无铅焊锡生产・营销厂家:日本大阪的石川金属株式会社

石川金属株式会社

TÜV RHEINLAND認定

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ISO 9001:2008
ISO 14001:2004

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  • TEL:072-268-1155 FAX:072-268-1159
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ぬれ不良(ソルダペースト)

ぬれ不良の問題点

はんだのぬれが悪い場合、接合面積が減少し、接合信頼性の低下につながります。


ぬれ不良の原因

ぬれ不良の原因には、リフロープロファイルの問題や、部品及び基板の劣化が挙げられます。


リフロープロファイルの考え方

長い予熱と本加熱を行う「台形プロファイル」という方法がとられます。 部品の耐熱温度が250℃程度であるのに対し、はんだの融点は約220℃です。予熱ゾーンを長くとることで、部品の大小による温度差を無くし、大型部品の熱不足によるぬれ不良、小型部品の過熱による故障を防止します。

リフロープロファイル
リフロープロファイル
  • ①昇温ゾーン1
  • ②予熱ゾーン
  • ③昇温ゾーン2
  • ④本加熱ゾーン
  • ⑤冷却ゾーン

予熱時に起こるソルダペーストの劣化

予熱温度は150~180℃、予熱時間は90~120秒が一般的です。予熱の間、ソルダペーストのフラックスは、熱による反応を開始し、徐々に活性を失ってぬれ性が低下します。このため、本加熱時に部品の温度が240℃程度まで上昇する範囲で、可能な限り低い温度、可能な限り短い時間で予熱を行うことが理想です。


はんだ材料によるぬれ対策

ソルダペーストのフラックスには、予熱温度、本加熱温度に合わせた最適な活性剤が添加されています。はんだメーカーに、実装品の部品や形状、寸法を正確に伝えることで、より適したソルダペースト、推奨プロファイルの情報が得られます。弊社では広い範囲の予熱温度、多様な部品で良好なぬれ性を示すソルダペーストをご用意しておりますのでお問い合わせ下さい。


ボイド(ソルダペースト)
ボイドの問題

はんだ付け部のボイドは、はんだ付け時に発生したガスが、はんだ付け部内部に残留する現象です。 業界規格であるIPC-A-610では接合部の面積で25%までのボイドが許容されていますが、パワーデバイスなどの部品では、放熱効率の向上及び接合信頼性を確保するために、ボイドの低減が必要とされています。

ボイドの問題
QFPのリードに発生したボイド

ボイドの原因
ボイドの原因としては
  1. ①不ぬれ部分に残った気泡
  2. ②はんだ中に残留したフラックスの分解ガス
  3. ③不ぬれに引っかかった分解ガス
が挙げられます。
ボイドの原因
ボイドの原因(QFPの例)拡大図

ボイドの対策

ボイドを防止するためには、基板、部品に不ぬれ箇所を作らないことが必要です。それぞれの保管中に酸化や吸湿などの劣化が起こらないよう、十分に管理することが重要です。

弊社では、ぬれ性が良く、且つガスの発生が少ない材料を使用したボイド対策型のソルダペーストをご用意しておりますのでお問い合わせ下さい。


ぬれ不良、ブリッジ、つの(やに入りはんだ)
ぬれ不良、ブリッジ、つの

ぬれ不良、ブリッジ、つのは、いずれもフラックスの活性に起因する問題です。はんだ付け時の熱により、フラックスは時間とともに活性を失います。  作業手順やフラックスの選定を見直すことで、これらの問題を低減することが可能です。

ぬれ不良、ブリッジ、つの
  • ぬれ不良
  • ブリッジ
  • つの

はんだ付け時にフラックス中で起こる変化

はんだのぬれ性、活性に直接影響するのがフラックス中の活性剤です。活性剤ははんだ付けの際、熱によって分解・揮発し、消耗します。  活性剤の揮発を抑制し、また、常に新鮮な活性剤をはんだ付け部に供給することがぬれ不良等を防止する上で重要です。

はんだ付け時にフラックス中で起こる変化

はんだ付け時け作業の見直し

手はんだ付け、ロボットはんだ付けを問わず、はんだの供給タイミングは非常に重要です。はんだ付け部へ一度に大量のはんだを供給するのではなく、少量ずつ供給することで、新鮮な活性剤が常にはんだ付け部に存在し、良好なぬれを実現します。特に、ロボットはんだ付けの場合、仕上がりが大きく変化します。
また、はんだこての温度が高すぎる、ヒーター容量が小さい、部品とこて先の寸法が合っていない等の問題を見直すことも有効です。

良いはんだ付け
はんだ付け時け作業の見直し
  • こてを進めながら少量ずつ供給
  •  
  • 良好にぬれ広がる

はんだ材料の選定

フラックス中の活性剤は製品ごとの用途に合わせ、最適な温度で反応するものが選定されています。
メーカーと相談し、実装品、工法に適応したはんだを使用することが重要です。
弊社では、幅広い温度域、実装品で優れたぬれ性を示すやに入りはんだをご用意しております。通常の部品はもとより、スルーホール基板、トランス、大型コネクタなど、高難易度の実装品にも対応可能です。


フラックス飛散、はんだボール(やに入りはんだ)
フラックス飛散

やに入りはんだによる作業時の課題で多いのがフラックス飛散です。製品の外観が損なわれる他液晶画面、カメラユニット、スイッチ接点へ付着したフラックスは、製品の不具合につながります。

フラックス飛散

フラックス飛散の原因

フラックスの飛散は、フラックス中の低沸点、低分解点成分が、はんだ付け時の熱によって沸騰、ガス化し、はんだ溶融と同時に爆発することで発生します。
飛散が発生しやすくなる要因としては以下のものがあります。

  • ・作業に合わせたはんだを選定していない
  • ・こて温度が高すぎる。
  • ・はんだを送る速度が速すぎる。
  • ・作業場所の標高が高い(周囲の気圧が低い)
フラックス飛散
フラックス飛散

はんだボール

フラックス飛散と同時に発生しやすいのがはんだボールです。 はんだを急激に送った場合などにフラックス飛散に伴って発生するほか、こての動きが激しすぎる、はんだ量が多すぎる場合にも発生します。

はんだを急激に送る、こてを激しく動かす、はんだ量が多すぎる
  • はんだを急激に送る
  • こてを激しく動かす
  • はんだ量が多すぎる
はんだボール
はんだボール

はんだ材料の選定

フラックスの溶融粘度を上げる、ガス化の少ない材料を使用するなどの対策を行うことではんだ材料による飛散の低減が可能です。
弊社では

  • ・手はんだ付け
  • ・レーザーはんだ付け
  • ・ロボットはんだ付け
  • ・高地(標高の高い場所、気圧の低い箇所)

それぞれに適した低飛散型やに入りはんだをご用意しておりますのでお問い合わせ下さい。


フラックス飛散、はんだボール(ソルダペースト)
ペーストにおけるフラックス飛散の内容と問題点

ソルダーペーストのリフロー加熱時にフラックスが飛散することがあります。
飛散したフラックスがコネクタ部品やメモリソケットの接点部分に付着すると
導通不良、誤動作の原因となります。

フラックス飛散、はんだボール(ソルダペースト)1
飛散未対策品
フラックス飛散、はんだボール(ソルダペースト)2
飛散対策品

ペーストにおけるフラックス飛散の原因

フラックス飛散の原因は、フラックスの急激な沸騰です。
リフロー加熱時、フラックス内では溶剤の蒸発や活性剤の分解に伴い、ガスが発生します。
リフロー開始から予熱までの昇温ゾーン1、予熱終了から本加熱までの昇温ゾーン2の際に
ソルダペーストの温度が急速に上昇します。これに伴い、
フラックスからガスが一気に発生して沸騰し、飛散の原因になります。
また、はんだの溶融後に多量のガスが発生した場合、
溶融したはんだ内にガスが溜まりやすく、このガスが抜ける際に飛散が発生しやすくなります。

ペーストにおけるフラックス飛散の対策

ペーストにおけるフラックス飛散の対策

フラックス飛散の対策には以下のものがあります。
<リフロープロファイルによる対策>
・昇温ゾーン1、昇温ゾーン2の温度勾配を下げる。
<はんだによる対策>
・フラックス中の活性剤を、分解温度域の広いものに変更する。
活性剤の分解が、広い温度域で少量ずつ起こるようになり、
発生したガスが、溶融はんだ内部に溜まらず、その都度抜けていくので飛散につながりにくい。

弊社ではフラックス飛散防止型のソルダペーストをご用意しておりますのでお問い合わせ下さい。


はんだボール

はんだボールは、リフロー後、はんだ付け部の周囲に、はんだの粉末が取り残される
現象です。外観上問題があるほか、発生量が多いと絶縁抵抗値の低下につながります。

はんだボールの発生原因

はんだボールは、装置の管理、ソルダペースト、それぞれに原因が存在します。
<装置の管理に起因するもの>
・印刷機内の温度が高い、湿度が高い
・メタルマスクのクリーニング不良
・メタルマスクと基板の位置ずれ
・メタルマスクと基板のクリアランス不良
・一度使用したペーストの翌日再使用
<ソルダペーストに起因するもの>
・はんだ粉末の酸化


はんだボールの対策

はんだボールの防止には、印刷機の管理、メンテナンスが重要です。一方、ソルダペーストのフラックスに適切な活性剤を添加することではんだボールの低減が可能です。弊社のソルダペーストはいずれもフラックスによる対策を行っており、はんだボールの低減が可能です。

はんだボール
無色残渣フラックス、LED基板対応
フラックスの色調

フラックスに使用されるロジンは品種によって色調が異なり、無色透明から褐色のものまで、様々なものが存在します。 また、活性剤、添加剤の中には、はんだ付け時の熱によって着色するものが存在します。


LED照明基板

LED照明機器では基板全体に白色レジストが塗布されており、フラックス残渣が褐色の場合は製品の外観が損なわれます。


外観検査への影響

シルクによる表示がなされている基板では、フラックス残渣が褐色の場合、表示箇所に残渣が流れることで視認性が低下し、特に目視による検査工程での不可が増大します。

外観検査への影響1
外観検査への影響2

はんだ材料の選定

淡色のロジン、着色の少ない活性剤を使用することでフラックス残渣の色を淡色に抑えたはんだ材料をご用意しておりますのでお問い合わせ下さい。


残渣割れ
残渣割れ

残渣割れは、フラックス残渣に熱収縮、曲げなどの力が加わることで、割れや剥離が生じる現象です。

低温環境での使用、フレキ基板への実装
  • フレキ基板への実装
  • 残渣割れの例
  • 低温環境での使用

残渣割れの問題点

残渣に割れが生じると、亀裂部分が吸湿するなどの現象が生じ、電気的信頼性の低下につながります。また、剥離したフラックスがスイッチ接点などに入り込むと動作不良の原因となります。


残渣割れの対策

残渣割れの対策としては、基板の洗浄、コート剤の塗布がありますが、いずれもコストの問題が発生します。 これらの課題を解決するため、弾力のあるフラックスが開発、実用化されています。弊社では残渣割れ防止型のやに入りはんだとペーストをご用意しておりますのでお問い合わせ下さい。

印刷不良

印刷不良のうち、ソルダペーストが原因で起こるものは主に2種類です。

  • (1)転写不良
     基板に必要な量のソルダペーストが転写されない現象で、はんだ付け箇所のぬれ不足、強度不足の原因になります。
  • (2)印刷ダレ
     印刷後にソルダペーストの形状が崩れたり、過剰に転写される現象です。チップサイドボールや、狭ピッチ部でのブリッジの原因となります。

印刷不良の原因

これらの不良の原因は、ソルダペーストの粘度変化です。粘度が上昇すると転写不良の原因に、低下すると印刷ダレの原因になります。


印刷不良の対策

ソルダペーストと装置設定、それぞれでの対策があります。
(a)ソルダペーストによる対策
長時間連続印刷を行っても粘度変化の少ないソルダペーストを使用することで転写不良、印刷ダレ、いずれも対策が可能です。
(b)装置設定による対策
印刷機内の温度、湿度を管理することで対策が可能です。
印刷機内の温度が高いと一時的にソルダペーストの粘度が下がり、印刷ダレが見られますが、時間の経過とともに、フラックスとはんだ粉末の化学反応によって粘度が上昇し、転写不良を生じます。一方、温度が低いとソルダペーストの粘度が低下し、転写不良が生じます。
印刷機内の湿度が高いと、吸湿によるソルダペーストの劣化、粘度上昇が起こり、転写不良が生じます。また、湿度が低いとフラックス中の溶剤が揮発することでペーストの粘度が上がり、転写不良の原因となります。


印刷性の安定したソルダペースト

弊社では、長時間印刷においても粘度変化が少なく、印刷性の安定したソルダペーストをご用意しておりますのでお問い合わせ下さい。

低Ag・無Agはんだ
はんだ合金の低Ag化への要求、Agの役割

現在最も多く使用されている鉛フリーはんだの組成はSn-3.0Ag-0.5Cuで、3%のAgが含まれています。
貴金属であるAgが高価であり価格変動も激しいため、実装における材料コスト、コスト変動のリスクを引き上げています。
このため、Ag量を減らした低Agはんだ、さらにAgを使用しない無Agはんだの導入が進んでいます。
はんだ中のAgには、合金の融点を下げる、ぬれ性を向上させる、機械的強度・疲労強度・クリープ強度を上げる等の役割があります。このため、低Agはんだを適用可能な実装品と、そうでない実装品が存在し、このことを踏まえて導入を進める必要があります。


低Ag、無Agはんだの導入例

低Ag、無Agが導入可能な実装品には、以下の特徴があります。

■部品の寸法が大きく、はんだ量が多いもの
採用例:テレビ・家電類、LED照明、バッテリーパック
■実装後、はんだ付け箇所に応力のかからないもの
採用例:モーター類のコイル部(コイルがたわむので応力が生じない)

フラックスによるぬれ性、作業性の補完

低Ag、無AgはんだはAg量が少ないため、 そのままではSn-3.0Ag-0.5Cuはんだに比べて、ぬれ性、作業性が劣ります。しかし、十分なぬれ性を持つフラックスと組み合わせて補うことで、 Sn-3.0Ag-0.5Cuに近い性能を確保することが可能です。

弊社では、低Ag、無Agに対応したソルダペースト、やに入りはんだをご用意しておりますのでお問い合わせ下さい。

(JEITA鉛フリー化活動成果報告2007より)
ハロゲンフリーはんだ
ハロゲンフリーの背景

はんだ材料の場合、フラックス中にCl、Br等のハロゲンが使用され、はんだのぬれ性、作業性を高める働きをしています。しかし、ハロゲンであるCl、Brを含む電子基板を焼却すると生物に有害なダイオキシン(Dioxins)が発生することがあります。
このダイオキシンの対策のため、電子基板に使用されるハロゲンを規制しようというのがハロゲンフリーです。




ハロゲンフリー規格と弊社ハロゲンフリー品
規格 規格の内容 対応製品
JPCA-ES01
IEC61249-2-21
IPC4101B
銅張積層板中のハロゲン含有率が
塩素(Cl)含有率:900ppm以下
臭素(Br)含有率:900ppm以下
塩素(Cl)及び臭素(Br)含有率総量:1500ppm
JEITA_ET-7304A はんだ材料フラックス固形分中の
ハロゲン含有率が
フッ素(F)含有率:1000ppm未満
塩素(Cl)含有率:1000ppm未満
臭素(Br)含有率:1000ppm未満
ヨウ素(I)含有率:1000ppm未満
レーザーはんだ付け
レーザーはんだ付けの特徴

はんだ付けにレーザーが使用される大きな理由は

  • ・非接触加熱でありメンテナンスが少ない
  • ・はんだ量のばらつきが少なく、実装品質が安定する

の二つがあげられます。

レーザーの吸収率

はんだ付けには赤外線レーザーが使用されています。赤外線レーザーは金属より有機物の方が吸収率が高いという特徴があります。
このため、はんだ付けの際、フラックスの温度がより高くなり、はんだ合金が必要な温度に到達する前にフラックスが蒸発したり劣化する現象が見られます。

レーザーはんだ付け

レーザーはんだ付けの課題

レーザーはんだ付けには、光加熱、短時間急加熱に伴う以下のような課題が存在します。

  • ・ぬれの不足
  • ・フラックス、はんだ飛散
  • ・レンズの汚れによるレーザー出力の低下

レーザー用はんだ材料に必要な機能

レーザー用のはんだ材料として、専用のやに入りはんだ、ソルダペーストが用意されています。やに入りはんだの場合は揮発しにくいベース材を使用することで、また、ソルダペーストの場合は、高温時の熱だれを起こしにくい材料を添加することでそれぞれ対応しています。

  • フラックスが全体を覆う

    フラックスが劣化し必要な箇所に到達しない

    レーザー用はんだ材料 フラックスが全体を覆う

    フラックスが全体を覆う

    フラックスが劣化し必要な箇所に到達しない

弊社では、ポイントはんだ付け、SMT、印刷、ディスペンス、様々な実装形態に合わせたはんだ材料をご用意しておりますのでお問い合わせ下さい。

ステンレスはんだ付け
ステンレスははんだ付け可能なのか

ステンレスははんだ付け可能な母材です。
はんだ中のSnとステンレス中のFe、Niが結合して接合が完成します。

はんだ付の難易度が高いのは、ステンレスの酸化被膜の挙動が原因です。


はんだ付け時にステンレス表面で起こる現象

ステンレスの酸化被膜はサビを防止する機能を有する一方、はんだ付けを阻害します。
はんだ付けの際、ステンレス表面では、フラックスによって酸化被膜が除去される一方、熱と空気中の酸素によって、新たな酸化被膜が成長します。このため、酸化被膜が厚く成長する前に、短時間ではんだ付けを完了する必要があります。


実際の作業

短時間で作業を行うために、十分な熱容量のはんだこて又ははんだポットが必要です。
はんだこての場合は400℃に設定し、はんだ付け箇所にこてを当てると同時に、十分な量のはんだを一気に供給した後、ぬれ広がるまで加熱し続けます。
板材などのはんだ付けにホームセンターで販売されているようなこてを使用しても熱容量が足りません。この場合は、ガスバーナーやガストーチをお使い下さい
はんだポットの場合は、250~300℃に設定し、母材にフラックスを塗布した後、素早くはんだに漬け、ぬれるまで保持します。

短時間で作業を行うために、十分な熱容量のはんだこて又ははんだポットが必要

ステンレス用はんだ

弊社では、無洗浄型のステンレス用やに入りはんだをご用意しておりますのでお問い合わせ下さい。

細線喰われ対策
銅喰われ、細線喰われ

リレー部品やイヤホン、マイクなどのコイル線をはんだ付けする際に、線が細くなる現象です。程度によっては断線などの不良につながります

40㎛のCuウレタン線をはんだ付けした例

銅喰われ、細線喰われ
  • やや食われている
  • 大きく食われている

コイル線の銅がはんだに拡散
コイル線の銅がはんだに拡散する

銅喰われの原因

銅喰われは、コイル線の銅が、はんだ中のSnと化合物を作り、はんだ中に拡散することで起こります。
PbフリーはんだはSnが多いのでより喰われやすくなります。

銅喰われの原因

コイル線の銅がはんだに拡散する


銅喰われの対策

はんだ合金中に多量のCuを添加することで、コイル線からCuが拡散する速度を低下させ、銅喰われを低減することが可能です。 弊社では銅喰われ対策用のやに入りはんだ、棒はんだをご用意しておりますのでお問い合わせ下さい

アルミはんだ付け
アルミ用はんだの用途

小型アルミモーター
アルミ製ボイスコイル

アルミはんだ付け1
アルミはんだ付け2

アルミの価格と特長について

アルミの価格は銅に比べて三分の一程度であり、調達コストを下げること
ができます。また重量も約三分の一なので、輸送コストや配送に
関わる環境への負荷を低減させることができます。
エコロジーでありエコノミーであるのがアルミの特長です。

アルミのはんだ付け

今まで難しかったアルミへのはんだ付けを可能にしました。
アルミの表面には、強力な酸化膜があり一般的なフラックスでは
その酸化膜を除去することはできません。

アルミはんだ付け3
アルミと銅の価格比較
無洗浄に対応

今回、弊社のやに入りはんだEANシリーズでは、特殊フッ素化合物活性剤を使用し
アルミの強固な酸化膜を除去することに成功しました。
今までのやに入りはんだと同様にフラックス残渣を洗浄すること無くお使い頂けます。

低融点はんだ
低融点はんだの用途

低融点はんだは、カメラモジュールなどの弱耐熱部品の実装に使用されます。
これまで、これらの部品は、やに入りはんだを用いた後付けがされていましたが
さらなる低温化、自動化のために、低温はんだとレーザー加熱の検討が行われています。

低融点はんだ付けの課題

低融点はんだは、その融点に合わせた専用のフラックスが必要になり、
現在お使いのものをそのまま適用することはできません。
また、合金にビスマスを含むため、車載部品、医療機器、産業機器など
高度な信頼性を要する箇所への使用には注意が必要です。

低融点はんだ

石川金属の低融点はんだ

弊社では既に多数の市場実績のあるシリンジ型ソルダペースト、ハロゲンフリー対応シリンジ型ソルダペーストをご用意しておりますのでお問い合わせ下さい。

微細粉ペースト
微細粉末ペーストの需要、必要性

ソルダペーストに使用するはんだ粉末の粒度は、実装品に合わせて適切なものを選定する必要があります。小型実装品に使用される部品の微細化が進んでおり、これに伴い、実装基板に微量のはんだを安定して塗布するため、メタルマスク開口部及びでディスペンス用ノズルの内径を狭める必要があり、微細な粉末が使用されます。


微細粉末ペーストの課題

微細粉末は直径が小さくなるほか、単位重量あたりの表面積が増大します。
これらの結果

  • ・コストの上昇
  • ・ぬれ性の低下
  • ・ソルダボールの増加
  • ・使用時(連続塗布時)の安定性の低下

などの課題が生じ、それを解決した専用のフラックスが必要になります。


石川金属の微細粉末ペースト

弊社ではType5(10-25) の粉末を使用したシリンジ型ソルダペーストを
ご用意しており、既にユーザー様でご採用頂いております。

はんだドロス
はんだドロスの量

鉛フリーはんだでは、ディップ工程、フロー工程で発生するドロスの
量がSn-Pbはんだに比べて約2倍になります。

はんだドロスの量

ドロスの再生

ドロスは、はんだ合金が酸化膜に巻き込まれた状態で、
その大部分がはんだで構成されています。
これらを分離すれば、これまで廃棄物だったドロスから
はんだを取り出すことが可能となり、有価物として転売することが可能です。


再生装置でドロスからはんだを簡単に分離

弊社のドロス再生装置を使用すれば、ドロス投入後、
暖機運転と分離開始のボタンを押すだけで、
ドロスからはんだを簡単に取り出すことが可能であり、
特別な訓練や知識は必要ありません。
既に多くのユーザー様にご使用頂いております。

極細はんだ
極細はんだの需要

様々な実装品の小型化、基板のファインピッチ化に伴い
はんだ供給量の微細な調整が求められています。

弊社の極細やに入りはんだは線径0.10mmまで対応しております。
これにより、やに入りはんだの適用範囲を大幅に拡大することができます。


極細はんだは、カメラモジュールやOISモジュール
微細ケーブルなどの小型実装品に使用されています。

また、Sn-3.5Ag-0.5Cuのはんだであれば、
6%という高いフラックス含有量にも対応しており、
はんだ供給量のより微細な調整や、ぬれ性の確保が可能です。

極細はんだ

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