はんだとは：定義・種類（軟質／硬質）・鉛フリー、はんだ付けと安全性

はんだの基礎知識から軟質・硬質、鉛フリーの特徴、はんだ付け手順と安全対策まで、用途別にわかりやすく解説。

はんだとは、低温で溶ける金属や合金のことです。はんだには、軟らかいはんだと硬いはんだの2種類があります。軟質はんだは、はんだごてで簡単に溶けるため、電子機器や電気工事に使用されます。硬いはんだは、トーチを使うと高温で溶けます。このように、はんだを使うことを「はんだ付け」といいます。

軟質はんだには、主に鉛はんだと無鉛はんだの2種類があります。鉛はんだは、スズが約60％（または63％）、鉛が約40％（または37％）含まれています。鉛が含まれているため、有毒です。185℃前後で溶融します。鉛ハンダは安価なので、昔は人気がありました。配管では、50%のスズと50%の鉛の混合物が使用されていました。人々はこれが安全だと思っていましたが、鉛が水に混入していることがわかりました。今では、鉛ハンダは水に使用することは違法です。鉛ハンダはかつて食品缶に使用されていました。何年も経つと、鉛が食品の中に入ってくることがありました。缶詰は、その食品を食べた人を毒殺しました。鉛ハンダは今でも電子機器に使用されています。

上の記述を補足すると、代表的な鉛入りはんだの組成はスズ63％・鉛37％の共晶（eutectic）組成で、実際の溶融点は約183℃です（一部の組成は若干高くなることがあります）。鉛入りはんだは湿りが良く、低温で作業できるため古くから電子実装で好まれていましたが、鉛の毒性問題のため用途が制限されるようになりました。

2006年、欧州連合（EU）、中国、カリフォルニア州は消費者製品への鉛の使用を禁止しました。一部の電子機器では、鉛ハンダが違法となった。鉛フリーのはんだが必要とされました。多くの鉛フリーはんだには錫、銀、銅が含まれています。これらのはんだは217℃前後で溶融します。より良いはんだにするためにインジウムを添加することもありますが、インジウムは非常に高価です。

鉛フリーはんだの代表例としては「SAC305」（約Sn96.5％・Ag3.0％・Cu0.5％）などがあり、実務では溶融点が高め（およそ217〜220℃）で、はんだ付けのプロセス条件（加熱時間や温度制御）を見直す必要があります。また、鉛フリー化に伴い「スズのウィスカー（tin whisker）」問題や、低温での馴染みやすさの違いに注意が必要です。

フラックス（はんだ助剤）について

金属をはんだ付けしていると、金属が酸化して、はんだを保持しない金属酸化物の層ができてしまうことがよくあります。フラックスは、この金属酸化物と反応して再び金属に戻すために添加されます。これにより、はんだが金属に接続されるようになります。ロジンは一般的なフラックスです。電子機器メーカーの中には、水で洗い流せるフラックスを使用しているところもあります。はんだの中にフラックスが入っているフラックスコアを使用しているものもあります。

• 代表的なフラックスの種類
  • ロジン系（固形樹脂を溶媒に溶かしたもの）：電子機器で一般的。後処理なしで使える「no-clean」タイプもある。
  • 水溶性（アクティブ）：はんだ付け後に洗浄が必要。残留すると腐食することがある。
  • フラックスコア入りのはんだ線：ワイヤーの中心にフラックスが入っているため作業が簡単。
  • はんだペースト（表面実装用）：粉末はんだと活性フラックスを混ぜたペーストで、リフロー炉やホットエアで溶融する。
• 注意点：一部の活性フラックスや残留物は導電性や腐食性を持つため、電子機器では適切な後処理（洗浄）や「no-clean」材料の選択が重要です。

硬質はんだ（ろう付け・ろう接）と高温の接合

もう一つの種類のはんだは、ガラスと他のものを接続するために使用されます。これらは450～550℃前後で溶けます。

このような高温での接合は一般に「ろう付け（ブレージング、brazing）」や「ガラスシール（glass-to-metal seal）」に相当し、使用する充填金属（ろう材、銀ろうなど）やガラス材によりさらに高温になることがあります。ろう付けは機械的強度が高く、配管や金属部品の接合、ガラスビューや真空封止などに用いられます。

はんだ付けの基本的な作業とコツ

• 作業前に部品と基板の接触面を清掃する（油や酸化膜を除去）。
• はんだごては適切なワット数と先端形状を選ぶ。先端は清潔に保ち、適切にひょう量（こて先の温度）を管理する。
• 加熱は「はんだが流れる側」だけでなく、はんだ付けする両方の部材を均等に温める（毛細管現象で馴染ませる）。
• 事前に「プレタン（pre-tinning）」をすると作業が容易になる場合がある。
• 冷たいジョイント（cold joint）は見た目がざらつき、電気的な接触不良を起こすのでやり直す。
• SMD（表面実装）はんだ付けでは、はんだペースト＋リフロー、またはホットエア、はんだ吸い取り（デソルダ）ツールを用いる。

安全性・健康・廃棄

• 換気と排気：加熱によるフラックス煙や微粒子を吸い込まないよう、換気やフumeエクストラクタを使う。フラックスの煙は刺激性があり、長時間曝露は健康に悪影響を与える。
• 鉛対策：鉛入りはんだを扱う場合は手袋を着用し、作業後は必ず手を石鹸で洗う。作業場で飲食や喫煙を行わない。鉛は体内に蓄積して中毒を引き起こす可能性がある。
• 個人用保護具（PPE）：耐熱手袋、保護メガネ、必要ならば有機溶剤や粉塵用のマスクを使用する。
• 高温部品の扱い：はんだごて先端やろう付けで加熱した部品は高温になるため、火傷に注意する。熱に弱い部品は事前に温度管理を行う。
• 廃棄とリサイクル：鉛を含む廃材や電子廃棄物は各国の規制（RoHSや地域の廃棄物法）に従って適切に処理・リサイクルする。鉛フリーであってもはんだ残渣は金属廃棄物として回収されることがある。

その他の注意点

• はんだ材料やフラックスの選定は用途（電子、配管、食品接触、真空封止など）によって異なる。特に食品・飲料水系の配管や缶詰などの用途では鉛の使用が法的に禁止されていることが多い。
• 鉛フリーはんだは温度が高くなるため、熱に敏感な部品の損傷や、はんだの濡れ性の違いによる信頼性試験（熱サイクルや振動試験）が重要である。
• 設計段階でのはんだ付け性（ランドサイズ、はんだフィレットの設計、部品の熱特性など）を考慮すると、後工程での不良を減らせる。

まとめると、はんだは低温で溶ける金属・合金であり、用途に応じて軟質（電子機器など）と硬質（ろう付け・ガラス封止など）に分かれます。鉛フリー化や各種フラックスの選択、適切な作業手順や安全対策が品質と安全性に直結します。

質問と回答

Q:はんだとは何ですか?

Q: はんだの2つの種類は何ですか?

Q:軟質ハンダの主な2つの種類は何ですか?

Q:これらのはんだは何度で溶けるのですか?

Q:かつて食品缶に鉛が使用されていたのはなぜですか?

Q: 現在でも電子機器に鉛は使われているのですか?

Q: はんだ付けする前に金属に加えるフラックスとは何ですか?

文字で検索