電子機器のはんだ付けに最適なフラックスとは？ 簡単選択ガイド

電子機器のはんだ付けに最適なフラックスを選ぶことは、信頼性の高いはんだ接合部を得るために重要でありながらも見落とされがちな要素です。業界調査によれば、はんだ付け不良の3分の1以上、約35%が不適切なフラックス選択または誤った塗布に起因しています。

PCBプロトタイピング時の手作業はんだ付けを行う場合でも、大量の表面実装技術（SMT）生産ラインを運用する場合でも、フラックスの化学特性、アクティビティレベル、分類を明確に理解することで、一貫して高品質な結果を達成できます。適切なフラックスを選択することで、濡れ性と接合部の完全性が向上するだけでなく、リワーク、残渣に関連する故障、長期信頼性のリスクも削減されます。

FR-4 PCB上でフラックスを使用した適切な濡れ性と、フラックスなしでの酸化を比較した顕微鏡はんだ接合部写真

電子機器のはんだ付けに最適なフラックスとは？

すべての電子機器のはんだ付けに万能の「最適」フラックスは存在しません。最適な選択は、実装方法、信頼性クラス、クリーニング要件によって異なります：

● SMT大量生産（標準PCBA） → ノークリーンフラックス（REL0 / ORL0）
安定した残渣、高歩留まり、後クリーニング不要。

● 高信頼性実装（IPCクラス3） → 水溶性フラックス＋必須クリーニング
最低のイオン汚染、医療、航空宇宙、軍用電子機器に最適。

● 手作業はんだ付け＆リワーク → ロジンフラックス（ROL）または粘着フラックス
酸化したパッドや部品リードに対して強力なアクティビティと優れた濡れ性。

重要なポイント：
電子機器のはんだ付けに最適なフラックスとは、最も攻撃的な配合ではなく、プロセス能力と長期信頼性要件を満たすものです。

電子機器はんだ付けで使用される一般的なフラックスの種類

#1 ロジンフラックス（RO, ROL）- 伝統的で信頼性が高い

組成：イソプロピルアルコールまたはエタノールキャリアに15-25%のロジン固形分。

アクティベーション範囲：275-315°C

残渣：琥珀色、粘着性、非腐食性

最適用途：プロトタイプ手作業はんだ付け、スルーホール実装、リワーク作業で残渣が目立っても問題ない場合。イソプロピルアルコール（濃度>90%）で簡単に除去可能。

制限事項：自動化された大量生産には適さない；コンフォーマルコーティングの密着を妨げる可能性がある。

#2 ノークリーンフラックス（REL0, ORL0）- SMTの業界標準

ノークリーンフラックスは、現代の電子製造で支配的な技術であり、最小限で電気的に安全な残渣を残すように設計されています。

技術仕様：

● 固形分含量：2-5%（ロジンでは15-25%）

● リフロー後SIR：>1×10¹¹オーム（IPCクラス3を超える）

● イオン汚染：<0.5 μg/cm² NaCl換算

● 可視残渣：透明から薄い琥珀色、非粘着性

現代のノークリーン配合は、リフローはんだ付け中に無害な化合物に分解する独自のアクティベーターブレンドを使用しており、pKa>4.5の弱有機酸と、金属イオンをカプセル化するキレート剤を含んでいます。

フラックス塗布効果を比較したPCB組立写真：過剰な残渣、最適なノークリーン、不十分なフラックス被覆

#3 水溶性フラックス（ORシリーズ）- 最大アクティビティ、最大クリーニング

アクティベーター化学：強力な有機酸（アジピン酸、グルタル酸、クエン酸）

アクティビティレベル：高から非常に高

必須要件：2-4時間以内の水洗クリーニング

最適用途： BGA リワーク、経年部品、OSP仕上げ、酸化が激しい表面で酸化物除去が重要な場合。

クリーニングパラメータ：

● 抵抗率>5 MΩ・cmの脱イオン水を50-70°Cで使用

● クリーニング時間：攪拌付き3-5分

● 最終すすぎ：>10 MΩ・cmの水で実施

#4 SMTリワーク用粘着フラックス – 付着と配置制御

重要仕様：

● 粘度：室温で50,000-150,000 cps

● 粘着時間：25°C、50% RHで4-8時間

● 部品保持力：部品あたり5-15グラム力

粘着強度は輸送振動に耐えながら、ピックアンドプレースノズルのクリーニングを制御されたチキソトロピー挙動で可能にしなければならない。

粘着フラックスで配置された表面実装0402部品で、リフロー前の付着を示すPCB

電子機器のはんだ付けに最適なフラックスの選び方

手作業はんだ付け vs SMT実装

電子機器のはんだ付けに最適なフラックスは、プロセスが手作業はんだ付けか自動SMT実装かによって大きく異なります。加熱の均一性、フラックスアクティベーション時間、残渣許容度が大きく異なるためです。

手作業はんだ付け（プロトタイピング＆リワーク）

手作業はんだ付けでは、不均一な加熱、可変の滞留時間、一貫性のない熱結合が伴います。そのため、フラックスは強力な酸化物除去を提供し、より広いプロセスウィンドウで活性を維持しなければなりません。

主な要件：

● 中〜高アクティビティ

● 長いオープン時間

● 繰り返し再加熱でも安定した濡れ性

このため、ロジンベースフラックス（ROL / ROM）や粘着フラックスが、手作業はんだ付け電子機器、特にPCBプロトタイピングやBGA/QFNリワークで最適な選択肢となります。残渣が目立ちますが、オペレータのばらつきに対する許容度が高いです。

SMT実装（リフローはんだ付け）

SMTはんだ付けでは、制御されたリフロープロファイルを使用し、フラックスアクティビティをはんだ溶融と酸化物還元に正確に合わせる必要があります。過度のアクティビティは残渣リスクとリフロー後のクリーニング要件を増やします。

大量SMT生産では、電子機器のはんだ付けに最適なフラックスは通常以下の特徴を持ちます：

● IPC J-STD-004に準拠した低アクティビティ（L0）

● 電気的に無害、最小限の残渣

● リフロープロファイル全体で安定した性能

その結果、ノークリーンフラックスシステム（ORL0 / REL0）が現代のSMT実装で支配的となり、高歩留まり、クリーニング削減、IPCクラス1およびクラス2実装への適合を可能にしています。

部品タイプと実装密度

パッケージ別フラックス推奨

ピッチ0.5mm以下の部品実装では、固形分含量2%以下の超低残渣配合と、同じ粒径のはんだ粉末、レーザー切断ステンシル、電解研磨開口部の使用を推奨します。

はんだ合金との互換性

鉛フリー（SAC合金）：SAC305およびSAC405は、217-220°Cの液相線温度に対応し、ピーク温度（245-255°C）で有効な熱安定性とアクティベーターを備えたフラックス配合を必要とします。

低温合金：Sn42Bi58（138°C液相線）は、130-165°Cのアクティベーション範囲と低い熱バジェットを持つ特別に配合されたフラックスを要求します。

応用タイプ、クリーニング要件、ピッチ、信頼性クラスに基づくフラックス選択

IPC信頼性クラス要件

IPCクラス3（高信頼性）：医療、航空宇宙、軍用電子機器などの高信頼性用途では、フラックス配合は通常ハロゲンフリーであり、85°C/85% RHで168時間というIPC J-STD-004 SIRテスト条件を通過し、最終絶縁抵抗が通常1×10¹¹オームを超えます。

さらに、リフロー後のイオン汚染レベルは、長期の電気化学的移行リスクを最小限に抑えるため、通常1.0 μg/cm² NaCl換算以下が指定されます。

自動車（AEC-Q規格）：自動車実装は、150°Cで最大1000時間の高温保存寿命（HTSL）や、-40°Cから+125°Cの1000サイクル以上の温度サイクリングを含むAEC-Q環境ストレスプロファイルに対して評価されます。

自動車SMTプロセスで使用されるフラックス残渣は、長期の熱および湿度ストレス下で化学的に安定し電気的に無害のままで残り、絶縁劣化や腐食を回避しなければなりません。

IPC J-STD-004規格は、フラックス組成と性能特性に基づいた体系的な分類を提供します。

アクティビティレベル：

業界適合テストで観測される典型的なSIR性能範囲：

● 低（L）：SIR値>1×10¹¹オーム、最小限の酸化物除去、新鮮な表面に最適

● 中（M）：SIR値>1×10¹⁰オーム、業界標準、性能と信頼性のバランス

● 高（H）：SIR値>1×10⁸オーム、積極的なクリーニング必須、困難な条件下で使用

JLCPCBの標準SMT実装 プロセスは、後クリーニング操作を必要とせずにIPCクラス2およびクラス3要件を満たす、慎重に選択されたREL0ノークリーンはんだペースト配合を使用します。

フラックス化学の理解と、電子機器はんだ付けでのフラックスの働き

フラックスありの良好なはんだ接合部と、フラックスなしの不良接合部の比較

フラックス作用の科学

フラックスは、接合部信頼性に大きく影響する3つの主要な役割をはんだ付け中に果たします：

● 酸化物除去：アクティベーター化合物は、銅酸化物（CuO、Cu₂O）や錫酸化物（SnO、SnO₂）の化学還元を助ける

● 酸化防止：熱サイクル中の再酸化を防ぐ保護バリアの形成

● 表面張力変調：界面張力を約480 mN/mから300-350 mN/mに低下させ、濡れ性を改善

フラックスの熱アクティベーションは、特定のステップで発生します。溶媒の蒸発は約150-180°Cで始まり、アクティブ成分をより濃縮します。200-250°Cの温度で、ダンパーは表面酸化物を攻撃し化学反応で還元します。最大アクティビティは、各フラックスタイプで異なる非常に狭い温度範囲で発生します。

一般的はんだ合金に対するフラックスアクティベーション温度

はんだ付け中の温度ゾーンと化学反応を示す3段階フラックスアクティベーションプロセス

主要化学成分とアクティビティレベル

ロジンベースアクティベータ：天然ロジンはアビエチン酸（C₁₉H₂₉COOH）と関連ジテルペン化合物を含む。カルボン酸基（-COOH）は、はんだ付け温度にぴったり一致する活性化エネルギー要件で、主要な酸化物還元剤として機能する。

有機酸系：この場合に使用される水溶性フラックスは、アジピン酸（pKa 4.43）、クエン酸（pKa 3.13）、コハク酸（pKa 4.21）などの強力な有機酸を利用する。酸の強さ（pKa値）はフラックスアクティビティに直接比例する—低いpKa値はより強力な酸に対応し、より高速な酸化物除去が可能だが、同時に高い腐食リスクを伴う。

ハロゲン含量：ハロゲン化合物（塩化物や臭化物など）はフラックスアクティビティを大幅に高めるが、現代のノークリーン配合では、湿潤環境での電気化学的移行や樹枝状成長を回避するため、最大0.05%という非常に低いハロゲン含量となっている。

一般的なフラックス関連はんだ付け欠陥と修正方法

白色残渣防止：リフロープロファイルは、ソークゾーンを長く（150-180°Cで90秒）最適化し、ピーク温度を鉛フリーの場合235-245°Cに上げ、湿度の低い環境（<60% RH）で冷却すべきです。

顕微鏡はんだ付け 欠陥：冷間はんだ接合、はんだボール、ブリッジング、非濡れ性、許容接合、PCB上の白色残渣

結論

適切なフラックスを選択することは、部品タイプ、はんだ合金組成、信頼性要件、プロセス能力など、関与するすべての要因を考慮する必要があるため、大変な作業です。IPC J-STD-004分類は共通の理解を保証するツールであり、化学を理解することでより良い意思決定が可能になります。

手作業はんだ付けとプロトタイピングでは、性能に関してROL0ロジンフラックスが最適な選択肢です。生産環境では、クリーニングを必要とせず信頼性要件を満たすREL0ノークリーン配合が使用されます。困難な応用では、徹底的な後クリーニングとともに水溶性高アクティビティフラックスが必要な場合があります。

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はんだフラックスに関するFAQ

Q1. 配管用フラックスを電子機器はんだ付けに使用できますか？

決して配管用フラックスを電子機器に使用しないでください。配管用フラックスは、10-30%濃度の塩化亜鉛や塩化アンモニウムなどの強力な腐食性無機酸を含んでおり、数日以内にPCBトレースに壊滅的な腐食を引き起こします。電子機器用フラックスは、完全に分解する（ノークリーン）または容易に除去できる（水溶性）よう、慎重にバランスの取れたアクティベーターを使用します。

Q2. なぜ私のはんだペーストはステンシル印刷後に潰れるのですか？

潰れはレオロジー問題を示しています：十分なチキソトロピーがない、ペースト温度が高すぎる（>25°C）、または印刷速度が過剰です。ペーストを20-25°Cに維持し、粘度を150-250 Pa・sで確認し、ファインピッチではゼロスナップオフ間隔を使用し、ピッチ<0.5mmではタイプ4ペーストを選択してください。

Q3. ノークリーンフラックス残渣が信頼性問題を引き起こしているかどうかをどう知りますか？

IPC-TM-650に従ってSIRテストを実施：85°C/85% RHで100V DCを168時間印加します。合格基準：>1×10⁸オーム（クラス2）、>1×10⁹オーム（クラス3）。実地指標には、湿度での機能故障、目視可能な腐食、樹枝状成長、またはコーティングはがれが含まれます。

Q4. フラックス欠陥を最小限に抑える鉛フリーはんだの最適なリフロープロファイルは何ですか？

SAC305用：予熱（25-150°Cを1-2°C/秒で60-90秒）、ソーク（150-180°Cで90-120秒—フラックスアクティベーションに重要）、リフロー（液相線上で60-90秒）、ピーク（245-255°Cで10-30秒）。ボイドが気になる応用ではソークを120秒に延長します。