半導体や電子機器のはんだ付けに必要なフラックスと残渣洗浄

はんだ付けの環境を整えるためにフラックスがその役割を担っています。

フラックスは以下の作用を有しています。

①表面清浄化：母材金属表面の酸化膜を化学的に除去する。

　　　　　　※母材金属と溶融したはんだが直接接触出来る様になる。

②再酸化防止：はんだ付けする箇所の表面をフラックスで覆い、はんだ付けが終了まで、溶融したはんだと
　　　　　　　清浄化された母材金属表面を大気や熱から遮断して再酸化を防止する。

③表面張力低減：溶融したはんだの表面張力を小さくして、毛細管現象によって母材金属表面への
　　　　　　　　はんだ濡れ広がりを促進する。

☆フラックス材料構成

再酸化防止の役割を担う天然ロジンや変性ロジン等のベース樹脂、表面清浄化や表面張力を下げる活性成分である有機酸、塗布均一性を助けるグリコールエーテル、アルコール等の溶剤、補助成分として界面活性剤等で一般的なフラックスは構成されています。

フラックスに含まれるアミンのハロゲン化塩等の活性成分は、はんだ付け時に熱により活性化されて酸化膜と反応し分解しますが、はんだ付け終了後もその活性成分の半分程度は活性作用を残した状態でフラックス残渣中に存在しています。これらの活性成分はイオン性の強い物質で有る事が多く、フラックス残渣が液状や軟化した状態ではイオン化し吸湿して腐蝕の発生や絶縁抵抗値の低下、イオンマイグレーション等の電気的な長期信頼性低下を招き、市場での動作不良の要因となります。更にフラックス残渣は電子機器製品の電気的な長期信頼性低下ばかりでなく、IC組立工程でのボンディング不良、樹脂の流動阻害や硬化阻害、接着力の低下、BGAバンプ導通抵抗増大等の不具合要因に繋がる場合も多くあります。この為、半導体製品や高信頼性が求められる機器等の基板では、フラックス残渣除去洗浄はIC組立工程不良発生防止、市場不良回避のために必要となっています。

○イオンマイグレーション

実装材料に含まれる金属は、水分が存在する環境下で電圧印加すると陽極電極表面から金属イオンが溶け出し、金属として析出しながら、陰極に向かって樹枝状のデンドライト成長して最終的にはショートしてしまうイオンマイグレーションが発生します。はんだの成分であるSn,Pb,Agなどはいずれもデンドライトの成長しやすい金属で、水や有機溶剤など極性のある物質が電極間に存在すると、金属がイオン化してデンドライトが成長し易くなってしまいます。更にフラックス残渣等の成分の存在で成長が加速します。

○ワイヤーボンディング接合不良

ICチップのフレームへの接続には樹脂ペースト材料、はんだ材料等を使用しますが、ICチップ裏面を電気的接続が必要な場合やICチップからの動作熱の放熱が必要な場合等にはICチップの金属接続が適用されます。はんだ付けによる金属接続ではフラックスを使用する場合も多く、発生するフラックス残渣等による次工程であるワイヤーボンディングでの接続不良を発生する場合があります。

フラックス残渣洗浄除去の品質や生産性は洗浄液や洗浄方式に大きく影響されます。同じフラックスであってもはんだ付け条件、特にはんだ付け温度やはんだ付け終了から洗浄迄の保管条件（温度・湿度・経過時間）によってはフラックス残渣の除去洗浄性に差が出て来る場合もあります。

☆洗浄液の分類

洗浄液（剤）は①水系洗浄剤　②準水系洗浄剤　③溶剤系洗浄剤に大別されています。尚、溶剤系洗浄剤は炭化水素系溶剤、塩素系溶剤、フッ素系溶剤、臭素系溶剤、アルコール系溶剤等に分類されます。

尚、各洗浄剤毎の分類詳細は下表を参照下さい。

表　工業用洗浄剤の種類　

出典：平成２０年度化学物質安全確保・国際規制対策推進等 （工業用洗浄剤の実態調査）調査報告書