「ノークリーニング」を過信しないで――「ノークリーニング」フラックス洗浄の重要性

なぜ「ノークリン」フラックスを洗浄するのか？

モントリオール議定書の施行以来、ノークリンフラックスはほとんどの電子機器メーカーで広く使用されてきました。しかし、プリント基板実装（PCBA）の洗浄は、軍事、航空宇宙、医療などの高信頼性基板に対してのみ実施されています。電子製品は小型化・多機能化する傾向にあり、I/O 数は一貫して増加し、部品間の間隔はますます狭くなり、使用される現場環境や自然環境も多様化しているため、ノークリンフラックスの信頼性は深刻な課題に直面しています。 その理由は、ノークリンプロセスにおいて、一部のフラックスが不可避的に十分なリフローやフローはんだ付けの高温を受けられず、高温による重合が起こらないため、依然として合成樹脂として振る舞う点にあります。その結果、フラックスは酸性を帯び、部品や PCB のはんだ接合部を腐食しやすくなります。これが、コネクタピン、PCB の金指（ゴールドフィンガー）、位置決め用ねじ穴などに緑青がしばしば見られる理由です。フラックスは通常、毛細管現象やフラックス自体の濡れ性によって、はんだペーストが塗布されていない領域へ流れ込むか、あるいは避けがたくはんだ接合部の外側領域へ広がっていきます。

さらに、表面のイオン残渣は通常、湿潤環境下で樹枝状の結晶体を形成しやすく、これが電気的マイグレーションによるショートを引き起こす原因となります。また、フラックスには、はんだペーストから分離したはんだボールが含まれている場合があり、これらのボールは洗浄を行わないと除去が困難であり、狭ピッチ部品にとって大きな問題となります。したがって、最終的なPCBA製品に対しては、ノークリンフラックスであっても洗浄を実施する必要があります。

「ノークリン」フラックスの洗浄は何のために行うのか？

ノークリンフラックスの洗浄の目的には、次のようなものが含まれます。
・PCBAのフラックス残渣、はんだペースト、はんだボール、不純物、ほこり、油汚れなどを除去するため。
・侵食および静電気による損傷の発生を防ぐために。
・電子製品の寿命を延ばすために。
・高品質および高信頼性の面でお客様の要求をより良く満たすために。

従来の清掃は今でも信頼できるのか？

これまでのところ、「ノークリンフラックスが信頼できないのであれば、従来の水溶性フラックスや溶剤系フラックスに戻ればよいのではないか」と疑問を抱く人もいるに違いありません。答えは明確に NO です。洗浄コストをいったん脇に置くとしても、信頼性と環境保護の問題を重点的に考慮すべきです。まずは環境保護の問題から見ていきましょう。従来の水溶性フラックスは大量の廃水を発生させ、その排出が大きな頭痛の種となります。環境保護への意識や法規制が顕著になるにつれ、廃水は科学的な処理を経ない限り、決して直接排出することはできません。溶剤系フラックスは、水溶性フラックスよりもさらに悪い結果をもたらします。

次に洗浄効果の問題が挙げられます。部品の小型化が進み、BGA、CSP、QFN を含むマイクロ部品が広く用いられるようになるにつれ、部品間および部品と PCB 基板との間隔がますます狭くなり、洗浄効果に対して困難と課題をもたらしています。従来の洗浄方法では、もはやこれらの要求を満たすことはできません。さらに、従来のクリーンフラックスによって生じる残渣は決して容認できるものではなく、高効率かつ安全なソリューションが特に重要かつ喫緊の課題となっています。

掃除で最も大きな課題は何ですか？

PCBコンポーネントは高密度化および小型化が進む傾向にあるため、もはや無洗浄技術は機能しなくなってきています。高密度化により部品間の間隔が制限され、より高い電界が発生します。その結果、クリーニングは最先端技術の要求を満たすための唯一の実用的な手段となっていますが、フリップチップ、QFN、マイクロBGA、小型チップ抵抗・コンデンサ部品などの下では、フラックス残渣の除去が極めて困難になります。鉛フリーこのプロセスでは、フラックスが狭い空間にたまりやすくし、洗浄剤が浸透しにくくなるよう、樹脂またはロジンの含有量をより高くする必要があります。さらに悪いことに、より高い鉛フリーはんだ付け温度と複数回のフローはんだ付けにより、フラックス残渣の洗浄はいっそう困難になります。

以上の議論に基づくと、電子組立製品に対して洗浄を行うことはますます困難になっており、その結果、洗浄が困難、あるいは洗浄抵抗性の製品に関する洗浄問題を解決するためには、より高い洗浄効果を持つ洗浄材料が求められている。これは間違いなく、洗浄材料および洗浄技術の条件に大きな課題を突きつけている。そのため、洗浄剤は化学的なイノベーションを追求しなければならず、洗浄装置および洗浄技術も継続的な改良が求められる。

新しい洗浄剤についてはどうですか？

科学の発展のおかげで、私たちはより優れた解決策にたどり着きました。新しいタイプの水系洗浄剤は、剥離原理に基づくミクロ相技術の応用により、表面から汚染物質を除去することが可能です。

従来の洗浄剤と比較して、この新型洗浄剤には次のような利点があります。
・より長い寿命。界面活性剤と汚染物質との恒久的な結合によって有効成分が継続的に減少することで寿命が短くなることはありません。簡単な沈殿およびろ過の後に再利用できます。
・安全で信頼できます。界面活性剤による汚れの洗浄によって、信頼性に関する不安が生じることはありません。
・低コスト。この種類の洗浄剤は耐久性が高く、排水処理の必要がありません。

クリーニング技術の進展状況はどうですか？

新しい洗浄剤を使用することで、洗浄作業はより簡単かつ便利になります。 次に洗浄技術について説明します。 洗浄技術は、以下の要素によって決定されます。
・洗浄剤の特性
・清掃機器の清掃能力
・フラックスの選定
・基板材料と洗浄剤の適合性

a. 洗浄剤の特性
(a) フラックス残渣の種類に適合し、表面のフラックス残渣を汚染を引き起こすことなく効果的に洗浄できること。
(b) 清掃ベースおよび構成材料との互換性があること。
(c) 表面張力が低く、効果的に浸透することができる。
(d) RoHS などの関連規制に適合していること
(e) 優れた安定性と抗酸化性を持ち、溶解性に優れ、泡を発生させません。
(f) 適切な溶解性。
(g) 快適な温度
(h) 高速な洗浄速度。

b. 洗浄剤の特性
(a) 最も困難で繊細な部位や対象をも完全に洗浄し、カバーするために必要とされる十分な機械的エネルギーを提供すること。
(b) スムーズな清掃を確保するために、適切な清掃時間を確保すること。
(c) 洗浄温度は、適切な範囲内で管理しなければならない。
(d) 洗浄剤の濃度は、プロセスの安定性を確保するために正確に管理されなければならない。 (e) 自動乾燥システムを備えていること。
(f) あらゆる種類の洗浄剤の要件を満たすこと。
(g) 安全。
(h) パワフルで使いやすい。
(i) リサイクル可能であること。

c. フラックスの選定

「なぜ、フラックスを洗浄で落とせる洗浄剤を選ぶべき今になって、フラックスを“洗浄しやすいもの”として再評価しなければならないのか」と疑問に思う人もいるかもしれません。 実際のところ、洗浄プロセスは非常に複雑であり、フラックスの種類によっては一部の少数派のフラックスが、効果的に洗浄できる洗浄剤を見つけられない場合があります。 はんだ付けの要求を十分に満たせるのであれば、洗浄剤に適合したフラックスを選択することは、時としてシンプルかつ賢明な方法です。 特定の製品になると、使用できる洗浄剤の種類はそれほど多くなく、最適な洗浄効果を得るためにフラックスが選定されることはほとんどありません。 フラックスを選定する際に考慮すべき主な側面には、次のようなものがあります。
(a) はんだ付けが最適かどうか。
(b) 清掃が完了しているかどうか。
(c) 洗浄効率が高いかどうか。
(d) 総合コストが最も低いかどうか。

基材と洗浄剤の適合性はどのようになっていますか？

洗浄剤は、フラックス残渣を十分に除去できる能力だけでなく、基板材料との適合性も考慮して選定されます。プロセスエンジニアは、洗浄剤が金属、プラスチック、黒色めっき膜、マーキング、コーティング、ラベル、接着性などに浸食を引き起こさないかどうかを、慎重に評価・検討しなければなりません。

結論として、優れた洗浄は次の要求を満たさなければなりません。適切な洗浄剤、専門的な洗浄装置、適切な技術パラメータ、低い洗浄コストに加え、最適な洗浄効果です。

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