppmO2

大気 Atmosphere

500μm

Mr.FLIP方式 Mr. FLIP system (Sn−3.5Ag)

従来ディップ方式 Traditional Dip system (Sn-37Pb)

はんだ温度：250℃
Soldering temperature (250℃)

はんだ温度：245℃
Soldering temperature (245℃)

Cu 0.8mmφ、はんだめっき Solder plating
100ppmO2

大気 Atmosphere250ppmO2

大気 Atmosphere

500μm

Mr.FLIP方式 Mr. FLIP system (Sn−3.5Ag)
はんだ温度：250℃
Soldering temperature (250℃)

従来ディップ方式 Traditional Dip system (Sn-37Pb)
はんだ温度：245℃
Soldering temperature (245℃)

Cu 0.8mmφ100ppmO2

大気 Atmosphere250ppmO2

大気 Atmosphere

500μm

Mr.FLIP方式 Mr. FLIP system (Sn−3.5Ag)

従来ディップ方式 Traditional Dip system (Sn-37Pb)

はんだ温度：250℃
Soldering temperature (250℃)

はんだ温度：245℃
Soldering temperature (245℃)

図4−2 Mr.FLIP方式と従来ウエーブ方式におけるスルーホールに対する接合断面写真
Fig. 4-2 Joint cross section photographs for the through-hole in Mr. FLIP system and traditional wave system.
10

5

タムラのPbフリーはんだ付へのアプローチ
TAMURA's approach toward Pb-free soldering

Pbフリーはんだを用いたはんだ付には、まだ多くの調査しなければならないことがあります。Pbフリーはんだは、優れた特性を有する反面解決しなければならない点も多く残されています。Pbフリー化を実現するためには、現状の実装プロセスに関係する
多くの分野の積極的な協力が必要で、全てはんだ材料で解決できる問題ではありません。

There are many issues which need further research andstudy for the soldering which used Pb-free solder. Pbfree solder has superior characteristics while also has
many items to be solved. For the completion of Pb-free
activities, positive co-operation by various branches
related to current mounting process is indispensable
and the solder materials alone unable to settle theproblem.

タムラは、基板材料、はんだ付材料、はんだ付装置といったはんだ付に必須の分野を市場に供給しています。この点から、Pbフリー化実現に対して、弊社の役割は大きく、図5−1に示すような分野からのアプローチが可能です。
TAMURA Corporation is providing the market with substrate materials, soldering materials and soldering
equipment which thoroughly cover whole industry needs. Under the circumstances, a role TAMURA canplay seems great for materialization of Pb-free activities, presenting intensive approaches as described in
the below chart.

はんだ合金
Pbフリー合金
Solder AlloyPb-free alloy

ディップ方式Pbフリー用フラックス
Dip system
Flux for Pb-free

SMT
Pbフリー
ソルダーペースト
SMT Pb-free
Solder Paste

基板関係
耐熱性レジスト
Substrate related
Heatproof resist

Pbフリー実現化に向けて
To the progress of
Pb-free activities

銅箔表面保護剤
水溶性プリフラックス
Copper foil surface
protective materials
Water soluble preflux

はんだ付装置N2ウエーブ、リフロー
Mr. FLIP
Soldering equipment
N2 Wave, Reflow,
Mr. FLIP system

図5−1 タムラのPbフリーはんだ付の実現に向けてのアプローチ
Fig. 5-1 TAMURA's approach toward the progress of Pb-free soldering.

11

2
GUIDANCE
Presentation
by TAMURA

鉛フリー
はんだ付技術＜プロセス設計へのアプローチ＞

Pb-FREE
SOLDERING TECHNOLOGY<An Approach to Prosess Design>

INDEX
1

PAGE

はじめに ……………………………………………………………………13
Introduction

Pbフリーはんだ合金について ……………………………………………14
Pb-free Solder Alloy

2(1)機械的性質

Mechanical Properties

14(2)ぬれ性に関してWettability

15(3)Pbフリーはんだとめっきとの関係

Relationship Between Pb-free Solder and Plating 16

3

Pbフリー用フラックスに関して …………………………………………17

4

Pbフリー用ソルダーペースト ……………………………………………18

Flux for Pb-free Use

Pb-free Solder Paste

Pbフリーはんだ対応自動はんだ付装置 …………………………………20
Automatic Soldering Equipment for Pb-free Solder

5

6

12

(1)Pb フリーはんだとはんだ付装置

Pb-free Solder and Soldering Equipment

20(2)はんだとウエーブはんだ付装置

Solder and Wave Soldering Equipment

20(3)はんだとリフローはんだ付装置

Solder and Reflow Soldering Equipment

21

むすび ………………………………………………………………………21
Conclusion

1

はじめに Introduction
鉛フリー（Pbフリー）はんだ付技術ガイダンス（No.1） では、Pbフリーはんだの必要性と簡単なはんだ付の結果をご紹介しました。
Pbフリーはんだ合金全般については、おおむね以下の様な使用上の留意点が列記されます。
従って、Pbフリーはんだ付においては、これらの次項を改善する必要性があります。

（1）ぬれ広がり性が悪い（2）ぬれ時間が長い（3）融点が高い（4）Pbの混入による信頼性への影響（5）Pbフリーはんだに合った設計が必要（6）Pbフリーはんだのためのシステム開発

本ガイダンスでは、数々のPbフリーはんだ合金から、検討が進められているSn-Ag系
はんだを中心とした結果について概説します。

In the "Guide for Lead-Free (Pb-free) Soldering Technology No.1", an introduction to thenecessity of Pb-free soldering and to the results of simple soldering was made.
In regards to Pb-free soldering alloy in general, attention shall be given to the following points
in their use :(1) Poor guality of wetting spread.
(2) Lengthy wetting time.
(3) High melting point temperature.
(4) Reliability influences due to Pb mixing.
(5) Necessary design matching with Pb-free soldering.
(6) Pb-free soldering system development.

In Pb-free soldering, therefore, it will be necessary to improve these items.
In the present guide, an outline will be given of numerous Pb-free soldering alloy and of theresults centering around the Sn-Ag series solder being studied.

13

2

Pbフリーはんだ合金について Pb-free Solder Alloy

1 機械的性質

1 Mechanical Properties

Sn-Pb系はんだの代替はんだ合金として、主な合金組成とSn-37Pb共晶はんだとの簡単な比較を表1に示します。
ぬれ性は、いずれの組成においても劣っています。また、溶融温度も悪い結果となっています。しかし、熱疲労においては、優れた性質を示しています。このことは、Pbフリーはんだの新たなはんだ付材料としての可能性を提起しています。

As a substitute solder alloy of the Sn-Pb series solder, major
alloy compositions and a simple comparison to Sn-37Pb eutectic solder is shown in Table 1.
Wettability is inferior in either one of the compositions. Furthermore,
the melting temperature scores bad results. In thermal fatigue,
however, an excellent quality is demonstrated. This brings forward
a possibility for Pb-free solder as a new soldering material.

表1 Pbフリーはんだの分類と簡単な比較
Table-1 Classification of Pb-free solder and simple comparision

合金組成
Alloy
composition

ぬれ性wettability

溶融温度Melting
temperature

コスト
Cost

機械的性質
Mechanicalproperties

熱疲労
Thermalfatigue

Sn−Ag

×

○

△

△

○

Sn−Ag−Cu

×

△

△

○

○

Sn−Ag−Bi

○

△

△

△

○

Sn−Bi−Cu

○

△

○

△

○

Sn−Cu

×

△

○

○

○

Sn−Zn−Bi

×

△

○

○

○

Sn−Sb

×

○

○

○

○

図1には、Sn-Ag系はんだのBiの添加と機械的性質を示します。Sn-3.5Agは221℃の共晶組成ですが、Sn-37Pb共晶はんだに比較して融点が38℃も高く、Biの添加による低融点化が検討されています。Biを添加すると伸びは大きくなりますが、５％Bi以上では大きな差がありません。反面、引張強度は低下します。疲労寿命はBiの添加によって低くなり、またSN曲線も低くなります。

Fig.1 shows the addition of Bi to the Sn-Ag series solder andmechanical properties. Sn-3.5Ag is an eutectic composition of 221℃.
However, its melting point is higher than Sn-37Pb eutectic solder somuch as 38℃ so that the lowering of the melting point is consideredby the addition of Bi. When Bi is added, the elongation becomes
greater. However, there is no great difference when the addition
exceeds 5% Bi. On the other hand, tensil strength declines. With theaddition of Bi, fatique life becomes low and so does the SN curve.

50

100

50

40

80

40

30

60

20

40

10

20

0
0

5

10
15
20
Bi（mass%）

25

Fatigue life（％）

U.T.S（N/mm2）

Total elongation（％）△γt=2%

0
30

30

125℃
10
0
0

100

40

80

30

60

20

40
20

0

0
30

0

5

10

15
20
25
Bi（mass%）

Bi含有量と伸び、引張り強度（125℃）
Bi contents and elongation and tensile strength

5

10
15
20
Bi（mass%）2530Bi含有量と疲労寿命
Bi contents and fatigue life

100
Shear strain△γt（％）

50

U.T.S（N/mm2）

Total elongation（％）

Bi含有量と伸び、引張り強度（20℃）
Bi contents and elongation and tensile strength

10

R.T.

20

0％Bi
Sn-37Pb

10

5％Bi

1

10％Bi
2％Bi

0
0

100

1000
10000 100000
Fatigue life
（cycle）

Bi含有量とSN曲線
Bi contents and SN curve

図1 Sn-Ag系はんだに対するBiの添加と機械的性質の変化
Fig.1 - Addition of Bi to Sn-Ag series solder and change in mechanical properties
cf:Microjoining and Assembly Technology in Electoronics p77(1997).
14

図2にはメニスコグラフによるぬれ時間と作用力の関係を示します。Sn-3.5Ag-Cuでは、Cuの含有量が増加するにしたがって、ぬれ時間は短くなる傾向にあります。Cuの添加によるぬれ性への効果は認められますが、0.6s程度でそれ以上は期待できません。一方、作用力はCuの添加によってほとんど影響を受けません。

Fig.2 shows the relationship between wetting time and force byusing "Meniscograph". In Sn-3.5Ag-Cu, wetting time tends tobecome shorter as Cu contents increases. Although the effect of
the addition of Cu on wettability is recognizable, it is only in theorder of 0.6s or thereabouts. Not much more than that can be
expected . On the other hand, wetting force is not at all affectedby the addition of Cu.

1.2

5.6

1.0

5.5

0.8

5.4

0.6

5.3

0.4

5.2

0.2
0

0.5

1.0

：ぬれ作用力（mN）
Wetting force

2 Wettability：ぬれ時間（s）
Wetting time

2 ぬれ性に関して

5.1
2.0

1.5

Cuの含有量 Cu contents（% ）図2
メニスコグラフ法によるSn-3.5Ag-Cuにおけるぬれ時間とぬれ作用力の関係
Fig.2 - Relationship between wetting time and force in Sn-3.5Ag-Cu by use of "Meniscograph"
はんだ付温度
フラックス
浸漬時間

Soldeing temperature :250℃
Flux:CF-110VH-2A
Dipping speed:5mm/s

試験片Test piece:Cu
浸漬時間 Dipping time :5s
浸漬深さ Dipping depth :1mm

Fig.3 shows the results of an investigation on wettability spreadfactor on copper plate. The addition of Cu and Bi in Sn-3.5Ag causes
a tendency for improvement in either cases. As for Cu, however, theeffect becomes weaker in excess of 0.8% and it gets lower in case ofadding 2%. In Bi, on the other hand, the rate of change is small
though Bi tends to increase little by little up to 15%. Considering
mechanical characteristics, it will become less than 5% of Bi so thatno effect can be expected by solder spread factor.

図3には、銅板上におけるぬれ広がり率について調べた結果を示します。Sn-3.5Ag に対して、CuとBiを添加するといずれも改善される傾向にあります。しかし、Cuに関しては、0.8％以上では効果が弱くなり、2％添加すると低くなります。一方、Biは、15％まで少しず
つ上がってゆく傾向を示しますが、変化率は小さな値です。機械的特性を考慮すると、Biは5％以下となり、ぬれ広がり率の改善効果は期待できません。

はんだ広がり率（％）
Solder spread factor

80
78
76
74
72
70

0

0.5

1.0

1.5

2.0

Cuの含有量 Cu contents（％）

はんだ広がり率（％）
Solder spread factor

90
85
80
75
70
65
0

5

10

Biの含有量図3

15Bi contents（％）

Sn-3.5Ag系におけるCuとBi含有量とはんだ広がり率の関係

Fig.3-Relationship between Cu, Bi contents and solder spread factor in the Sn-3.5Ag series
はんだ付温度試験片Soldering temperature :250℃
Test piece:Cu15図4には、はんだ付温度とぬれ時間の関係を示します。はん
だ付温度を高くするとぬれ時間は速くなる傾向にあります。
250℃では1s程度まで速くなりますが、共晶はんだには及びません。この様に、Pbフリーはんだ合金のぬれ性は、添加金属
成分、はんだ付温度等によって、改善できる可能性が少なく、大きな問題となっています。

Fig.4 shows the relationship between soldering temperature andwetting time. There is a tendency that the wetting time is quickened
as the soldering temperature is raised. lt is quickened up to about 1s
at 250℃, but it falls far short of eutectic solder. The wettability of Pbfree solder alloy has little possibility of improvement by metal
additives and soldering temperature thus presenting a big problem.

ぬれ時間 Wetting time（s）

5.0：Sn-3. 5Ag-1.0Cu：Sn-2. 5Ag-2. 5Bi-0. 5Cu：Sn-3. 5Ag：Sn-37Pb

4.0

3.0

2.0

1.0

0
220

225

230

235

240

245

250

255

はんだ付温度（℃） Soldering temperature

図4 Sn-Ag系Pbフリーはんだのはんだ付温度とぬれ時間の関係
Fig.4 - Relationship between soldering temperature and wetting time in the Sn-Ag series Pb-free solder

図5は、窒素雰囲気下におけるはんだ付性を調査した結果です。100ppmO2と低い酸素濃度ですが、ぬれ性の改善はほとん
ど認められません。しかし、窒素リフローはんだ付においては、はんだ付不良の減少に効果があるとの報告もあることか
ら、生産性の向上は期待できます。

はんだ広がり率（％）
Solder spread factor

90：Cu板上大気：Cu板上窒素雰囲気下
100ppmO2：Auめっき上85

Fig.5 shows the result of investigation of solderability under
nitrogen ambience. Practically no improvement is seen in
wettability though oxygen concentration is as low as 100ppm O2.
In nitrogen reflow soldering, however, there is a report that it has
been effective for the reduction of defective soldering so that
expectation can be placed on the improvement of productivity.

Cu plate under atmosphere
Cu plate under nitrogen ambience
Above Au Plating

80

75

70

Sn−3.5Ag

Sn−3.5Ag−1.0Cu

Sn−3.5Ag−1.0Bi

Sn−3.5Ag−2.0In

図5
大気と窒素雰囲気下におけるはんだ広がり率の影響
Fig.5 - Influence of solder spread factor under atmosphere and nitrogen ambience

3 Pbフリーはんだとめっきとの関係

3 Relationship between Pb-free Solder and Plating

すでに、PbフリーはんだはCu板に対するはんだ付性が劣ることを述べました。ここでは、ぬれ性の改善として、各めっきとはんだ付性の関係を記載します。図6には、各種めっきに対するはんだ広がり率の関係を示します。Sn、Sn-Ag、Sn-Biめ
っきについては、Cu板に比較して大幅にぬれ性が向上しています。これはNi板を母材とした場合でも同様です。ほとんど
90％以上のぬれ広がり率を示しています。このことから、部品及び銅箔ランドに対して、これらのめっきを施すことによって、ぬれ性はかなり回復できることを示しています。

It has been described already that Pb-free solder is inferior insolderability to Cu plate. For the improvement of wettability, therelationship between plating and solderability will be described
here.Fig.6 shows the relationship between plating and solder
spread factor. As for Sn, Sn-Ag, Sn-Bi plating, a substantial
improvement is seen in wettability on Cu plate. The same
applies to the cases using Ni plate as base material. Wettability
spread factor of more than 90% is shown in most cases. Thisshows that wettability can be recovered fairly well if these platingwere given to parts and copper foil land.

はんだ広がり率（％）
Solder spread factor

100

Cu板

Cu Plate

42アロイ板42 Alloy Plate

90

80

70
：Sn−3.5Ag−1.0Cu：Sn−2. 5Ag−2. 5Bi−O. 5Cu
60

Cu
板
Plate

Sn
SnAg SnBi SnPb
Au
Pd
42
Sn
SnAg SnBi SnPb
めっき めっき めっき めっき めっき めっき アロイ板 めっき めっき めっき めっき
Plating Plating Plating Plating Plating Plating Alloy Plating Plating Plating Platingplate

試験片の母材及びメッキの種類

Nl
板
Plate

Base metal and type of plating used for test pieces

図6 各種めっきに対する2種類のPbフリーはんだによるはんだ広がり率の比較
Fig.6 - Comparison of solder spread factor by use of two types of Pb-free solder on plating
16

3

Pbフリー用フラックスに関して Flux for Pb-free Use
Table 2 shows the basic characteristics of post flux as against
Pb-free solder of Sn-Ag-Cu and Sn-Ag-Bi-Cu. There are two
types of flux prepared a low residue type and an ultra low
residue type. Both of them can be applied by foaming andspraying.
Table 3 shows the results of through hole up rate. If resin-basedheat resistant pre-flux is used, it will cause no problems inthrough hold up rate either under atmosphere or nitrogenambience. In water soluble heat resistant pre-flux, however,there is a tendency to get low as reflow frequency increases.
Though water soluble heat resistant pre-flux will provide a very
effective means for the process of fining, problems will exist in
the point of heat resistance.

Sn-Ag-Cu及びSn-Ag-Bi-CuのPbフリーはんだに対するポス
トフラックスの基本的な特性を表2に示します。低残さタイプと超低残さタイプの2種類を用意しております。いずれも発泡とスプレーで塗布ができます。 表3にはスルーホールはんだ
上がり率の結果を示します。樹脂系耐熱プリフラックスを用いると、大気、窒素雰囲気下いずれもはんだ上がり率は問題ありません。しかし、水溶性耐熱プリフラックスでは、リフロー回数が増すと低くなる傾向にあります。 ファイン化に対しては、水溶性耐熱プリフラックスは大変有効な手段です
が、耐熱性の点において、課題が残されています。

表2 Pbフリー用ポストフラックスの基本的な特性
Table-2 Basic characteristics of post flux for Pb-free use

項 目

低残さタイプ Low residue typeEC−19S

Item

超低残さタイプ Ultra low residue type
EC−15

0.817

0.808

比重

Specific gravity

固形分含有量Solid content

（%）

15

6.0

粘度

Viscosity（mPa・s）

2.7

2.8

塩素含有量

Chlorine content（%）

はんだ広がり率
Solder spread factor
塗布方法

0.08

78（Sn−Ag −Cu）
81（Sn−Ag −Bi−Cu）

発泡及びスプレー
Foaming and spraying

発泡及びスプレー
Foaming and spraying（％）

Application

0.00

79（Sn−Ag −Cu）
81（Sn−Ag −Bi−Cu）

表3 表面処理の違いによるスルーホールはんだ上がり率
Table-3 - Through hole up rate under atmosphere and nitrogen ambience（unit：％）

加湿劣化条件Conditions of deterioration byhumidefication

リフロー処理 Reflow treatment
雰囲気 Ambience

回数 TimeRT-02RWPF-106A

比較 B
Comparison B

無し None

無し
None

100

100

100

N2

1

100

100

100

N2

2

100

95

100

AIR

1

100

100

100

AIR

2

100

94

87

100

100

100

無し None40℃ 90%RH
96hrs

はんだ組成

N2

1

100

100

100

N2

2

100

98

100

AIR

1

100

100

100

AIR

2

100

94

96

Solder composition:Sn-3.5Ag-0.7Cu フラックス Flux:ULF-210R

はんだ付温度 Soldering temperature:250℃

17

4

Pbフリー用ソルダーペースト Pb-free Solder Paste
With respect to solder paste, TLF-19 series (Table 4) havebeen developed. Both of them are capable of properly dealing
with refining at 0.4mm pitch. Table 5 shows the characteristics of
Pb-free solder. CAP profile (Conventional Activated Reflow
Temperature Process Profile)of Pb-free solder paste is shown in
Fig.7. Peak temperature is set at 230 to 240℃ in considerationof parts weak in heat resistance like semi-conductors andconnectors. Reflow profile, however, needs to be set by giving
full consideration to the relationship of parts with heat mass.

ソルダーペーストに関しては、TLF-19シリーズ（表4）を開発
しております。いずれも、0.4mmピッチのファイン化対応を可能としています。表5には、種々のＰｂフリーはんだの特性を示します。Ｐｂフリーソルダーペーストの一般的なCAPプロフ
ァイル(Conventional Activated Reflow Temperature Process
Profile)を図7に示します。半導体やコネクターなどの耐熱性の弱い部品を考慮して、ピーク温度は230〜240℃としています。
しかし、リフロープロファイルは、部品のヒートマスの関係を十分考慮して設定する必要があります。

表4 Pbフリー用 ソルダーペーストの基本的な特性
Table-4 Basic characteristics of Pb-free solder paste
項 目

Item

TLF-201-19

TLF-204-19

TLF-301-19

TLF-302-19

合金

Alloy composition（%）

Sn/3.5Ag/0.7Cu

Sn/3.0Ag/0.5Cu

Sn/2.5Ag/2.5Bi/0.5Cu

Sn/2.5Ag/1.0Bi/0.5Cu

融点＊

Melting point（℃）

215〜220216〜220207〜218

214〜221

粒度

Particle size

（μm）

20〜38

20〜38

20〜38

20〜38

（％）

11.8

11.8

11.8

11.8

フラックス含有量

Flux content

塩素含有量

Chlorine content

（％）

0.0

0.0

0.0

0.0

粘度

Viscosity（Pa・s）

210

210

210

210

＊ DSCによって測定

Measured by DSC（Differential Scanning Colorimtry)

表5 Pbフリーはんだの特性一覧表*
Table-5 List of characteristics of Pb-free solder paste
品 名

Pbフリーはんだ Pb-free solder

Item

合金組成 Alloy composition

Sn-Ag

融点（℃） 固相 Solid phase
Melting
液相 Liquid phase
point

221

強度 Strength
クリープ Creep

共晶 Eutectic

Sn-Zn-Bi

Sn-Ag-Bi

Sn-Ag-Cu-In

Sn-Ag-Bi-Cu

158

178

208

186

193

212

220

217

85

85

50

110

60

183
100

65

100

100

100

100

80

75

90

80

50

100

ニッケル板 Nickel plate

90

70

90

90

90

100

42 アロイ板 42 Alloy plate

70

85

90

90

90

100

保存安定性 Storage stability

−−

×

○

−−

−−

−−

印刷時の粘度安定性
Viscosity stability during printing

−−

−−

△

−−

−−

○

広がり
Spreadfactor100

酸化銅板 Copper oxide plate＊ 共晶はんだSn-37Pbを100とした値

Conversion value to 100% of Sn-37Pb eutectic solder

本加熱部
Reflow
area

温度 Temperature（℃）

強制冷却部
Forced cooling area

昇温部
Temperaturerising area

プリヒート部
Preheat area

立ち上げ
start-up

プリヒートの継続
Continuation of preheating

立ち上げ
Start-up

冷却
Cooling

2〜4℃/秒s

150〜200℃/60〜120秒s

2〜4℃/秒s

1℃/秒s

ピーク温度：230〜240℃
Peak temperature

250

220
200
170
150
120
100

25

0

50

100

150

200

250

時間 Time（s）
図7 Sn-Ag-Cu系ソルダーペーストの適合温度プロファイルの一例
Fig.7 - An example of suitable temperature profile for solder paste of the Sn-Ag-Cu series
18

Sn-Pb

接合強度 Connection strength（X10N）

図8は、Sn-Ag-Bi-Cuのソルダーペーストにおける217℃の溶
融温度時間と接合強度の関係を調べた結果です。溶融時間が長くなると接合強度は上がる傾向を示しています。これは、溶融時間を長くとることによって、合金層の成長をうながし、接合状態が改善することを示しています。部品の耐熱性の関係でピークを上げることが困難ですので、ピークを平滑にすることによって、はんだ付性を向上させることが可能です。
HAT profile(Hybride Activated Reflow Temperature Process
Profile)Fig.8 shows the results of checking the relationship between
melting temperature time of 217℃ and connecting strength in solder
paste of Sn-Ag-Bi-Cu. It shows a tendency of connecting strength
going up as melting time is lengthened. This shows the
improvement of connecting conditions through the acceleration of
the growth of alloy layer by lengthening melting time. As it is difficult
to raise the peak in connection with the heat resistance of parts,
improvement of solderability will be possible by HAT profile(Hybride
Activated Reflow Temperature Process Profile)

1.0
0.9

HAT

0.8
CAP

0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
0

5

10

15

20

25

30

35

図8 Sn-Ag-Bi-Cuのリフロー温度域（217℃以上）と接合強度の関係
Fig.8 - Relationship between reflow temperature range (over 217℃) of Sn-Ag-Bi-Cu and connection strength

図9には、ファインピッチにおける印刷性を体積率の変化で見た結果を示します。オープニングサイズが0.15mmと狭小になっても、転写されるソルダーペーストの量にはほとんど変化がありません。

Fig.9 shows the results of printability in fine pitches as seenfrom volume change solder paste. Even if the opening size
grows as narrow as 0.15mm, there is practically no change in
the amount of solder paste transcribed.

印刷抜け性試験結果（1枚目）
Test results on point penetration（first sheet）

印刷抜け性試験結果（50枚目）
Test results on point penetration（50th sheet）

100

120

体積率 Volume ratio（％）

体積率 Volume ratio（％）

120
RMA-20-21(Sn-Pb-Ag系)series
Sn-Ag-Cu系 series
Sn-Ag-Bi-Cu系 series

80
60
40
20
0

100

RMA-20-21(Sn-Pb-Ag系)series
Sn-Ag-Cu系 series
Sn-Ag-Bi-Cu系 series

80
60
40
20

0.150

0.175

0.200

0.225

0.250

0

0.150

開口幅 Opening width（mm）

0.175

0.200

0.225

0.250

開口幅 Opening width（mm）

図9 オープニングサイズの違いによるソルダーペーストの体積率の変化
Fig.9 - Volume change in solder paste by difference in opening size
レーザー３次元解析装置 Laser 3rd dimentional analyzer

19

5

Pbフリーはんだ対応自動はんだ付装置
Automatic Soldering Equipment for Pb-free Solder

1 Pbフリーはんだとはんだ付装置

1 Pb-free Solder and Soldering Equipment

関係者の不断の努力により、各種のPbフリーはんだが開発され、おのおのの立場から各種評価が行われ、いよいよ量産化に向けた最終段階に向け、アクセルがかかっているとタムラは考えます。
これまで公表されているはんだと装置のかかわりについて様々な視点からみたものを表6に示します。（順不同）

Tamura considers that through the incessant efforts of people
concerned, various types of Pb-free solder (hereunder abbreviated assolder) have been developed, evaluations made from different
standpoints and the development accelerated toward the final stage formass-production. Table 6 shows what has been seen from various
viewpoints about the relationship between the solder and equipment
made public heretofore. (Not in order).

表6

はんだと装置のかかわり

Table 6 - Relationship between solder and equipment

As compared with Sn-Pb eutectic solder.

Sn-Pb共晶はんだとの比較
作業温度はおおむね250℃と高い。
酸化されやすい。
● 流動性がない。
● スルホールのフローアップが低い。
● はんだ付不良が生じやすい（ブリッジなど）。
● 比較的凝固しやすい。
● はんだによりフィレットリフトオフが問題である。
● はんだにより窒素雰囲気が良い。
● はんだ付温度によりぬれ広がり性が異なる。
● リフローでは温度のバラツキを小さくする必要がある。
●●

これらの経験的事象は装置への要求事項であり、ウェーブはんだ付装置、リフローはんだ付装置双方にとって装置側で対応すべき必然
的課題、すなわち仕様ととらえることができます。

Operating temperature is generally 250℃.(Too heigh)● Easily oxidized.
● Has no fluidity.
● Through hole low in flow-up.
● Tends to cause defective soldering (like bridges).
● Coagulates relatively easily.
● Fillet lift-off is problematical depending on solder.
● Nitrogen ambience works better , depending on solder.
● The spread of wettability varies depending on soldering
temperature.
● Necessary to minimize dispersion in temperature in reflow.
●

These empirical phenomena being requirements for equipment, they can betaken as assignments to be inevitably solved on the side of equipment to both
wave soldering equipment and reflow soldering equipment, that is,
specifications.

2 はんだとウエーブはんだ付装置

2

表6のキーワードからタムラのアプローチの一端を以下、ご紹介いたします。

From key words as contained in Table 6, part of approaches made by Tamura are（１）作業温度
基板に搭載されるSMD の耐熱性の観点から、従来にも増してはんだ付温度の上限をきびしくチェックする必要があります。このことはPID制御1)が必須であり、噴流面における温度のバラツキの最小化を測る必要があります。

Solder and Wave Soldering Equipment

introduced hereunder:(1) Operating Temperature
It is necessary to severely check the upper limit of soldering temperature than everbefore from the viewpoint of the heat resistance of SMD mounted on boards. This
will make PID control 1) essential. It will be necessary to minimize dispersion intemperature on jet plane.

(2) Prevention of Oxidization（２）酸化防止はんだの表面を酸化膜が平行するため、この膜が基板に付着してはんだ付性を阻害することのないよう対策を講ずる必要があります。窒素ガスの供給が確実な対策法でしょう。残留酸素濃度と酸化物生成データ2)からおよそ10000ppmは下回る必要があるでしょう。また、酸化物の生成に影響する水頭差はできるだけ縮小すると好結果が得られます。

Since oxidized film moves backward over the surface of solder, it will be necessary
to take measures to assure that the film will not hamper solderability, adhering to
the boards. The supply of nitrogen gas will be a sure countermeasure. It will benecessary to go below approximately 10,000ppm from the data on residual oxygen
concentration and generation of oxides2). A good result will be obtained if the waterhead difference affecting to the generation of oxides were cut down as far as
possible.

（３）流動性及びフローアップ
基本システムはダブルウエーブで行います。フローアップは1次ノズルに依ります。2次仕上げウエーブはFLIPジェットノズル3)または平滑ウエーブノズル4) で対応しています。
20(3) Fluidity and Flow-up
The basic system will be operated by double waves. Flow-up will be dependent on
the primary nozzle. The secondary finish wave will be given by using either FLIP jet
nozzle3) or smooth flat wave nozzle4).

（4）はんだ付不良とフラックス塗布
フラックスの塗布量とフローアップ率は重要な相関にあり5)、フラックスの塗布量の管理が高精度に行えるスプレーフラク
サー「TAF40-12V」で対応できます。前述のスーパージェット
ウェーブでは仰角の適正設定、パロット2, 3ウェーブではピー
ルバックポイントの最適化でブリッジ不良も低減できます。

（5）フィレットリフトオフ
はんだの凝固特性から、従来に増して装置の高精度化を図っています。

（6）ぬれ広がり(4) Defective Soldering and Flux Application
The amount of flux application and flow-up rate are in an important
correlation5). The amount of flux application can be controlled at a highprecision if Spray Fluxer "TAF40-12V, is used. Bridge defects can be
reduced if the elevation angle were properly set in the super jet wave
described before and if the peel back point were optimized in the parrot
2, 3-wave.

(5) Fillet Lift-off
Considering the coagulation characteristics of solder, efforts will be madeto adopt high precision equipment than ever before.

(6) Spread Factor of Wetting
Dipping time is also an important parameter similar to solder
temperature.

はんだ温度もさることながら浸漬時間も重要なパラメーターです。

3 はんだとリフローはんだ付装置
リフローはんだ付装置は、ズバリ温度制御の高精度化が求められています。装置の構成を大別すると温度変換部（ヒーター）／
ワーク加熱部（ファーネス）／ワーク冷却部（クーリング）／ワ
ーク搬送部（コンベヤ）からなります。

（1）温度変換部（ヒーター）
赤外線波長帯を搭載されるSMDや基板に最も適した吸収バン
ドを選択し、基本的に新規設計特殊ヒーターで対応します。

（2）ワーク加熱部（ファーネス）前述ヒーターで加熱し、熱風による冷却適温化が計れます。

（3）ワーク冷却部（クーリング）
強化タイプインタークーラー方式で対応できます。

（4）ワーク搬送部（コンベヤ）
剛性に留意したタムラ独自のアルミ引き抜きレールで安定した搬送が確保できます。
以上の設計対応、及び図8のハット(HAT)プロファイルの可能なゾーン構造により、温度の高精度化を期します。
注1) 比例積分微分温度調の略
2) 当社社内技術資料による
3) 当社独自のスリットノズル
4) 当社独自の広帯域ノズル
5) 当社社内技術資料による

6

3

Solder and Reflow Soldering Equipment

Frankly, high precision temperature control is demanded of the reflow
soldering equipment. Broadly classified, the equipment consists oftemperature converting unit (heater), work heating unit (furnace), work
cooling unit (cooling) and work transfer unit (conveyer).

(1) Temperature Converting Unit (Heater)
Situations can be properly dealt with SMD mounted withinfrared
wavelength band, selection of a band best suited forboards and basicallywith newly designed special heater.

(2) Work Heating Unit (Furnace)
After heading with the heater described above, temperature is optimizedby cooling down with hot air.

(3) Work Cooling Unit (Cooling)
Dealt with an intensified type inter-cooler system.

(4) Work Transfer Unit (Conveyer)
Stable transfer is secured with aluminum drawn rails unique of Tamura,paying attention to rigidity.
We will be looking forward to high-precision temperature control with thedesign as aforementioned and the zone configuration possible of HAT profileas shown in Fig.8.
Notes : 1) Abbreviation of proportional, integral and differential temperature
controller
2) In-house technical data of our company
3) Slit nozzle unique of our company
4) Broad band nozzle unique of our company
5) In-house technical data of our company

むすび Conclusion

Pbフリーはんだ付に関する若干の実験結果についてご紹介しました。Pbフリーはんだに関しては、環境保護の立場で、活発に研究され、多くの知見が得られています。その中で、実用化に向けた検討も急速に進められています。しかし、Pbフリーはんだ
合金の融点を現状の共晶はんだレベルに下げることは大変難しい課題です。従って、Pbフリーはんだの特長を生かしたシステ
ム開発、周辺技術（部品、基板、装置）の検討が重要となります。
タムラでは、総合的な視野に立って、Pbフリーはんだ付の実現に向けての製品開発を行っています。

An introduction was made to the results of some experiments on
Pb-free soldering. With respect to Pb-free solder, research has
been conducted actively from the standpoint of protecting
environments and many findings obtained. Examination has beenpromoted rapidly for the practical use of certain findings. However,lowering the melting point of Pb-free solder alloy down to thepresent level of eutectic solder is a very difficult assignment. It
becomes very important, therefore, to examine the development ofsystem and peripheral technologies (parts, boards and devices)making the most of the strong points of Pb-free solder.
Standing on comprehensive viewpoint, Tamura is pushing forward
the development of products toward the realization of Pb-freesoldering.
21

3

VOCフリーGUIDANCE はんだ付技術
Presentation
by TAMURA

VOC-FREESOLDERING TECHNOLOGY

INDEX
1

PAGE

はじめに ……………………………………………………………………23
Introduction

VOCフリーに対する要求背景 ……………………………………………23

2

Background of Requirements for VOC-Free

ポストフラックスのVOCフリー化及び特性 ……………………………25

3

Turning Post Flux Free of VOC, and its Characteristics

スプレーフラクサー ………………………………………………………28

4

Spray Fluxer

むすび ………………………………………………………………………29

5

22

Conclusion

1

はじめに

地球温暖化、フロンガスによる成層圏のオゾン層の破壊、ダイオキシン等、地球規模での環境問題が世界的にクローズアップされています。この様な環境問題の中で、対流圏においては、光化学スモッグなどが従来から問題視されてきました。光化学スモッグの発生要因としては、窒素酸化物（NOX）の排出等が指摘されてきました。近年、揮発性
有機化合物（VOC:Volatile Organic Compounds）による
光化学大気汚染への影響が欧米諸国を中心として問題になっています。
VOCには発ガン性物質などの有毒性物質として規制の対象となっている物質を含む一方で、光化学大気汚染の原因物質として対流圏のオゾン層の増加の問題にも関係しています。そのために、欧米各国では対流圏オゾンの問題や大気中または飲料水中の有毒物質としてのVOC対策を行っている国が多くあります。
電子機器のはんだ付には、VOCを含んだフロー用のポ
ストフラックスが使用されています。この中には、主としてIPA（イソプロピルアルコール）が溶剤として使われており、環境問題への対策が必要となってきました。本ガイ
ダンスでは、タムラのポストフラックスに於けるVOCフリーに対する考え方を概説します。

2

VOCフリーに対する要求背景

大都市近郊では、大気汚染によって、光化学スモッグの被害が深刻化しています。特に米国のロサンゼルスでは、その特殊な地形、強い紫外線、排気ガス、工場からのVO
Cによって光化学スモッグが発生し易い環境にあり、 光
化学スモッグの発祥の地 と呼ばれています。その光化学
大気汚染のメカニズムを図1に示します。大気中では、排出された多種類の化学物質が関与して、大気汚染の原因を作り上げています。また、各国のVOCに関する取り組み
を表1に示します。
米国では、大気浄化法（CAA:Clean Air Act）が1990年
末、20年ぶりに改定されました。新たに有毒大気汚染物質
として189の物質が定められ、各国にも波紋を呼んでいます。この有毒大気汚染物質のリストには、有機溶剤など現在使用されている化学物質が多く含まれています。当面、緊急性の高い物から排出規制等の措置が実施されます。指定された189物質は発がん性などの有毒性が問題となっているもので、粒子状汚染物質となる貴金属化合物や高分子
量の有機化合物も含まれていますが、その多くはVOCです。

1Introduction

Environmental problems of a global scale, such as thewarming up of the earth, destruction of ozone layer in thestratosphere by Freon gas and dioxin, have been closed up
over the world. Amidst of such environmental problems,
photochemical smog has hitherto been regarded as aproblem in the troposphere. As a cause responsible for theoccurrence of photochemical smog, the emission of
nitrogen oxides (Nox) and others has been pointed out. In
recent years, the influence of photochemical air pollutants
by volatile organic compounds (VOC) has become as an
issue mostly in countries in Europe and America.
VOC includes toxic substances like carcinogen, which havebeen designated as the objects of control. On the other
hand, it is concerned with the problem of increase of ozone
layer in the stratosphere as a causative of air pollution byphotochemical smog. Therefore, many countries in Europe
and America have been taking countermeasures against
VOC as the one responsible for the ozone problem instratosphere and as harmful substance in the air or drinking
water.
Post flux containing VOC has been used for flow soldering
for electronic equipment. Isopropyl alcohol (IPA) has been
mainly used as the solvent, so that it has become
necessary to take countermeasures against environmental
problems. Present guidance will briefly explain about theconcept of Tamura on the issue of VOC-free in post flux.

2

Background of Requirements
for VOC-FreeIn the suburbs of large cities, the damage caused byphotochemical smog has become serious through air
pollution. Los Angels in the United States, in particular, iscalled the "birthplace of photochemical smog" since its
unique topography, strong ultraviolet ray, exhaust gas andthe emission of VOC from factories have created anenvironment easy to cause photochemical smog. Fig.1
shows the mechanism of its air pollution by photochemicalsmog. Causes of air pollution are prepared in the air with avariety of emitted chemical substances taking part. Table
1shows the measures taken by various countries on VOC.
In the United States of America, the Clean Air Act (CAA)
has been revised at the end of 1990 after the lapse of 20
years. One hundred and eighty-nine (189) substances havebeen newly designated as toxic air pollutants to cause
repercussions in countries. The list of toxic air pollutants
includes a number of chemical substances presently used
for organic solvent. Measures like emission control will betaken for the time being, starting with substances of higher
urgency. The designated 189 substances have become
problematical because of their harmfulness including
carcinogen. These substances contain heavy metalcompounds and macromolecular organic compounds which
turn out to be granular pollutants. The majority of them are
VOC.
23

オゾン発生Generation of ozone
窒素酸化物
Nitrogen oxides
オキシダント発生
Generation of oxidant

UV : 紫外線
Ultra violet
一酸化炭素
Carbon monoxide

VOC
浮遊粉塵
Suspended dust

図1

VOCによる光化学大気汚染のメカニズム
種々の物質が関与して、有毒物質に変化します。

Fig.1 - Mechanism of photochemical air pollution by VOC.
Various substances take part in turning them into harmful substances.
表1

主な国のVOCを含めた環境汚染対策の取り組み

Table 1 - Countermeasures taken by major countries in dealing withenvironmental pollution by VOC and other pollutants
国 Country 年 Year
米国
UnitedStates

1969年

内容

連邦の大気浄化法（CAA:Clean Air Act）の制定
●
●

1990年

EC圏
EC block

ドイツ
Germany

1986年

有毒大気汚染物質排出基準（NESHAP:National Emission Standard for Hazardous Air Pollutants）

National Emission Standards for Hazardous Air Pollutants (NESHAP)

Revision of CAA●

VOC排出規制の強化 100t / 年→10t / 年●

オゾンの環境基準の未達成地域の解消が目的●

合理的利用可能制御技術（RACT:Reasonable Available Control
Technology）
を適用する対象規模を拡大●

酸性雨対策、自動車排気ガス対策、燃料対策等が盛り込まれている●

Intensification of emission control of VOC, from 100t/year to 10t/year●

The purpose is to eliminate areas failing to achieve environmental
standards for ozone.

●

To expand the objects and scale of application of reasonable available
control technology (RACT)●Countermeasures against acid rain, exhaust gas from automobiles andfuel are incorporated.

"Challenge from industries to air pollution" (Best available
technique not entailing excessive cost (BATNEEC)●

過剰なコストを強制しない最良利用可能技術による対策技術の開発促進● Promotion of the development of countermeasures and technology by use of
the best available technique without requesting excessive costs●

有毒物質による水や大気汚染防止法の制定● Enactment of laws to prevent pollution of water and air by hazardous
substances

環境保護法の制定●

有毒物質としてVOCを指定

環境保護法の制定
有毒物質としてVOCを指定

VOC削減計画KWS2000
●
●
●

24

Emission control of photochemical active organic solvent●

CAAの改定●オランダ
Holland●

Available Technique Not Entailing Excessive Cost）

1990年

Enactment of the Clean Air Act (CAA) by Federal Government

光化学活性有機溶剤の排出規制（BATNEEC:Best
1984年 『産業からの大気汚染への挑戦』

英国
UnitedKingdom

Particulars

Enactment of the Environmental Protection Law●

VOC was designated as a hazardous substance. standards for ozone.

General plan for air pollution prevention technology●

VOC was specified as an object of control.

VOC reduction program KWS2000

境界層や対流圏でのオゾンの増加を指摘●

Increase of ozone in the boundary layer and troposphere was pointed out.

VOC削減計画、実行計画、国際協力●

VOC reduction program, execution plan, international cooperation●

Plan to reduce by 50% of 1981 level

1981年の50％削減計画

各国のVOCに対する環境への影響として、表2の点で共通の認識があります。

As regards the influence of VOC to environments, eachcountry is cognizant in common of the points listed in Table 2:

表2 各国のVOCに対する環境への影響要因

Table 2 - VOC as a factor affecting environment

7光化学物質の先導的な物質である

7Leading substance among photochemical
substances

7大気中毒物質の要因

7Causative substance for "poisoning air"

7地球温暖化の要因
電子機器のはんだ付には、必ずポストフラックスもしくはソルダーペーストが使用されています。両者の中には、VOCに関係する溶剤が含まれています。これは活性剤の溶解、作業性の保持の目的で使われていますが、はんだ付後は全く不要の物質です。従って、はんだ付時にはほとんどが大気中に排出されています。電子機器の生産量の増加に伴い、排出されるVOCが重要な環境問題を起こしていることも考慮しなければなりません。

3

ポストフラックスのVOCフリー化
及び特性

7A cause for warming up the earth.
Post flux or solder paste is used always for the soldering ofelectronic equipment. Both items include solvent related to
VOC. Although the solvent is used for the purposes ofdissolving activators and for the retention of the ease ofoperation, it is totally unnecessary substance once
soldering is completed. Therefore, the majority of thesolvent is emitted into the air during the process ofsoldering. Consideration will have to be given to the factthat VOC thus emitted is causing a serious environmental
problem with the increase in production of electronicequipment.

3

Turning Post Flux Free of
VOC, and its Characteristics

ポストフラックスを用いたはんだ付にとって、最も重The most important constituent to the soldering using post

要な成分は、活性剤です。適確にはんだ付するためには、

flux is the activator. For proper performing of soldering, an

活性剤を必要な部分に適量塗布する必要があります。現appropriate amount of activator needs to be applied to

在使用されているポストフラックスの溶剤には、活性剤

where it is required. The solvent currently used for post flux

や樹脂を良く溶解するアルコール系溶剤（主としてIPA）

is alcohol-based (mostly IPA) as it dissolves well activatorsが用いられています。この有機溶剤をVOCフリーにする

and resin. Items listed in Table 3 will have to be satisfied to

ためには、表3の項目を満足させる必要があります。VOF007Vは、この様なVOCフリーの要求特性を満足したポス
トフラックスです。基本特性を表4に示します。又、VOC
フリーとなることにより引火性が無く、安全に使用できるフラックスとなることも歓迎すべき項目でしょう。
表3 VOCフリーポストフラックスに対する要求項目

7はんだ付性が劣らないこと
7信頼性が優れていること

make such organic solvent VOC-free. VOF-007V is a post
flux satisfying such requirements for VOC-free. The basic
requirements are shown in Table 4. Furthermore, VOC-freeflux having no flammability so that it could be used safely
will be an welcomed additional requirement.

Table 3 - Requirements for VOC-free post flux
7No deterioration in solderability
7Excellent reliability

7スプレーや発泡塗布が可能なこと

7Possible of using as a spray and of
foaming application

7作業性が劣らないこと

7No deterioration in the ease of operation

7はんだ付後は無洗浄にできること

7Washing unnecessary after completion ofsoldering.

VOF-007Vは、低VOC化のために、IPAの代わりとして安全な水を溶剤に用いています。しかし、水は、IPAに比較して蒸発潜熱が4倍も大きく、プリヒート時の乾燥性が重要なファクターとなります。さらに、無洗浄化に対しては、はんだ付後の信頼性の確保が重要な問題となります。図2，3には低VOCポストフラックスの絶縁抵抗値を示します。低温回復性にも優れており、また長期の絶縁抵抗値の変化もほとんど認められません。

In VOF-007V, water is used in place of IPA to make it Low
from VOC. However, water has a latent heat of vaporization
as large as four times as compared with IPA, so its drying
quality during the process of preheating will become an
important factor to consider. With respect to therequirement for no washing, furthermore, securing of
reliability after soldering will become an important problem.
Figs.2 and 3 show the insulation resistance of Low VOC
post flux. Excellent in the recovery from low temperatureand practically no change is seen in insulation resistanceover a long period of time.
25

表4

低VOCポストフラックスVOF-007Vの特性

Table 4 - Characteristics of Low VOC post flux, VOF-007V

項目 Items

特性 Characteristics

試験方法 Testing methods

比重Specific gravity

1.012

JIS Z 3197

固形分含有量Solid contents

8%

JIS Z 3197

1.8mPa.s

JIS Z 3197

92%

JIS Z 3197

色数Color number

7

ガードナー法Gardener method

塩素含有量
Chlorine content

0.0%

JIS Z 3197

銅板腐食性
Copper sheet corrosiveness

合格
PassedJIS Z 3197
250℃,5s 乾燥 drying

2.5μgNaCl/cm2

MIL-P-28809A

粘度
Viscosity
はんだ広がり率
Solder spreading ratio

清浄度
Cleanliness
引火点
Ignition pointJIS K 2539

1015

絶縁抵抗値
Insulation resistance (Ω)

ブランク
Blank

1014

1013
VOCフリー
VOC-free

1012

1011

1010
0.1

1

10

100

放置時間 Holding time (min)図2

低VOCポストフラックスの低温回復特性

Fig.2 - Low temperature recovery characteristic of Low VOC post flux

図4には低VOCとロジン系ポストフラックスのはんだ付

Fig.4 shows a comparison of the ease of soldering

作業性の比較を示します。はんだ付作業性は、ロジン系

operations by use of Low VOC and rosin-based post flux. Itと比較してもほとんど変わらないことが判ります。

can be seen that the former is little different from the rosinbased flux in the ease of soldering operation.

26

1014
40℃、90％RH
JIS 2形基板
JIS 2 type boards

13

絶縁抵抗値
Insulation resistance (Ω)

10

1012

1011
85℃、85％RH、DC50V
IPC-B 基板
IPC-B boards

1010

109

108

0

200

400

600

800

1000

放置時間 Holding time (h)図3

低VOCポストフラックスの絶縁抵抗の経時変化

Fig.3 - Secular change in insulation resistance of Low VOC post flux

表5

10
ブリッジ発生件数（件）Bridge occurrence (counts)

2.45mmpコネクター
connector

Table 5 - Soldering conditions

低VOC
Low VOC

ロジン系
Rosin-based

5

ロジン系
Rosin-based
1.68mmpPDIP

0

0

0.5

低VOC
Low VOC

1.0

はんだ付条件項目 Items

設定値 Set values

はんだ付装置
Soldering equipment

タムラ製 manufactured by Tamura

はんだ付温度
Soldering temperature

245℃

プリヒート温度
Preheating temperature

100℃

コンベヤー スピード
Conveyor speed

1.5

コンベヤースピード
Conveyor speed (×1000
60 mm/s)

2.5

HC33-36SNX

フラックス塗布方法
Flux application method
はんだ槽
Solder bath1000
1.3× 60 mm/s
原液-スプレーSpraying concentrate
1，
2次槽
Primary and secondary bath

図4 低VOCとロジン系ポストフラックスにおけるコンベヤー
スピードとブリッジ発生件数の比較

はんだ浸漬時間
Solder dipping time

3〜4 sFig.4 - Comparison of conveyor speed and bridge occurrence
between Low VOC and rosin-based post flux

コンベヤー傾斜角度
Conveyor inclination

4°

27

4

4

スプレーフラクサー

Spray Fluxer

Shown in Table 6 are the requirements for spray fluxer
for Low VOC flux as described above.

このような低VOCフラックスに対するスプレーフラクサ
ーの要求事項を表6に示します。
表6 スプレーフラクサーに対する要求事項

Table 6 - Requirements for spray fluxer

7室温が変化しても塗布量が一定であること

7Amount of application shall be constant despiteof change in room temperature.

7フラックスタンクの残量が変化しても塗布量が一定であること7Amount of application shall be constant despiteof change in the quantity remaining in the fluxtank.

7一定の設定値に対し時間が変化しても塗布量が一定であること7Amount of application shall be constant despiteof change in time from a fixed value.

7リターンシャワーが生じないこと

7No return shower shall be caused.

7ノズルの目詰まりが生じないこと

7No clogging will be caused to the nozzle.

7充分な生産性を有すること

7An adequate productivity shall be possessed.

7簡便な操作性を有すること

7Easy operation
7Safe

7安全であること

7Head-on connection shall be possible to theconventional soldering equipment.

7従来はんだ付装置へ前置接続できること

Described below is a part of the latest spray fluxer, TAF4012V, (design concept) developed by our company,
satisfying the aforementioned requirements.

このような要求を満足する当社が開発した最新のスプレーフラクサー「TAF40-12V」（設計コンセプト）の一端を以下に示します。

The most outstanding feature of the spray fluxer lies in thefact that the distribution of particle size sprayed is arranged
very fine since the latent heat of vaporization of Low VOC
flux as described in the preceding Chapter 3 is higher than
IPA as shown in Table 7. It enables to secure uniform
coating without unevenness, and an adequate activity canbe obtained, having a high efficiency by preheating. The
particle size distribution in the conventional nozzle isshown in Fig.5.

本スプレーフラクサーの最大の特徴は前述3章で述べた
低VOCフラックスの蒸発潜熱が表7で示すとおり、IPAに比し高い為、スプレーされる粘度分布を蓄え微細にした事で、塗布ムラの無い均一な塗布状態の確保、およびプ
リヒートでの効率も高く、充分な活性度を得ることができます。従来ノズルとの粒度分布を図5に示します。

図5

新ノズルと従来ノズルの粒度分布

Fig.5 - Particle size distribution by new nozzle and conventional100%
新ノズル New nozzle
従来ノズル Conventional nozzle

500
小 Particle size

大 Large size (mm)

粒子サイズ Particle size
表7

溶媒の熱特性

Table 7 - Heat characteristic of solvent
名称Name
水 Water
IPA
28

蒸発熱
Heat of vaporization

2260
550

1m3を室温から沸点に上げる熱量 Heat required toraise from room temperature to boiling point (1m3)

34040

溶媒1m3あたり必要熱量
Heat required for 1m3 of solvent

2600
590 単位 Unit (J)又微細粒子化によりリターンシャワーは殆ど認められAccording to the results obtained, practically no return

ない結果を得ています。

shower is recognized due to the refining of particle sizes.

図6に室温変化対流量特性を、図7にフラックスタンク残Fig.6 shows the relationship between the change in room

量対流量特性を示します。

temperature and flow characteristics, and Fig.7 shows the

その他本装置は使い勝手がワンタッチコンセプトの元設

same between the quantity of flux remaining in the tank and計されているため簡便な操作性を有するなど数々の特長

flow characteristics. In addition, the equipment has variousを有しています。

other features like easy operation as it is designed under
one-touch concept to make it easy to use.

設定流量（mL/min）
Flow rate

45
40
35

38.06mL/min

38.51mL/min

30
25
20

9:00
10:00
室温16℃
室温19℃
Room temperature

11:00
室温20℃

12:00
室温22℃

13:00
室温23℃

15
10

変動率99mL/min設定時±0.6％
Coefficient of fluctuation: 99mL/minat the time of setting

5
0

9:00

10:00

11:00

12:00

13:00

測定時刻 Measuring time
設定流量 Flow rate 99mL/min
図6

温度変化と流量との関係

20
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0

18.82

18.82

-150

18.82

18.69

ノズル
nozzle

揚程 Head (h)時間当たりの流量
Flow rate (mL/min)Fig.6 - Relation between temperature change and flow

100

400

600

揚程 Head (mm)図7

揚程一時間当たりの流量

Fig.7 - Suction Head-Flow rate
尚、別冊にて、TAF40-12V、技術資料を用意してございます
ので別途御請求下さい。

Technical data are prepared in a separate booklet titled "TAF4012V", so you are suggested to ask for it separately.

5

5

むすび

Conclusion

世界的な規模で環境汚染への対策と環境保護の動きがThe moves for the countermeasures against environmental

強くなってきています。その中で、電子機器のはんだ付

pollution and environmental protection have beenにおいても少なからず影響を与えています。現在のはんintensified on a global scale. In such passage of time, not a

だ付品質を維持しながら、環境汚染に対応することは一

little influence is given by the soldering of electronic

材料系だけでは解決できません。

equipment. No solution can be found with the single sector

タムラでは、地球規模での環境保護を常に考えながら、はんだ付材料と装置を一体化したはんだ付システムを展開しています。

of materials alone in coping with environmental pollution
while retaining the present level of soldering quality.
Tamura develops soldering system integrating soldering
materials and equipment, always keeping in mind the issue
of environmental protection on a global scale.
29

Test & Demonstration Room

本社 Head office

はんだ付評価室
Test room

業務内容
1. リフローはんだ付装置
2. ウェーブはんだ付装置
3. スプレーフラクサー
4. ポイントディップはんだ付装置
5. PASS（プラズマ）装置
6. 上記に付帯する一切の業務

会社沿革
昭和 39年(1964)
43年(1968)
54年(1979)
57年(1982)
61年(1986)
平成 2年(1990)
4年(1992)
7年(1995)
11年(1999)
12年(2000)
13年(2001)
14年(2002)
30

株式会社タムラ製作所機工工場として設立
はんだ付装置発売（ウェーブ装置）
ICリードフレームの予備はんだ付け装置
高信頼性はんだ付け
部品のチップ化、ファイン化、
はんだ付け工法の変化
表面実装〔SMT〕タイプ（リフロー装置）
狭山工業団地に移転
フロン規制の対応
N2雰囲気
スプレーフラクサー(株)タムラFAシステム設立
Pbフリー VOCフリー規制
リフロー元年
Pbフリー元年 上海事務所開設
香港事務所、九州福岡事務所開設

工場 Factory★はんだ付実験、リフロー温度プロファイル測定、工場見学等、お気軽に弊社営業マンへお問い合せ下さい。
★We are prepared to assist your soldering experiments, reflow temp
measurement, tour of our factory, etc. For details, contact our sales
staff.

案内図 GUIDE MAP
本社・工場／Head Office･Factory

高田馬場

Line

所
沢
駅
西武新宿線

S

袋線

o
ebukureibu Ik

JR埼京線

鶴ヶ島→

国道407号
日高→

↑
八王子

（株）
タムラ製作所

入
間
川

国
道
16
号

Sayamashi Stn.

bu
To

線
東上 Line
東武 ojyo
T

大宮

←青梅

←

線

西武池

池袋
Ikebukuro Stn.

Tokorozawa Stn.

手

Seibu Sinjuku Line

山

←

JR

狭山・日高IC
圏央道

えんち
西武ゆう 球場
オンズ
西武ライ

東急
フーズ

ガソリン
スタンド

ガソリン
スタンド

SATY

パ
チ
ン
コ

日高→

八
千
工代
業

郵
便
局

川
越

狭
山
市 西
駅 口

トーイク

埼玉
モリ工業

大日本
印刷

TAMURAFA SYSTEM CO., LTD.

智
光
山
公
園

駅
有料道路
↓

川越
↓

川

越

市

本
川
越
駅

大阪営業所／Osaka Sales Office

駅

名古屋営業所／Nagoya Sales Office

福岡営業所／Fukuoka Sales Office

大阪営業所

本郷
←
名
古
屋
方
面

S.W.
御堂筋線

東比恵駅

牧野ビル4F

S.W.東山線

名古屋営業所
西日本
銀行

江坂
公園
入口

↓

↓

江
坂
駅

至
北
九
州

地下鉄

榎都
田市
ラ高
ン
プ
入
口 至
太
宰
府

東名
名古屋インター出口

都
市
高
2
号
線

ダイハツ

福岡
空港

国 WELL'S
道 榎田 福岡営業所
3号線↓ 新御堂筋・新大阪方面

装置関係のお問合せ先／ Please send your enquiries for Equipment to :〒350-1321 埼玉県狭山市上広瀬 591-11 TEL (042) 955-3195 FAX (042) 955-3677

TAMURA FA SYSTEM CORPORATION 591-11, Kami-hirose, Sayama-shi, Saitama, 350-1321 Japan TEL : 042-955-3195 FAX : 042-955-3677
TAMURA MACHINERY SINGAPORE PTE., LTD. c/o No.39 Joo Koon Circle, Singapore 629105 TEL : 65-6861-6128 FAX : 65-6861-3133
FAシステム営業部／〒350-1321 埼玉県狭山市上広瀬 591-11
大 阪 営 業 所／〒564-0062 大阪府吹田市垂水町 3-20-8 寺岡精工関西ビル4F
名 古 屋 営 業 所／〒465-0024 愛知県名古屋市名東区本郷 3-144 牧野ビル
福 岡 営 業 所／〒812-0004 福岡県福岡市博多区榎田 2-8-23 WELL'S榎田

TEL (042) 955-3195
TEL (06) 6338-8610
TEL (052) 773-2471
TEL (092) 413-4211

FAX (042) 955-3677
FAX (06) 6338-2027
FAX (052) 776-1167
FAX (092) 413-4213

フラックス等のはんだ付材料のお問合せ先／ Please send your inquiries on Soldering Materials to :株式会社

〒358-8501 埼玉県入間市狭山ヶ原 16-2 TEL (042) 934-6134 FAX (042) 934-6559

http://www.tamura-kaken.co.jp/

TAMURA KAKEN CORPORATION 16-2, Sayamagahara, Iruma-shi, Saitama, 358-8501 Japan TEL : 042-934-6134 FAX : 042-934-6559
電子機材営業本部／〒358-8501 埼玉県入間市狭山ヶ原 16-2
大 阪 営 業 所／〒564-0062 大阪府吹田市垂水町 3-20-8 寺岡精工関西ビル4F
名 古 屋 営 業 所／〒465-0024 愛知県名古屋市名東区本郷 3-144 牧野ビル
福 岡 営 業 所／〒812-0004 福岡県福岡市博多区榎田 2-8-23 WELL' 榎田

TEL (042) 934-6131
TEL (06) 6338-5541
TEL (052) 776-1170
TEL (092) 413-4211

FAX (042) 934-6559
FAX (06) 6338-2027
FAX (052) 776-1167
FAX (092) 413-4213

31本 社／〒178-8511 東京都練馬区東大泉 1-19-43
HEAD OFFICE : 1-19-43, Higashi-Oizumi, Nerima-ku, Tokyo, 178-8511 Japan〈お問合せ先〉はんだ付装置関連
F A 営 業 本 部／〒350-1321 埼玉県狭山市上広瀬東久保 591-11
大 阪 営 業 所／〒564-0062 大阪府吹田市垂水町 3-20-8 寺岡精工関西ビル 4F
名古屋営業所／〒465-0024 愛知県名古屋市名東区本郷 3-144 牧野ビル
福 岡 営 業 所／〒812-0004 福岡県福岡市博多区榎田 2-8-23 WELL'S榎田

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TEL (06) 6338-8610
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FAX (052) 773-1167
FAX (092) 413-4213〈お問合せ先〉電子化学材料関連
電子機材営業本部
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TAMURA MACHINERY SINGAPORE PTE., LTD.

c/o No.39, Joo Koon Circle, Singapore 629105 TEL 65-6861-6128 FAX 65-6861-3133

TAMURA FA SYSTEM CO., LTD. SHANGHAI OFFICE
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TAMURA FA SYSTEM CO., LTD. HONG KONG OFFICE
9/F, Block B&D, East Sun Industrial Centre, 16 Shing Yip Street, Kwun Tong, Kowloon, Hong Kong TEL +852-2389-4383 FAX +852-9131-6520

TAMURA CORPORATION OF KOREA

Chung-ang, Bldg., 4/F, 454-9 Sung Nae-dong, Kang Dong-ku Seoul, 134-031, Korea TEL 82-2-489-5354 FAX 82-2-489-5360

TAMURA H.A. SYSTEM, INC.

1800 N.W. 169TH Place, Suite C700 Beaverton, OR 97006 U.S.A. TEL 1-503-629-5001 FAX 1-503-629-9992
株式会社

http://www.tamura-kaken.co.jp/
本社／〒358-8501 埼玉県入間市狭山ヶ原16-2

TEL(042) 934-6134

FAX (042) 934-6559

TAMURA KAKEN CORPORATIONSALES DEPARTMENT OF ASSEMBLY CHEMICALS
16-2, Sayamagahara, Iruma-shi, Saitama, 358-8501 Japan TEL +81-42-934-6134 FAX +81-42-934-6559

TA FONG ELECTRO CHEMICAL INDUSTRY CO., LTD.
No.9 Alley 2, Lane 97, Ming-Sheng East, Road, Sec. 4, Taipei, Taiwan TEL 886-22-712-1315 FAX 886-22-716-0384

TAMURA KAKEN (U.K.) LTD.
Caswell Road, Brackmill Industrial Estate, Northampton NN4 7PW, United Kingdom TEL 44-1604-768888 FAX 44-1604-768808

TAMURA KAKEN SINGAPORE PTE., LTD.
67, Ayer Rajah Crescent #01-01/02 Ayer Rajah Industrial Estate, Singapore 0513 TEL 65-6779-3100 FAX 65-6778-2186

DONG HWA TAMURA KAKEN CO., LTD.
58-3, Shin-Kungi-Dong, Ansung-shi, Kyungki-Do, Korea TEL 82-031-676-2374 FAX 82-031-674-4427

SHANGHAI XIANGLE TAMURA ELECTRO CHEMICAL INDUSTRY CO., LTD.
9F, 88 Zun YiS. Road, Shanghai 200336, China TEL 86-21-6278-8870 FAX 86-21-6278-8871

TAMURA KAKEN(M) SDN, BHD.
No.167, 1st Floor Medan Kikik 1, Taman Inderawasih 13700 Prai, Penang, West Malaysia TEL 60-4-3974168 FAX 60-4-3907168

TAMURA KAKEN CORP., U.S.A.
2050 Ringwood Avenue San Jose Calfornia 95131 U.S.A. TEL 1-408-433-9723 FAX 1-408-433-9655
このカタログに記載してある仕様内容については、改良のため予告なく一部を変更することがありますのであらかじめご了承ください。
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代理店／AGENCY

再生紙を使用しています

このカタログの記載内容は2003 年 7 月現在のものです。
2003-7-2カ

G-9011