フラックスペーストとはんだペーストは、エレクトロニクスアセンブリにおける 2 つの基本的に異なる材料を表しますが、命名規則は業界全体で継続的な混乱を引き起こしています。フラックス ペーストには、酸化物の除去と湿潤促進専用に設計されたフラックス化合物-通常はロジン-ベースまたは-水溶性配合物-のみが含まれています。対照的に、はんだペーストは、フラックス媒体中に懸濁された金属合金粒子を含む複合材料であり、単一ステップの冶金接合用に設計されています。-それらの磁束コンポーネントの機能的重複により、アプリケーション方法論における重大な相違が隠蔽されます。
なぜ人々はこれらを混同し続けるのか
15年の経験を持つエンジニアが間違った真空管を掴むのを見てきました。それは誰もが認めている以上に起こります。
問題は、メーカーが物にラベルを付ける方法から始まります。どちらの製品にも「貼り付け」が表示されます。一部の企業では、ほぼ同一のパッケージ-同じサイズの注射器、同様の色のキャップを使用しています。午前 2 時に BGA を再加工しようとして拡大鏡で作業していると、はんだペーストが必要な場所に突然フラックス ペーストを塗布してしまいました。接合部は濡れているように見え、準備ができているように見えますが、実際の接合を形成する金属はありません。
トレーニング中に誰も教えてくれないのは、フラックスペーストの感触が違うということです。通常はより半透明で、場合によってはほぼ蜂蜜のような粘稠度があります。-はんだペーストは、浮遊した金属粒子による特徴的な灰色の粒子状の外観を持っています。両方を十分に扱えば、質感だけでそれらを区別できるようになります。しかし、それには時間がかかります。
フラックスペーストの化学的側面
フラックス ペーストの配合はいくつかの分類システムに分類され、IPC J{0}}STD-004B 規格は北米の製造業で最も広く参照されています。
- ロジン-ベース（RO）:松脂由来の伝統的な配合。ロジンははんだ付け温度で活性化し、弱酸性になって酸化物を溶解します。はんだ付け後の残留物は通常は無害ですが、湿気の多い環境ではほこりを引き寄せる可能性があります。一部の古い軍用規格では、依然としてロジンフラックスのみが義務付けられています。
- 有機酸(OR):アジピン酸やコハク酸などの有機酸を使用した水溶性製剤。-ロジンよりも活性力が強い。必ず後処理の洗浄が必要です。-プロセス後の洗浄-が基板上に残ると、樹枝状結晶が成長し、最終的には現場での障害が発生することになります。私はこれを湿度センサーのプロジェクトで苦労して学びました。{6}
- 無機酸 (IN):電子機器ではほとんど使用されません。これらは、配管工事や板金作業で見られるような積極的な配合です。腐食性があるため、敏感なコンポーネントには適していません。
- 合成活性化 (SA):合成化学を使用してロジンの性能を模倣するように設計された最新の配合。多くの場合、「クリーンではない」オプションとして販売されます。-
アクティベーション温度は非常に重要ですが、スペックシートがこれを常に明確にしているわけではありません。 250 度での鉛フリー処理用に設計されたフラックスは、錫鉛はんだの 183 度共晶点では同様に機能しません。-酸化物の除去が不完全で、濡れが不十分で、見た目は許容範囲に見えても熱サイクル下では接合部が破損する可能性があります。
はんだペースト組成
はんだペーストは本当に複雑なものです。
金属含有量は通常、重量で 88% ～ 92% の範囲ですが、密度の違いにより、これは体積で約 50% になります。粒度分布はタイプ分類システムに従います-タイプ 3 (25-45 ミクロン) は依然としてほとんどの SMT アプリケーションで主力ですが、より細かい粒子を含むタイプ 4 およびタイプ 5 ペーストは 0201 コンポーネントとマイクロ BGA パッケージの需要に対応します。
はんだペースト中のフラックスビヒクルは、単なる酸化物の除去を超えた複数の機能を果たします。これにより、ステンシル印刷に必要なレオロジー特性が得られます。-ペーストはステンシル表面上で滑るのではなく、転がる必要があります。開口部の壁からきれいに剥がす必要があります。配置中にコンポーネントを保持するには十分な粘着力が必要です。また、リフロー中に飛散することなくきれいにガスを放出する必要があります。
それは、本質的に犠牲的な媒体であるものに多くのことを求めることになります。
一般的な合金組成:
錫-鉛（Sn63/Pb37）は、RoHS 要件から免除される特定の航空宇宙および軍事用途に引き続き使用されています。 183 度の融点と優れた湿潤特性により、数十年にわたって業界の標準となりました。
SAC305 (錫 96.5%、銀 3%、銅 0.5%) が有力な鉛フリー代替品として浮上しました。-融点は約 217 ～ 220 度です。銀の含有により材料コストは高くなりますが、耐熱疲労性は向上します。
Sn42/Bi58（融点 138 度）などの低温代替品は、熱に敏感なアセンブリで注目を集めています。-ビスマスは接合部をやや脆くするため、用途が制限されます。
実際のアプリケーションの違い
フラックスペーストはリワーク作業前およびリワーク作業中に塗布されます。これを使用して、表面を準備したり、濡れを有効にしたり、手はんだ付けのシナリオではんだの流れを促進したりできます。-これは加工助剤であり、接合材料ではありません。
一般的なリワーク手順: フラックスペーストをサイトに塗布し、交換コンポーネントを配置し、熱風または集束 IR でリフローします。フラックスは既存のはんだを洗浄し、合体を促進し、パッド上の元のはんだが接合部を形成します。十分な量のはんだがあれば、追加の金属は必要ありません。-
はんだペーストは、フラックス機能と接合形成用の金属の両方を提供します。コンポーネントを配置する前に、裸のパッド上に塗布またはステンシル印刷されます。-リフロー サイクルは、フラックスを活性化し、合金粒子を溶かし、1 回の熱変化で冶金的結合を形成します。
このように書くと区別は明らかです。実際には、両方の製品が加熱中に光沢のある濡れたように見える表面を生成する可能性があるため、混乱が続いています。-違いは、ジョイントを調べたり、機械的ストレスを加えたりした場合にのみ明らかになります。
保管と取り扱いの注意点
はんだペーストは要冷蔵です。フラックスビヒクルは室温で劣化し、金属粒子が酸化または沈降する可能性があります。ほとんどのメーカーは、0-10 度の保管場所で 6 か月の保存期限を指定しています。使用前に、容器を室温に戻す必要があります。コールドペーストを開けると結露が発生し、印刷品質が損なわれます。
準備期間は人々を魅了します。- 500gの瓶なら最低4時間。早めに開けてしまうと、コンテナ全体が危険にさらされてしまいます。
フラックスペーストはより耐性があり、一般に室温で 12-24 か月間安定です。一部の高活性製剤では冷蔵が必要な場合がありますが、それは普遍的なものではありません。
どちらの製品も凍結には耐えられません。相変化により均質な混合物が破壊され、再混合では回復できなくなります。-
フラックスペーストが窮地を救ったとき
コンポーネントの取り外し。フルストップ。これは、フラックスペーストがあらゆるリワークステーションで活躍する場所です。
適切なフラックスを使用せずに QFN または BGA を取り外そうとすると、イライラすることになります。既存のはんだは適切に濡れず、コンポーネントは不均一に接着され、パッドの損傷はほぼ避けられません。適切なフラックスペーストをたっぷりと塗布すると、動作が変わります。
ピン-イン-ペーストのプロセスでもフラックスを追加塗布することでメリットが得られますが、これは特殊な製造領域に近づきます。
ウェーブはんだ付けの修正-スルーホール接合部のブリッジや充填不足に対処する場合-フラックス ペン-をブラシやフラックス ペンで塗布すると、量を増やすことなくきれいなはんだの流れが可能になります。はんだはすでに十分にあります。動作するために必要なだけです。
はんだペーストのみで動作する場合
表面実装コンポーネントの新しいアセンブリ。-はんだがない接合部にフラックスを貼り付けることはできません。{2}
-連続したリフロー サイクルで正確な合金量が必要となるステップはんだ付け用途。試作はディスペンス装置を使用して実行されます。生産量に応じたステンシル印刷。ここではプリフォームが代替手段となりますが、標準的な SMT では依然としてペーストが主流です。
細かいピッチでの作業には粒子サイズの選択が重要になります。{0}} 0.3 mm のステンシル開口部を通してタイプ 3 ペーストを印刷しようとすると、不均一な堆積やブリッジ欠陥が発生します。適切なフラックスレオロジーを備えたタイプ 4 以上のものが必要です。
誰も宣伝しないリフローの真実
鉛フリーはんだペーストのリフロー プロファイルには、これまでの錫鉛よりも高い精度が求められます。{0}{1}処理ウィンドウは大幅に狭くなります。-液相線に到達し、適切に湿らせるために十分な時間維持する必要がありますが、金属間化合物の成長が加速し、コンポーネントの熱限界に達する 250 度を超える長時間の使用は避けてください。
既存のはんだと組み合わせて使用されるフラックスペーストは、同じ制約に直面しません。フラックスは活性化され、その役割を果たし、燃え尽きます。粒子の分布を溶かそうとしているわけではありません。すでに存在する合金の流れを有効にしているのです。-
これは、同じアセンブリであっても、リワーク プロファイルが本番リフロー プロファイルと大幅に異なる可能性があることを意味します。熱質量が異なり、はんだの量が異なり、フラックスの挙動が変化します。
品質指標
許容可能なフラックス ペースト残留物（クリーンでない配合の場合）: 最小限、非粘着性、非導電性。-高湿度にさらされても目に見える変化が生じることはありません。
許容可能なはんだペースト接合: 滑らかな凹面フィレット形状、完全なパッド濡れ、X 線で目に見えるボイドなし、適切な金属間化合物の厚さ。
フラックスペーストの問題の指標: 汚染を引き付ける粘着性の残留物、白い結晶の堆積物 (未反応の活性剤)、近くの導体の腐食。
はんだペーストの問題の指標: 粒状の接合部の外観 (コールドジョイントまたは不十分なリフロー)、マスク表面のはんだボール (過剰なペースト量またはプロファイルの問題)、ツームストーン (リフロー中の不均一な濡れ力)。
コストの問題
フラックスペースト: 配合とメーカーによって異なりますが、1 キログラムあたり 15 ～ 80 ドルです。実稼働環境でも比較的少量を使用しています。
はんだペースト: 1 キログラムあたり $80-400+。金属含有量が価格を左右し、銀のため SAC305 がより高価になります。高信頼性用途向けの特殊合金は、1kg あたり 600 ドルを超える場合もあります。{4}}
消費量の観点から見ると、フラックス ペーストの使用量は、中程度の再加工作業で毎月 50- 100 グラムになる可能性があります。はんだペーストの消費量は生産量に比例します。忙しい SMT ラインでは毎日数キログラムが消費されることがあります。
経済学では、代替品を試みるよりも、それぞれの材料を適切に使用することが推奨されます。フラックスペーストで十分な場合に高価なはんだペーストを使用すると、コストが無駄になります。金属の添加が必要な場合にフラックスペーストを使用すると、時間と部品が無駄になります。
互換性に関する考慮事項
すべてのフラックスペーストがすべてのはんだ合金に使用できるわけではありません。活性化化学反応は、存在する特定の酸化物種に対処する必要があります。鉛フリー酸化物は一般にスズ鉛酸化物よりも頑固であるため、より積極的なフラックス配合が必要です。{2}
単一アセンブリ上でフラックスの化学的性質を混合すると、信頼性のリスクが生じます。 -クリーンでない生産フラックスの後に水溶性リワークフラックスが続くと、どちらの洗浄プロセスでも完全に対処できない残留物の組み合わせが残ります。-
最も安全なアプローチ: はんだペーストと同じメーカーおよび化学系のフラックス ペーストを使用します。 Kester R562 はんだペーストを使用する生産の場合、リワークには Kester フラックス製品を使用してください。メーカー間の組み合わせも機能しますが、検証が必要です。-
粘着付与剤についての簡単な説明
作業者の中には、リフロー前の取り扱い中に部品を保持するためにその粘着性を利用して、フラックス ペーストを部品の接着剤として使用する人もいます。これは緊急時には機能しますが、問題が発生します。-フラックス残留物の分布が予測できなくなり、はんだ付け機能に必要な量をはるかに超える量のフラックスを適用する可能性があります。
この目的のために、専用の SMT 接着剤が存在します。はんだ付けプロセスを妨げずに粘着性を維持するように配合されています。代替品としてフラックスペーストを使用することは、最終的に品質の低下を引き起こす製造現場の手段の 1 つです。-
最終的な実践ノート
適用する前に、適切な材料を使用していることを必ず確認してください。ラベルを 2 秒間見るだけで、2 時間の再作業セッションよりも早くなります。-
フラックスペーストとはんだペーストを個別に塗布する装置を維持します。相互汚染は、診断が難しい一貫性のない動作を引き起こします。-
開封時の容器の日付を記入します。どちらの材料も大気にさらされると、速度は異なりますが劣化します。 「先月は大丈夫だった」というのは、今日も大丈夫というわけではありません。
疑問がある場合は、製品アセンブリに着手する前に、スクラップ ハードウェアでテストしてください。フラックス ペーストとはんだペーストの動作の違いは、何を求めているかがわかっていれば、リフロー サイクル後に拡大するとすぐにわかります。-
