フラックス残渣の多様化と分析方法

技術コラム フラックス残渣の多様化と分析方法

フラックス残渣とは?

フラックス残渣写真

フラックス残渣は、はんだ付け後のワーク上に残るフラックス由来の残渣(コンタミ)のことで、成分はイオン、金属塩、有機物などがあります。
洗浄ペーストは洗浄する前提で成分を配合しているため、そのままにしておくと、マイグレーションによる絶縁不良や、腐食などの可能性が高まり、用途によっては人命やインフラにも関わるため、洗浄が必要となるケースがあります。
一方、無洗浄ペーストの場合、フラックス残渣は安定化しますが、信頼性確保のため洗浄するケースも増えてきています。 無洗浄ペーストの洗浄需要の詳細については、技術資料をご覧ください。

<フラックス残渣がもたらす不具合例>

■導通不良

マイグレーションが発生している基板

マイグレーションの様子

マイグレーションが発生する構造 イオン化合物・金属塩

■封止不良

コーティング下で発生した結露

■接合不良

ワイヤーボンディング

洗浄が求められるワーク

実際にどのようなワークにおいて、洗浄が求められるのでしょうか。
最近では特に自動車・通信分野において、信頼性確保のために洗浄が必須化されており、

例えば…
・IGBT
・5Gデバイス
・イメージングセンサ
・通信モジュール
などの製品は洗浄することが国内でも増えてきています。

ちなみに海外では、上記のような製品は洗浄することがほとんどです。
このような高精度な電子デバイスにおいて、洗浄方法と洗浄後の分析(清浄度の評価方法)が昨今の課題となっています。


洗浄方法に関しては、フラックス洗浄における洗浄剤・洗浄方式について解説しているページをご参照ください。

また、はんだメーカー様と共同研究で高精度電子デバイス向けのはんだペーストの洗浄性検証も実施しました。


フラックス洗浄後の分析

現在の主流評価方法は信頼性評価をパスした後、実際の製造工程でAOIによる外観検査を行うことで、製品不良の可否を判断しています。
しかし、製品検査後において不良が生じてしまう事例が増加しています。
このような事例が発生している一つの要因として、フラックス残渣成分が多様化していることが挙げられます。
理由として、昨今のはんだペーストは信頼性確保のため、耐熱・ヒートサイクル耐性・微細接合性・接合強度のような性能向上を目的とし様々な材料が添加されており、従来の方法では可視化できないフラックス残渣が発生しているからです。

フラックス残渣の成分

性能別にはんだペーストに添加されている成分と、どのようなフラックス残渣が発生するかご紹介します。

耐熱ヒートサイクル耐性微細接合性接合強度
添加される成分・ポリマー等・Im、Sn、Biなどの
 レアメタル
・溶剤
・ポリマー
・有機酸
・有機アルカリ

・ハロゲン
フラックス残渣の種類有機物金属塩有機物イオン

上記はあくまで代表的な残渣の種類であり、実際は様々な成分が混ざり、複合物質残渣となります。
さらに、フラックス残渣の中には可視化できず、表面高さの違いもほとんど見られないものもあります。
このようなフラックス残渣を洗浄するためには、いかにして洗浄対象物を見極めるかがポイントとなり、残渣の種類に応じて適切な分析手法を選択する必要があります。

フラックス残渣の種類に応じた分析手法

先ほど挙げたフラックス残渣の種類に合わせて適切な分析手法をご紹介します。

フラックス残渣の種類イオン有機物金属塩
分析手法・装置イオンクロマトグラフィー

FT-IR

SEM-EDX

【イオン】イオンクロマトグラフィー

水溶液試料中に含まれるイオン種成分をカラムを用いて分離し、検出器にて各イオン種成分を検出する分析手法です。
そのため、各イオン種に応じた定量的測定が可能です。

【有機物】FT-IR

各有機物の固有スペクトルを測定することが可能で、フラックス残渣成分の分析に有効な分析手法です。残渣物質がフラックスによるものなのか、洗浄液等の残留による影響かなど、詳細な起因分析が可能です。
測定対象物に赤外光を照射し、透過または反射した赤外光を測定することで、対象となる物質を測定します。

FT-IRでは有機物質が持つ固有のスペクトルを得られるため、目視観察では確認の難しい微量な複合有機物を特定することが可能です。

【金属塩】SEM-EDX

対象物質に電子線を照射することで発生する特性X線を検出し元素分析を行います。
また、主に2次電子によって対象物質表面の微細な凹凸を検出する手法です。

このような分析方法を用いて、要因を的確に判断できることは、洗浄工程を構築する際に、非常に重要な要素となります。
より詳しいフラックス洗浄後の分析方法については、技術資料を無料進呈しておりますので、参考にダウンロードください。
>洗浄効果の立証はできていますか? ~清浄度評価の課題~ の技術記事はこちら

上記の分析装置は、操作方法が分かっていて使用できたとしても、得られたデータを正確に判断することが非常に難しいです。
弊社では様々なお客様のワークの分析をお手伝いしてきた経験を元に、分析のサポートから、分析結果を元に最適な洗浄プロセスのご提案もいたします。
詳しくはお気軽にお問合せください

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