〔Ⅱ〕 Ｐｂフリーはんだの探索
（３） Ｐｂフリーはんだ探索の国際的プロジェクト
（３－１） 国際的プロジェクトの概要
鉛フリーはんだ調査の国際的プロジェクトは１９９０年代初めからまずはんだ合金の選択が開始され、後半に各プロジェクトの
推奨はんだが提案された。更にその後信頼性調査が行われている。
合金の調査の主なプロジェクトは
① Lead-free Soldering（１９９１－１９９３年）などのＤＴＩ（貿易産業省）支援の英国のプロジェクト。
ＩＴＲＩ（国際錫研究所、SOLDERTEC：ソルダリング技術センター）やＮＰＬ（国立物理学研究所）が中心。
② ＩＤＥＡＬＳ（欧州）：欧州Brite Euramコンソーティア（１９９６－１９９９年）
③ ＮＣＭＳ（米国全国製造科学センター）のLead-free Solder Project（１９９２－１９９６年）
ＮＩＳＴより詳しいデータが報告されている。→LFS search NIST
④ ＮＥＭＩ（ＩＮＥＭＩ：国際電子機器製造業者協会）の諸プロジェクト（１９９９－）
その他
ＩＶＦ（スウェーデン生産技術研究所）
ＨＵＴ（フィンランド：ヘルシンキ工科大）
ＺＶＥＩ（ドイツ電気電子産業中央連盟）
その後の信頼性調査のプロジェクトとしては２０００年代に
欧州では
ＥＬＦＮＥＴ（２００２－２００６年）
最終報告 ＤＢ
米国では
ＮＡＳＡのＪＣＡＡ／ＪＧ－ＰＰ（Joint Group on Pollution Prevention、Joint Council on Aging Aircraft）
ＩＮＥＭのＮＥＭＩからＩＮＥＭＩに引き継がれたいくつかのプロジェクトなどがある。
日本では
１９９４年から回路実装学会ＪＩＥＰ（現エレクトロ実装学会）で鉛フリーはんだ研究会が発足し、１９９８－２０００年にかけて
ＮＥＤＯプロジェクトとしてＪＥＩＤＡ（現ＪＥＩＴＡ）のもと日本溶接協会ＪＷＥＳが参加して鉛フリーはんだ規格化のための研究開発
プロジェクトが実行された。
yarime 2009による研究開発プロジェクトの経緯
ＮＩＳＴのhandwerkerのプレゼン（２００２）による経緯
ＥＬＦＮＥＴによる経緯説明
欧州のプロジェクト概要
（３－２） 国外プロジェクトの報告内容
ここでは主に上記国際的プロジェクトのはんだ合金選定と推奨はんだについて主に紹介する。
欧州のプロジェクトのもっと詳しい結果概要は→欧州の諸プロジェクト結果概要
（３－２－１） 英国ＤＴＩ、ＩＴＲＩの主な報告
ＤＴＩの報告としては２０００更新のものが発表されている。 鉛フリーはんだ付けの現況分析（２０００）
内容的には１９９９年のもが詳しい。
１９９１－１９９３年のプロジェクトでは電子アセンブリ適性と供給可能性から５種を試験に採用。
| Ｂｉ－４２Ｓｎ | 低機械的特性と低融点により除外 |
| Ｓｎ－９Ｚｎ | Ｚｎの腐食により除外 |
| Ｓｎ－５Ｓｂ | 高融点により除外 |
| Ｓｎ－３．５Ａｇ | |
| Ｓｎ－０．７Ｃｕ |
最終的にＩＴＲＩの推奨はんだはＳｎ－（３．４－４．１）Ａｇ－（０．４５－０．９）ＣｕでこれにはＳｎ－４Ａｇ－０．５Ｃｕ、Ｓｎ－３．８Ａｇ－０．７Ｃｕ、
Ｓｎ－３．６Ａｇ－０．５Ｃｕ、Ｓｎ－３．５Ａｇ－０．７Ｃｕなどが含まれる。
ＩＴＲＩ推奨（１９９９）によると
その他公開大学（オープン・ユニヴァーシティ）が工学物理化学研究評議会ＥＰＳＲＣ支援で１９９６－２００５年に
Ｓｎ－３．５Ａｇ、Ｓｎ－０．５Ｃｕ、Ｓｎ－３．８Ａｇ－０．７Ｃｕを調査、解説がでている。
→欧州の諸プロジェクト結果概要
（３－２－２） 欧州 ＩＤＥＡＬＳ Ｐｂフリーはんだ（ＬＳ）による電子アセンブリ（ＥＡ）の設計寿命改善（ＩＤ）と環境自覚製造
総合報告としてはＲｅｐｏｒｔ 総合 １９９６－１９９９がある。
解説としてはＰＦはんだ付けの実行 Ｗａｒｗｉｃｋがある。
要約
既知のＳｎ３．５Ａｇ（２２１℃）、Ｓｎ０．７Ｃｕ（２２７℃）と３元共晶Ｓｎ３．８Ａｇ０．７Ｃｕ（２１７℃）を基本とした。
ＳｎＡｇＣｕに微量のＢｉ、Ｓｂ及びその他を添加したものも調査。
Ｓｎ５７Ｂｉ、Ｓｎ９Ｚｎとその派生合金は低融点、Ｚｎに伴う問題（腐食、プロセス困難性）のため除外。
ウェーヴには低Ａｇで融点上昇を抑制するためのＢｉ添加したものを使用。
Ｓｂ添加はＳｎ３．８Ａｇ０．７ＣｕとＢｉ添加合金両方に結晶粒微細化をもたらす。
過共晶のＳｎＡｇＣｕＳｂでウェーヴでの挿入部品のフィレット・リフティングを最小化できる。
推奨はんだは
Ｓｎ－３．８Ａｇ－０．７Ｃｕ（共晶） リフロー
Ｓｎ－３．８Ａｇ－０．７Ｃｕ－０．２５Ｓｂ 一般的ウェーヴ
Ｓｎ－５Ｂｉ－２Ｓｂ－１Ａｇ 片面ウェーヴ
（３－２－３） ＮＣＭＳ 全国製造科学センター（アメリカ）
Handwerkerのプレゼンがある。
ＮＣＭＳのLead-free Solder Project（１９９２－１９９６年）
７９種のＰｂフリーはんだ合金を評価し、合格、不合格絞込み基準Pass-Fail Down-Selection Criteriaで１１種を選択し、
最終的に判断行列表decision matrixにより８種を選択。
ＮＩＳＴ ２００２
選ばれた１１種合金
Ａ１ ：Ｓｎ－３７Ｐｂ ＊比較用
Ａ４ ：Ｓｎ－３．５Ａｇ
Ａ６ ：Ｓｎ－５８Ｂｉ
Ｅ３ ：Ｓｎ－３Ａｇ－２Ｂｉ－２Ｓｂ
Ｅ４ ：Ｓｎ－３Ａｇ－２Ｂｉ
Ｆ２ ：Ｓｎ－２．６Ａｇ－０．８Ｃｕ－０．５Ｓｂ（ＣＡＳＴＩＮ）
Ｆ６ ：Ｓｎ－５Ｂｉ－７Ｚｎ
Ｆ１０：Ｓｎ－０．２Ａｇ－２Ｃｕ－０．８Ｓｂ
Ｆ１７：Ｓｎ－３．４Ａｇ－４．８Ｂｉ
Ｆ２１：Ｓｎ－２．８Ａｇ－２０Ｉｎ （Ｉｎｄａｌｌｏｙ＃２２７））
Ｆ２７：Ｓｎ－３．５Ａｇ－０．５Ｃｕ－１Ｚｎ
菅沼・エスペック
結論
現時点で汎用でもっとも有望なのはＳｎ－Ａｇ－Ｃｕを基礎としたもの、他の可能性はＳｎ－０．７Ｃｕ、Ｓｎ－３．５ＡｇとＳｎ－Ａｇ－Ｂｉ。
なおこの過程のデータはＮＩＳＴのＰｂフリーはんだの特性（第４版）にある。 →要約 LFS search NIST
（３－２－４） ＩＮＥＭＩ（ＮＥＭＩ）
歴史
１９９６年ＮＥＭＩ形成、２００４年ＩＮＥＭＩと改名。
Lead-free assembly project（１９９９－２００３年）で合金選択に採用されたのは、ＩＤＥＡＬＳとＮＣＭＳの結果を参考し下記６種を研究。
| 合金系 | 備考 |
| Ｓｎ－５８Ｂｉ共晶 | 融点の低さと、Ｐｂによる低融点共晶形成が問題。Ｂｉの供給にも問題。 |
| Ｓｎ－Ｚｎ－Ｂｉ系 | 有望なのはＳｎ－８Ｚｎ－３Ｂｉ。 酸化しやすさとウェーヴでのドロス発生、腐食によるペーストはんだのシェルフ寿命の短さ、Ｐｂとの低融点相形成、 製造困難性などが問題。 |
| Ｓｎ－Ａｇ－Ｂｉ系 | Ｂｉ：３－５％、Ａｇ：２－４％で溶融範囲２１０～２１７℃。 表面実装では良好な特性を示す。 Ｓｎ－Ｐｂ－Ｂｉ低融点相形成、Ｓｎ－Ｐｂはんだめっきでのフィレット・リフティングが問題。 |
| Ｓｎ－Ａｇ－Ｃｕ系 | Ｓｎ－２．６Ａｇ－０．８Ｃｕ－０．５Ｓｂ（ＣＡＳＴＩＮ）もあるがＳｂの毒性問題不明確。 ２１７℃近辺融点のＳｎ－３．５Ａｇ－０．７Ｃｕ、Ｓｎ－４Ａｇ－０．５Ｃｕも考慮しＳｎ－３．８Ａｇ－０．７Ｃｕ（ＩＤＥＡＬＳ） とＳｎ－４Ａｇ－０．５Ｃｕ（北米、欧州で利用）の中間のＳｎ－３．９Ａｇ－０．６Ｃｕ推奨。 |
| Ｓｎ－３．５Ａｇ共晶 | 特許問題なく、信頼性もＳｎ－Ｐｂと同等、融点はＳｎ－Ａｇ－Ｃｕが低い。 |
| Ｓｎ－０．７Ｃｕ共晶 | 融点高く、リフロー不向き。価格メリット大だがペーストでは差小さい。 ＩＤＥＡＬＳによればめっきスルーホール接合強度良くない。 |
推奨はＳｎ－３．９Ａｇ－０．６Ｃｕ、ウェーヴにはＳｎ－０．７Ｃｕも可能性あり。
Ｈａｎｄｗｅｒｋｅｒ ２００３によるLead-free assembly project（１９９９－２００３年）説明
Ｌｅｅによるプロジェクト紹介
フェーズ１ １９９９－２００２年 合金、工程、部品、信頼性
２０００年 リフローにＳｎ３．９Ａｇ０．６Ｃｕを推薦
フェーズ２ アセンブリと大規模複雑ＰＷＢアセンブリに拡大
Ｐｂフリーアセンブリとリワーク、スズ・ウイスカー
フェーズ３ ５プロジェクト、サプライ・チェーン過渡期問題に対処
フェーズ４ ウェーヴ・選択はんだ付け、混合アセンブリ、Ｐｂフリー表面処理に対処
環境自覚電子技術統合グループＴＩＧ Ｓｎウイスカー等に対処するいくつかのグループ
Ｐｂフリー合金代替プロジェクト報告 産業の状態（Ｈｅｎｓｈａｌｌ）
→ｉｎｅｍｉ
→ｉｎｅｍｉ ２０１２
Ｐｂフリー合金特徴化プロジェクト報告 ２０１２
Part I Henshall - Program Goals, Experimental Structure, Alloy Characterization, and Test Protocols for Accelerated Thermal Cycling
Part II Parker - Thermal Fatigue Results for Two Common Temperature Cycles
Part III Sweatman - Thermal Fatigue Results for Low-Ag Alloys
Part IV Coyle - Effect of Isothermal Preconditioning on Thermal Fatigue Life
→ｉｎｅｍｉ ｃｄ
（３－２－５） その他のプロジェクト、報告
詳細は→欧州プロジェクト
スウェーデン ＩＶＦ
鉛フリーはんだの全体 ２０００年終了
調査したはんだ合金は
Ｓｎ－３．５Ａｇ
Ｓｎ－３．５Ａｇ－３Ｂｉ
Ｓｎ－３．２Ａｇ－０．５Ｃｕ
Ｓｎ－４Ａｇ－０．５Ｃｕ
デンマーク（２００２）
有望なのはＳｎ－４．０Ａｇ－０．５ＣｕとＳｎ－３．５Ａｇ。
ドイツ ＺＶＥＩ
Ｓｎ－３．５Ａｇ、Ｓｎ－３．２Ａｇ－０．５Ｃｕ、Ｓｎ－０．７Ｃｕ、Ｓｎ－５Ｓｂなどが適当とされる。
JCAA/JG-PP ２００４（エージング航空機ジョイント評議会、汚染防止ジョイント・グループ） ２００１－
試したはんだは
Ｓｎ－３．９Ａｇ－０．６Ｃｕ ウェーヴ、リフロー、手はんだ
Ｓｎ－３．４Ａｇ－１．０Ｃｕ－３．３Ｂｉ リフロー、手はんだ
Ｓｎ－０．７Ｃｕ－０．０５Ｎｉ ウェーヴ、手はんだ
プレゼン ２０１１
フェーズ１ ＪＣＡＡ／ＪＧＰＰ ＬＦ プロジェクト（２００３）
Ｓｎ－３．９Ａｇ－０．６Ｃｕ ウェーヴ、リフロー、手はんだ
Ｓｎ－３．４Ａｇ－１．０Ｃｕ－３．３Ｂｉ リフロー、手はんだ
Ｓｎ－０．７Ｃｕ－０．０５Ｎｉ ウェーヴ、手はんだ
フェーズ２ ＮＡＳＡ ＤｏＤ ＬＦ プロジェクト（２００７）
ＳＡＣ３０５ リフロー、手はんだ
Ｓｎ－０．７Ｃｕ－０．０５Ｎｉ（ＳＮ１００Ｃ） リフロー、ウェーヴ、手はんだ
→ＰＳＭＣ
先端車両電子センターＣＡＶＥ
ＩＭＣ成長
ＳＡＣ４０５、Ｓｎ－３．５Ａｇ－１．５Ｉｎ、Ｓｎ－３．５Ａｇ、Ｓｎ－０．７Ｃｕ
濡れ
機械的特性
接合信頼性と微細構造研究
Ｓｎウィスカ成長
一方ＪＰＬ 2003（ＮＡＳＡのジェット推進研究所）では航空機応用として
第１フェーズ
Ｓｎ－３．５Ａｇ
Ｓｎ－３．８Ａｇ－０．７Ｃｕ
Ｓｎ－２．５Ａｇ－０．８Ｃｕ－０．５Ｓｂ（ＣＡＳＴＩＮ）
Ｓｎ－２０Ｉｎ－２．８Ａｇ （Ｉｎｄａｌｌｏｙ ２２７）
第２フェーズ（２００１－２００４）
リフロー用として
Ｓｎ－３．８Ａｇ－０．７Ｃｕ
Ｓｎ－２．５Ａｇ－０．８Ｃｕ－０．５Ｓｂ
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