金属を“溶かす”--計算状態図による高効率なはんだ材料設計と応用

摘要

紀元前から，ものとものを接合するための材料として，Sn（スズ）とPb（鉛）の合金が用いられてきた。図1にSn－Pb2元糸状態図を示す。融点が231°CのSnと328°CのPbが液体では溶け合い，組成がSn－37％Pb（以下mass％）の合金は，183°Cで液相が（Sn）と（Pb）の2つの固相へと共晶変態する。この共晶温度以上では合金中のPbの濃度が37％より高ければ液相＋（Pb）の2相が，また，低ければ液相＋（Sn）の2相が共存する。しかし，Pbの濃度が37％の共晶組成の合金は融点が183°Cの純金属と同じような扱いが可能であるため，はんだ付けしやすい合金（Sn－Pb共晶はんだ）として広く使われてきた。一方，Pbを90％含む合金は，液相＋（Pb）の2相共存域が狭いため扱いやすく，融点300°C近傍の高温はんだとして使われている。しかし，昨今，Pbは環境や人体に悪影響を及ぼすとの理由から使用を規制する動きが強まっており，これらの温度で使用できるPbフリーはんだの開発が求められてきた。