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異種金属のガルバニック腐食

すべての金属が相性が良いとは限らない。そしてこのことは、エレクトロニクスの世界やそこで使用される材料にも波及する。RoHSの出現と、SnPb(Ag)はんだに代わる「ドロップイン」はんだを特定したいという要望から、比較的新しく、関連性のある例が生まれた。Sn(錫)とZn(亜鉛)の共晶混合物は、代替可能な材料として非常に魅力的であった。91Sn 9Znは共晶であり、RoHS物質を含まず、溶融温度は199℃で、共晶SnPbはんだより16度高く、一般的なSACブレンドより20度低いだけであり、高価な貴金属を含まない。

しかし、この合金にはZnが含まれている。これは2つの理由でショーストッパーとなる。Znは非常に反応性が高く、安定したソルダーペーストを可能にするフラックス・ビークルを作るのが非常に難しくなる(評価できる保存期間を持つ)。もうひとつは、この記事で詳しく説明することだが、Znの電極電位である。

金属間の電極電位差が大きいほど、ガルバニック腐食が発生する可能性が高くなる。Cu(銅)の電極電位は+0.334V。Sn(錫)とPb(鉛)の電極電位は、それぞれ-0.140Vと-0.126Vである。一方、Znの電極電位は-0.761Vである。つまり、ZnがCuに偶発的に接触すると、1.095Vの電位差が生じる可能性がある。そこに少しの湿気(水分)が加われば、ガルバニック腐食が発生する格好のシナリオができあがる。ハロゲン化物イオン(塩水噴霧)が存在すると、さらに悪化する可能性がある。

そう考えると、91%Snと9%Znのはんだ合金は問題ないのでしょうか?

簡単な実験をしてみた。

私はSnZnはんだリボンと銅クーポンを手に取り、互いに重ね合わせ、労働者の日の長い週末(72時間以上)に85℃/85%RHにさらしました。

下の画像は、上記の条件にかける前のSnZnはんだリボンである。

SnZnはんだリボン

次の画像は、85℃/85%RHに72時間以上暴露した後のSnZnはんだリボンです。このリボンのサンプルは他の金属と接触していなかった。この条件下で、この合金の「正常な」酸化がどの程度なのかを見極めようとしたのです。同様に銅のクーポンでもこれを行いました。(次の画像)

エージング "SnZnはんだリボンのイメージ

「熟成」銅クーポン

この最後の画像は、SnZnはんだリボンへの銅の偶発的な接触の影響を示しています。銅クーポンの酸化/腐食がどれほど悪化しているかに注目してください。

SnZnはんだリボンに接触した "エージング "銅クーポン

この簡単な実験では、SnZnはんだ合金と銅の偶発的な接触によって起こるガルバニック腐食の影響を見ることができる。偶発的接触」と言ったのは、材料が単に接触しているだけで、はんだ付けされていないからである。水が浸入する隙間なく材料が接着された場合、その影響がこれほど大きくなるかどうかを見るのは興味深いことである。