はんだ付け用フラックスは、酸化物を除去し、加熱中に酸化が再び進むのを抑えることで、はんだが金属表面になじみやすくなるようにする化学製剤です。プリント基板の組み立てでは、単独で塗布する方法と、はんだ線やはんだペーストに含ませる方法があります。どちらを選ぶかによって、接合部の形成だけでなく、仕上がった基板に残る残渣にも影響します。
要点
- フラックスは接合部にはんだがなじむのを助け、はんだ合金は接続を形成する金属を供給します。
- ロジン系、ノークリーン、水溶性は、フラックスの化学組成や残渣の特性を表します。ペン、液体、ジェル、芯入りワイヤ、ペーストは、材料の供給形態を表します。
- ノークリーンという表示だけでは、コーティング、汚染、信頼性に関するすべての問題が解決するわけではありません。量産前に、工程全体と検証要件について合意してください。
- 水溶性の製剤は、通常、適切な洗浄工程が必要です。選定した製品の説明書と組立仕様に従ってください。
はんだ付け用フラックスの働きとは？
フラックスは表面をはんだ付けに適した状態に整え、溶融はんだが表面になじむ条件を保つのに役立ちます。銅パッド、部品端子、はんだ粒子には酸化膜ができることがあり、これがはんだと下地金属との接触を妨げます。
加熱中、適切なフラックスは次のような複数の働きをします。
- 表面の酸化物に作用する。 製剤に含まれる活性剤は、フラックスの想定された使用条件の範囲内で酸化物に作用します。
- さらなる酸化を抑える。 フラックスの媒体は、はんだ付け作業中に露出した表面を保護するのに役立ちます。
- ぬれ性を高める。 表面の障壁が低減されると、溶融はんだが適合する表面に広がり、接合部を形成できます。
フラックスは工程の一要素にすぎません。表面仕上げ、清浄度、合金、熱伝達、加熱時間、部品の状態も結果に影響します。フラックスを追加するだけで、不良な接合部を確実に修正できるわけではありません。基本的な分類と残渣に関する注意点については、以下をご覧ください。 Chemtronicsの電子機器用フラックスガイド.
はんだ付け用フラックスとはんだペーストの違い
はんだ付け用フラックスとはんだペーストには関連がありますが、互換性はありません。はんだペーストは、微細なはんだ合金粉末をフラックス媒体に懸濁させたものです。単独のフラックスには、接合部を形成するはんだ合金は含まれていません。
| 材料 | 供給されるもの | 一般的な用途 |
|---|---|---|
| 単独のフラックス | フラックス製剤 | 手はんだ付け、リワーク、ウェーブはんだ付け、選択はんだ付け |
| フラックス入りはんだ線 | ワイヤ内のはんだ合金とフラックス | 手はんだ付けおよび一部のリワーク |
| はんだペースト | はんだ合金粉末とフラックス媒体 | リフロー前のステンシル印刷またはディスペンス |
ペーストに含まれるフラックスは、保管、印刷、リフローの各工程でペーストが適切に機能するのにも役立ちます。 はんだペースト用フラックスに関するIndiumの解説 では、こうした役割が説明されています。フラックス入りはんだ線で特定の作業に十分なフラックスを供給できる場合もありますが、難しいリワークや特定の作業手順では、適合するフラックスを追加する必要があることがあります。
はんだ付け用フラックスの種類と残渣
比較する際は、製品データシートを確認するのが最も有用です。フラックスの用途、はんだ付け後に残るもの、その残渣の取り扱い方法を確認してください。以下の一般的な呼称は重複することがあり、互いに排他的な化学分類をまとめたものではありません。
| 説明 | 一般的な留意点 | 残渣と洗浄 |
|---|---|---|
| ロジン系または樹脂系 | 多くの電子機器用はんだ付け製剤に使用され、活性度は製品によって異なります | 残渣の性質はさまざまです。製品の説明書と組立品に求められる清浄度の要件に従ってください。 |
| ノークリーン | はんだ付け後に指定された残渣を残してもよい工程向けに設計されています | 工程全体と用途が認定されていれば、残渣を残すことが許容される場合があります。特定の製品や後工程では、洗浄が必要となることもあります。 |
| 水溶性 | 適切な水系工程で残渣を除去できるように設計されています | 通常、はんだ付け後に洗浄が必要です。使用する装置、タイミング、水質、乾燥方法は、製品と工程によって異なります。 |
| 配管用の無機系または酸性フラックス | 他の金属加工に用いる、強力な洗浄作用を目的として配合されていることがよくあります | 電子機器向けとして認定された製品の代わりに配管用フラックスを使用しないでください。不適切な残留物は、実装基板を損傷するおそれがあります。 |
フラックスの分類が役立つ理由
IPC J-STD-004では、組成や活性度、ハロゲン化物の表示など、試験された特性に基づいてフラックス材料を分類しています。たとえば、ROL0は、ロジン系（RO）で活性度が低い（L）フラックスであり、規格上のハロゲン化物区分が0であることを示します。この区分は、該当する試験基準によって定義されており、ハロゲン化物が微量も存在しないことを保証するものではありません。この分類だけでは、特定の基板、コーティング、洗浄工程、または使用環境との適合性は証明されません。正確な定義については、該当する版の規格と材料サプライヤーの資料を確認してください。
この IPC J-STD-004Bの目次と分類の抜粋 は、調達や受け入れの判断を行う際の出発点として役立ちます。作業で指定された版を使用してください。
PCB実装用フラックスの選び方
フラックスは、はんだ付け工程および残渣の処理方針と合わせて選定してください。単体では良好なぬれ性を示す材料でも、部品の下に残った残渣を除去できない場合、コーティングに干渉する場合、または顧客の清浄度要件を満たさない場合には、適切な選択とは言えません。
| 実装状況 | 実装業者と確認すべき事項 |
|---|---|
| 一般的な電子機器 | どのフラックスと工程が認定されていますか？残渣は残す想定ですか？どの製品資料が該当しますか？ |
| 洗浄が必要な実装 | 基板、部品、コネクター、ラベルは、洗浄剤、温度、すすぎ、乾燥の工程に耐えられますか？洗浄剤はクリアランスの小さい箇所に届き、そこから排出されますか？ |
| コンフォーマルコーティングを施す基板 | 残渣とコーティングは適合しますか？コーティングのサプライヤーは、洗浄や密着性の評価を求めていますか？ |
| 高い信頼性が求められる実装、または特に注意を要する実装 | 必要な使用環境、受け入れ規格、試験方法、記録は何ですか？材料や工程の変更をどのように管理しますか？ |
水溶性だから自動的に洗浄しやすい、あるいはノークリーンだから洗浄せずに必ず使える、と決めつけないでください。どちらも、意図した工程を適切に実施し、妥当性を確認することが前提です。導体間隔が狭い基板、スタンドオフの低い部品、または湿気にさらされる基板では、単純な試作基板よりも詳細な汚染評価が必要になる場合があります。
実装業者には、使用環境、表面仕上げ、はんだ合金、はんだ付け方法、および後工程でコーティングや封止を行う予定を伝えてください。 PCB実装工程 では、こうした選択が実装全体の中でどのような位置を占めるかを説明しています。
はんだ付け工程におけるフラックスの塗布方法
フラックスの供給方法は、工程によって異なります。フラックスの形状と、その化学的性質や洗浄区分を混同しないでください。
手はんだ付けとリワーク
フラックス入りはんだ線は、合金とはんだ付けに必要なフラックスを一緒に供給します。手順で求められる場合、たとえば部品の取り外しや狭ピッチ部品のリワーク時には、適合するペン型、液状、またはジェル状のフラックスを使用することもあります。製品の指示と工程で必要な量だけを塗布してください。残渣が過剰だと、検査や後工程の洗浄が難しくなる場合があります。
はんだ付け時に発生するヒュームは健康に害を及ぼす可能性があります。英国安全衛生庁は、ロジン系フラックスのヒュームが職業性ぜんそくの原因となることを指摘し、次の対策を推奨しています。 適切に整備された局所排気装置で曝露を抑える換気、保護具、取り扱い、廃棄について、フラックスと洗浄剤の安全データシート、および職場の手順に従ってください。鉛フリーはんだを使用しても、フラックスのヒュームがなくなるわけではありません。
SMTリフロー
表面実装では通常、部品を搭載する前に、はんだペーストをパッドに印刷または塗布します。加熱中にはんだペーストのフラックスが作用し、合金が溶融して接合部を形成します。ペーストの取り扱いと温度プロファイルは、材料と実装内容に合わせる必要があります。炉内の各段階とプロファイルの選択については、次を参照してください。 リフローはんだ付けガイド.
ウェーブはんだ付けとセレクティブはんだ付け
基板が溶融はんだに接触する前に、フラックスを塗布することがあります。装置、塗布範囲、加熱方法、残渣の処理方針は、フラックスと実装内容に応じて選定します。混載実装基板では、製造中またはリワーク時に複数のフラックスが使われる場合があるため、材料同士の適合性が重要です。
フラックス残渣は洗浄が必要ですか？
選定した材料の指示、製品仕様、または認定済みの後工程で求められる場合は、フラックス残渣を洗浄する必要があります。「ノークリーン」という表示は、適切な条件下では通常の洗浄工程を行わずに使用できるよう設計されていることを示しますが、あらゆる基板や環境に対する包括的な保証ではありません。
残渣を残すか除去するかを判断する前に、次の点を確認してください。
- 材料の指示： フラックスのサプライヤーは、洗浄、適合する洗浄剤、または洗浄までの時間制限を指定していますか？
- 実装の要件： 顧客は、清浄度の評価方法、規格、判定基準、または記録された結果を指定していますか？
- 後工程： 残渣が、コーティングの密着性、封止、接点表面、検査用アクセス、その他の工程に影響する可能性はありますか？
- 洗浄のしやすさ： クリアランスの小さい部品の下まで洗浄液が届き、溶解した残渣を除去した後、実装品を十分にすすいで乾燥できますか？
- 検証： 選定した工程がこの製品の要件を満たすことを、どのような証拠で示しますか？
ノークリーン残渣を洗浄すれば、必ず改善するとは限りません。 インジウム社のノークリーンフラックスに関するガイダンス では、不完全な除去によって残渣が露出した状態で残る可能性があると注意喚起し、除去が必要な場合は適合する洗浄工程を推奨しています。簡単な溶剤拭きで十分だと決めつけず、洗浄から乾燥までの工程全体を認定してください。
清浄度はどのように検証しますか？
目視検査で明らかな堆積物を見つけることはできますが、基板がきれいに見えても、電気的に問題となる汚染物質がないとは限りません。試験方法によって確認できる内容は異なります。
- ROSE試験 は、規定の方法に基づく一括測定により、抽出可能なイオン性汚染を評価します。 IPC試験方法2.3.25、改訂D は、個々のイオン種を特定したり、信頼性を予測したりするものではなく、工程管理用のツールとして説明されています。
- イオンクロマトグラフィー では、抽出液中の特定のイオン種を特定し、定量できます。 IPC試験方法2.3.28、改訂B はこの方法について説明し、抽出手順によって一部のアセンブリが損傷する可能性があると注意を促しています。
- 表面絶縁抵抗（SIR） 試験では、規定条件下で電気抵抗を測定し、残留物に関連する電気的挙動の評価に役立てることができます。 インジウム社によるSIRの解説 では、フラックス評価におけるSIRの用途が説明されています。
製造前に、試験方法、サンプリング、限度値、および製品固有の適格性確認について合意してください。無関係な別のアセンブリで用いられた単一の数値限度を流用しないでください。 IPC J-STD-001ガイド では、指定された改訂版、製品クラス、および合意した証拠が重要である理由が説明されています。
例：発注前にフラックスと洗浄方法を指定する
コンフォーマルコーティングを施し、湿度の高い環境で使用する産業用コントローラーを例に考えてみましょう。これは計画立案のための例であり、試験済みの製造例でも、特定材料の推奨でもありません。
「ノークリーンフラックスを使用」とだけ記載するのではなく、購入者はアセンブラーに次のような簡潔な要求事項を送ることができます。
- アセンブリと工程： 基板のリビジョン、表面仕上げ、はんだ合金、および予定しているリフロー、スルーホール、手直しの各工程を明記します。
- 最終用途： 湿度への曝露、および繊細な電気的間隔やその他の信頼性要件について説明します。
- 後工程： コーティング材と、コーティングせずに残す箇所または電気的にアクセス可能な状態にしておく箇所を明記します。
- フラックスと残留物： 各はんだ付け工程で使用する予定の材料、およびその残留物を残すか除去するかを確認します。
- 証拠資料と合否判定： 量産前に、関連する材料資料、洗浄およびコーティングの適合性確認、試験方法、合否判定基準、記録について合意します。
- 変更管理： フラックス、洗浄剤、プロファイル、またはコーティング工程の変更が、いつレビューや再適格性確認の対象となるかを合意します。
そのうえで、アセンブラーとコーティング材のサプライヤーが、選定した材料と工程の適合性を判断できます。重要なのは、部品の製造前に判断の根拠を追跡可能にしておくことであり、すべての基板に対して洗浄方法や特定の試験を一律に指定することではありません。
フラックスに関連するよくある問題
| 症状 | 考えられる原因 | 次に確認するとよいこと |
|---|---|---|
| パッドにはんだが十分になじまない | 酸化、表面仕上げの問題、加熱不足、不適切なフラックス、または劣化したフラックス | 表面状態、材料の保管期限、および実際の加熱プロファイルを確認してください。 |
| 目に見える残留物がある | フラックスの配合、塗布量、加熱、または洗浄工程 | 材料を特定し、その残留物を製品要件および顧客要件と照らし合わせてください。 |
| コーティングの密着性にばらつきがある | 残留物、その他の汚染、コーティング前処理、または硬化条件 | フラックスとコーティングの適合性、および適格性確認済みの洗浄・コーティング工程を確認してください。 |
| 洗浄後もリード高さの低い部品の下に残留物が残る | 洗浄液が届きにくい、すすぎが不十分、または洗浄剤が不適合 | アクセス性、洗浄剤の化学的性質、すすぎと乾燥の条件、および製品固有の検証方法を評価してください。 |
これらは調査の進め方であり、診断ではありません。リフロー前の工程管理については、 はんだペースト検査 フラックスを変更するだけでは解決できない印刷上の問題を特定するのに役立ちます。
はんだフラックスに関するよくある質問
はんだフラックスには導電性がありますか？
配合、処理方法、残留物、環境によって異なります。適切なノークリーン工程であれば、残留物を基板上に残すことを想定した製品もありますが、湿気、汚染、不完全な処理などの条件によって電気的特性が変わることがあります。残留物がすべて導電性、または無害だと決めつけず、アセンブリ全体を評価してください。
別途フラックスを加えずにはんだ付けできますか？
はい。フラックス入りはんだ線やはんだペーストには、すでにフラックスが含まれているため、特定の作業では別途塗布する必要がない場合があります。材料の取扱説明書と、該当するはんだ付けまたはリワークの手順に従ってください。
ノークリーンフラックスの残留物は、PCB上に残しても常に安全ですか？
いいえ。ノークリーン製品は、適切な条件下で残留物を残せるように設計されていますが、完成したアセンブリ、使用環境、その後のコーティング、顧客の要件も考慮する必要があります。想定する用途に合わせて工程を検証してください。
電子機器には配管用フラックスを使用できますか？
電子機器向けに認定されたフラックスの代わりに、配管用フラックスを使用しないでください。電子アセンブリ用の材料を選び、残留物と洗浄に関する指示に従ってください。
はんだペーストとはんだ用フラックスペーストは同じものですか？
必ずしもそうではありません。はんだペーストには、合金粉末とはんだ用フラックスが含まれています。一方、フラックスペーストまたはジェルとして販売されている製品には、はんだ合金を含まず、フラックスのみが含まれている場合があります。使用前に製品ラベルとデータシートを確認してください。
フラックスと残留物の対策をあわせて計画する
信頼性の高いはんだ付け工程は、材料の適合性、適切な加熱、そして残留物への明確な対策から始まります。アセンブリを発注する前に、コーティング、洗浄、検証、合否判定の要件とあわせて、これらを決定してください。
新規製造の場合は、基板の設計と工程要件について、以下の業者にご相談ください。 PCBアセンブリ業者 また、特別な書類や清浄度に関する要望があれば、注文時にお伝えください。
