JP2006181637A - フラックス及びこれを用いたはんだ付方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 鉛フリーはんだに起因するはんだ槽の侵食を防止する。
【解決手段】 プリント配線板Ｐを溶融はんだに浸漬する前に塗布されるフラックスＦに、ヒ素除去成分が含まれている。そのため、フラックスＦを塗布した時に、プリント配線板Ｐに付着していたヒ素がヒ化クロムに変わる。又は、フラックスＦが溶融はんだ中に入った後に、塗布時にヒ化クロムにならなかったヒ素や、溶融はんだ中に蓄積されていたヒ素が、ヒ化クロムに変わる。このヒ素クロムは、当然のことながら、はんだ槽のステンレス鋼と反応してヒ化クロムを生成することはあり得ない。すなわち、ヒ素は実質的に除去されたと言えるので、はんだ槽の侵食が防止される。また、フラックスＦは、その使用にあたりはんだ槽に何ら手を加える必要がないので、既存のはんだ槽にも適用可能である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、はんだ槽を用いてプリント配線板のはんだ付をする前に、そのプリント配線板に塗布されるフラックス、及びこれを用いたはんだ付方法に関する。

近年、環境に対する鉛汚染を防止する観点から、鉛フリーはんだが急速に普及しつつある。この鉛フリーはんだは、環境保護に有用である反面、従来のスズ−鉛共晶はんだに比べて、融点が高い、はんだ濡れ性が劣る、などの問題も有する。

その一方で、鉛フリーはんだの使用に伴い、溶融はんだを収容するはんだ槽が激しく侵食されるという事態も発生している。その理由は、鉛フリーはんだを使用することにより、スズの割合が高くなり、かつ溶融はんだの温度が高くなり、かつ強力なフラックスが用いられ、その結果、ステンレス鋼の侵食が進んだためと考えられている。

そのような鉛フリーはんだの使用に伴う侵食を防ぐはんだ槽が、下記特許文献１，２に開示されている。このはんだ槽は、溶融はんだに接触する全てのステンレス鋼表面を、チタンや窒化物で覆うものである。

特開２００２−２８７７８号公報 特開２００４−１４１９１４号公報

しかしながら、特許文献１，２に開示された技術では、次のような問題があった。第一に、ステンレス鋼表面を溶融はんだから一時的に遠ざけただけであるので、チタンや窒化物が無くなるとはんだ槽が侵食される。つまり、真の原因が究明されていないので、根本的な解決になっていない。第二に、既存のはんだ槽に適用することが困難である。なぜなら、予めチタンや窒化物で表面が覆われたステンレス鋼を用いて、はんだ槽を製造しなければならないからである。

そこで、本発明の目的は、はんだ槽の侵食の真の原因に対応した解決を図るとともに、既存のはんだ槽にも適用可能な、フラックス及びこれを用いたはんだ付方法を提供することにある。

本発明者は、鉛フリーはんだによるはんだ槽の侵食について研究を重ねた結果、鉛フリーはんだに含まれるヒ素が関与していることを突き止めた。つまり、鉛フリーはんだに含まれるヒ素がステンレス鋼に含まれるクロム及び鉄の少なくとも一方（以下「クロム又は鉄」という。）と反応してヒ化クロム又はヒ化鉄を生成するのである。これは、クロム又は鉄はヒ素との親和性が強いためと考えられる。詳しく言えば、何らかの理由によってステンレス鋼表面の酸化皮膜が破壊され、そこにヒ素が集まってクロム又は鉄と反応して化合物を生成し、この化合物がステンレス鋼表面の酸化皮膜の修復を妨げることにより、剥き出しになったステンレス鋼がスズによって侵食される、と考えられる。すなわち、ステンレス鋼のスズによる侵食が、ヒ素によって加速されるのである。このことは、侵食されたステンレス鋼の断面に対して、エネルギ分散型Ｘ線分光（ＥＤＳ）によって二次元的に元素分析をした結果、明らかになった。

鉛フリーはんだに含まれるヒ素は、はんだ槽でプリント配線板のはんだ付けを行う過程で、プリント配線板から供給される。プリント配線板の製造工程では、基材と銅箔との接着性を高めるためにヒ素を添加した銅メッキ液が、一般に使用されている。そのため、プリント配線板の表面にはヒ素が残留しており、このヒ素がはんだ付け時に溶融はんだで洗い落とされてその溶融はんだ中に供給されるのである。したがって、鉛フリーはんだに含まれるヒ素は、新品ではほぼ零であるが、再生品ほど多くなる。

なお、従来のスズ−鉛共晶はんだにおいてヒ素によるはんだ槽の侵食が問題とならなかった理由については、現在のところ明らかになっていない。おそらく、前述したように、スズの割合が低く、溶融はんだの温度が低く、フラックスの作用が弱かったため、と推測される。

本発明は、このような知見に基づき、なされたものである。すなわち、本発明に係るフラックスは、はんだ槽内の溶融はんだにプリント配線板を接触させてはんだ付をする前に、そのプリント配線板に塗布されるものである。そして、本発明に係るフラックスは、ヒ素除去成分を含むことを特徴とする（請求項１，２）。このヒ素除去成分は、プリント配線板に付着したヒ素又はプリント配線板から溶融はんだ中に供給されたヒ素を、ステンレス鋼に含まれるクロム又は鉄と反応しにくいヒ素化合物に変える働きをする。

前述したように、はんだ槽の侵食は、プリント配線板に付着したヒ素が溶融はんだ中に供給され、このヒ素がステンレス鋼に含まれるクロム又は鉄と反応することにより、著しく加速される。ここで、ヒ素除去成分を含むフラックスをプリント配線板に塗布し、それをはんだ槽内の溶融はんだに接触させることにより、プリント配線板のはんだ付を行う。このとき、フラックスを塗布した時に、プリント配線板に付着していたヒ素がステンレス鋼に含まれるクロム又は鉄と反応しにくいヒ素化合物に変わる。又は、フラックスが溶融はんだ中に入った後に、塗布時にヒ素化合物にならなかったヒ素や、溶融はんだ中に蓄積されていたヒ素が、侵食作用の少ないヒ素化合物に変わる。換言すると、活性なヒ素が不活性なヒ素に変わる。すなわち、はんだ槽の侵食の原因となっていたヒ素が実質的に除去されるので、はんだ槽の侵食が防止される。このフラックスは、当然のことながらはんだ槽には何ら手を加える必要がないので、既存のはんだ槽にも適用可能である。

そのようなヒ素除去成分の一例を述べれば、ヒ素を酸化してヒ素酸化物を生成するものが挙げられる（請求項３）。この場合は、そのフラックスをプリント配線板に塗布した時に、プリント配線板に付着していたヒ素がヒ素酸化物になる。又は、フラックスがプリント配線板から溶融はんだ中に入った後に、塗布時にヒ素酸化物にならなかったヒ素や、溶融はんだ中に蓄積されていたヒ素が、ヒ素酸化物になる。このヒ素酸化物ははんだ槽のステンレス鋼と反応しにくいので、はんだ槽の侵食が防止される。つまり、ヒ素は実質的に除去されたと言える。なお、通常のはんだ槽では、溶融はんだが酸化することによりはんだ酸化物が生じるので、このはんだ酸化物を収集及び廃棄している。このとき、ヒ素酸化物もはんだ酸化物とともに収集及び廃棄される。また、ヒ素を酸化させるヒ素除去成分は、ステンレス鋼の酸化皮膜を再生する作用もあるので、はんだ槽の侵食防止により効果的である。

ヒ素除去成分の他の例を述べれば、ヒ素と反応してヒ化クロム又はヒ化鉄を生成するものが挙げられる（請求項４，７）。この場合は、そのフラックスをプリント配線板に塗布すると、プリント配線板に付着していたヒ素が、ヒ化クロム又はヒ化鉄となる。又は、フラックスがプリント配線板から溶融はんだ中に入った後に、塗布時にひ化クロム又はヒ化鉄にならなかったヒ素や、溶融はんだ中に蓄積されていたヒ素が、ヒ化クロム又はヒ化鉄となる。このヒ素クロム又はヒ化鉄は、当然のことながら、はんだ槽のステンレス鋼と反応してヒ化クロム又はヒ化鉄を生成することはあり得ない。すなわち、ヒ素は実質的に除去されたと言えるので、はんだ槽の侵食が防止される。この場合も、ヒ化クロム又はヒ化鉄ははんだ酸化物とともに収集及び廃棄される。

ヒ素と反応してヒ化クロムを生成するヒ素除去成分は、例えばクロム、クロム合金若しくはクロム化合物（請求項５）、又は、クロム、クロム合金及びクロム化合物の少なくとも一つを含むものである（請求項６）。これらのヒ素除去成分は、粉状体などの固体としてフラックスに含まれていてもよいし、クロムイオンとしてフラックスに含まれていてもよい。

クロム合金は、例えばはんだ槽のステンレス鋼よりもクロムの含有量の多いステンレス鋼である。一般に、はんだ槽のステンレス鋼としては、ＳＵＳ３０４又はＳＵＳ３１６が使用されている。ＳＵＳ３０４の組成は、Ｃｒが１８〜２０wt％、Ｎｉが８〜１０．５wt％、残りがＦｅである。ＳＵＳ３１６の組成は、Ｃｒが１６〜１８wt％、Ｎｉが１０〜１４wt％、Ｍｏが２．５wt％、残りがＦｅである。したがって、これらよりもクロム含有量の多いステンレス鋼を、ヒ素除去成分として用いる。

クロム化合物は、幾つか例示すれば、ハロゲン化クロム（塩化クロム、フッ化クロム等）、酸化クロム、水酸化クロム、硫化クロム、炭化クロム、窒化クロムなど、又は、クロムのハロゲン化物（塩化物、フッ化物等）、酸化物、水酸化物、硫化物、炭化物、窒化物などである。更に具体的に例示すれば、クロム酸アンモニウム、クロム酸カリウム等のクロム酸塩、又は、重クロム酸塩、無水クロム酸塩等としてフラックスに配合される。

ヒ素と反応してヒ化鉄を生成するヒ素除去成分は、例えば鉄、合金鋼若しくは鉄化合物（請求項８）、又は、鉄、合金鋼及び鉄化合物の少なくとも一つを含むものである（請求項９）。これらのヒ素除去成分は、粉状体などの固体としてフラックスに含まれていてもよいし、鉄イオンとしてフラックスに含まれていてもよい。

鉄合金は、マンガン鋼や、例えばはんだ槽のステンレス鋼よりも鉄の含有量の多いステンレス鋼である。一般に、はんだ槽のステンレス鋼としては、ＳＵＳ３０４又はＳＵＳ３１６が使用されている。ＳＵＳ３０４の組成は、Ｃｒが１８〜２０wt％、Ｎｉが８〜１０．５wt％、残りがＦｅである。ＳＵＳ３１６の組成は、Ｃｒが１６〜１８wt％、Ｎｉが１０〜１４wt％、Ｍｏが２．５wt％、残りがＦｅである。したがって、これらよりも鉄含有量の多いステンレス鋼を、ヒ素除去成分として用いる。

鉄化合物は、例えばセメンタイトが挙げられる。他の鉄化合物は、幾つか例示すれば、ハロゲン化鉄（塩化鉄、フッ化鉄等）、酸化鉄、水酸化鉄、硫化鉄、炭化鉄、窒化鉄など、又は、鉄のハロゲン化物（塩化物、フッ化物等）、酸化物、水酸化物、硫化物、炭化物、窒化物などである。これらがフラックスに配合される。

ヒ素除去成分の更に他の例を述べれば、ヒ素と反応してヒ化ガリウム又はヒ化モリブデンを生成するものが挙げられる（請求項１０，１１）。具体的に言えば、ガリウム、ガリウム合金若しくはガリウム化合物、又はモリブデン、モリブデン合金若しくはモリブデン化合物である。すなわち、ガリウムやモリブデンは、クロム又は鉄と同様に、ヒ素との親和性が強い。特にガリウムは、ヒ素と反応してガリウムヒ素化合物になりやすい。なお、ガリウムやモリブデンは、有機酸の塩としてフラックスに配合することが好ましい。有機酸塩は、はんだ付時に加熱により遊離して金属中（すなわち溶融はんだ中）に溶解するからである。有機酸としては、ステアリン酸、パルミチン酸などが適当である。

また、溶融はんだが鉛フリーはんだである場合は、はんだ槽の侵食が著しいので、最も効果的である（請求項１２）。鉛フリーはんだとしては、例えばＳｎ−Ａｇ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ｚｎ、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｂｉ等が挙げられる。

本発明に係るはんだ付方法は、次の第一及び第二工程を含む（請求項１３）。第一工程では、本発明に係るフラックスをプリント配線板に塗布する。第二工程では、このフラックスが塗布されたプリント配線板を、はんだ槽内の溶融はんだに接触させる。

本発明に係るフラックスによれば、プリント配線板に付着したヒ素又は溶融はんだ中に含まれるヒ素を実質的に除去できるので、はんだ槽の侵食を防止できる。すなわち、はんだ槽の侵食の真の原因が溶融はんだに含まれるヒ素であることを突き止めたので、的確な解決を図ることができる。また、本発明に係るフラックスは、その使用にあたってはんだ槽には何も手を加える必要が無いので、既存のはんだ槽にも適用できる。

本発明に係るはんだ付方法によれば、本発明に係るフラックスを用いたことにより、既存のはんだ槽の侵食を簡単に防止できる。

次に、本発明に係るはんだ付方法の実施形態を、図面を参照して詳しく説明する。この説明において、本発明に係るフラックスについても併せて説明する。

図１は、本発明に係るはんだ付方法の一実施形態における第一工程を示す概略正面図である。図２は本発明に係るはんだ付方法の一実施形態における第二工程を示す概略断面図であり、図２［１］は第一例、図２［２］は第二例である。以下、これらの図面に基づき説明する。

図１には、第一工程で用いられるフラックス塗布装置１０が示されている。フラックス塗布装置１０は、プリント配線板Ｐを主方向へ搬送する搬送機構１１と、プリント配線板Ｐの裏側にフラックスＦを噴射するスプレーノズル１２と、を備えている。スプレーノズル１２は、主方向に直交する副方向に往復しつつ、高圧のエアを用いてフラックスＦを噴射する。

フラックスＦはヒ素除去成分を含むことを特徴とする。このヒ素除去成分は、プリント配線板Ｐに付着したヒ素又はプリント配線板Ｐから溶融はんだＳ中に供給されたヒ素を、ステンレス鋼に含まれるクロム及び鉄と反応しにくいヒ素化合物に変える働きをする。本実施形態では、そのようなヒ素除去成分としてヒ素と反応してヒ化クロム及びヒ化鉄を生成する、例えばクロムの粉末やクロム酸（ＣｒＯ₄ ^2-）及び鉄の粉末等を用いている。また、フラックスＦは、ヒ素除去成分を含むとともに、一般的な溶剤、活性剤、ロジン等からなる。溶剤は、本実施形態のようなフロープロセスでは、エタノール、イソプロピルアルコールなどの低級アルコール、又はトルエン、キシレンなどの芳香族化合物が用いられる。活性剤は、例えばハロゲン化物や有機酸が用いられる。

図２［１］には、第二工程で用いられるはんだ付装置２０が示されている。はんだ付装置２０は、はんだ槽２１を備えた浸漬式である。はんだ槽２１は、溶融はんだＳを収容するとともに、溶融はんだＳに接触する部分も含めた全体がステンレス鋼からなり、ヒータ２２を備えている。つまり、ヒータ２２の表面もステンレス鋼からなる。なお、はんだ付装置２０には、図示しないが、プリント配線板Ｐの搬送機構が設けられている。溶融はんだＳは、鉛フリーはんだである。

次に、フラックスＦを用いたはんだ付方法の作用について説明する。鉛フリーはんだは、はんだ槽２１内でヒータ２２によってその融点以上に加熱されて、溶融はんだＳとなっている。ここで、電子部品が載置されたプリント配線板Ｐの裏側を溶融はんだＳに浸漬することにより、プリント配線板Ｐのはんだ付を行う。このとき、プリント配線板Ｐの表面に残留していたヒ素が、溶融はんだＳで洗い落とされて溶融はんだＳ中に蓄積されていく。従来は、このヒ素がはんだ槽２１のステンレス鋼に含まれるクロム及び鉄と反応してヒ化クロム及びヒ化鉄を生成することにより、はんだ槽２１の侵食が著しく加速されていた。詳しく言えば、何らかの理由によってステンレス鋼表面の酸化皮膜が破壊され、そこにヒ素が集まってクロム及び鉄と反応して化合物を生成し、この化合物がステンレス鋼表面の酸化皮膜の修復を妨げることにより、剥き出しになったステンレス鋼がスズによって侵食されていた、と考えられる。

これに対して、本実施形態では、プリント配線板Ｐを溶融はんだＳに浸漬する前に塗布されたフラックスＦに、ヒ素除去成分が含まれている。そのため、フラックスＦを塗布した時に、プリント配線板Ｐに付着していたヒ素がヒ化クロム及びヒ化鉄に変わる。又は、フラックスＦがプリント配線板Ｐから溶融はんだＳ中に入った後に、塗布時にヒ化クロム及びヒ化鉄にならなかったヒ素や、溶融はんだＳ中に蓄積されていたヒ素が、ヒ化クロム及びヒ化鉄に変わる。このヒ素クロム及びヒ化鉄は、当然のことながら、はんだ槽２１のステンレス鋼と反応してヒ化クロム及びヒ化鉄を生成することはあり得ない。すなわち、ヒ素は実質的に除去されたと言えるので、はんだ槽２１の侵食が防止される。なお、通常のはんだ槽２１では、溶融はんだＳが酸化することによりはんだ酸化物（「ドロス」と呼ばれる。）が生じるので、このドロスを収集及び廃棄している。このとき、ヒ化クロム及びヒ化鉄もドロスとともに収集及び廃棄される。また、フラックスＦは、その使用にあたりはんだ槽２１に何ら手を加える必要がないので、既存のはんだ槽２１にも適用可能である。

一方、図２［２］に示すはんだ付装置３０は、はんだ槽３１を備えた噴流式である。はんだ槽３１は、溶融はんだＳを収容するとともに、溶融はんだＳに接触する部分も含めた全体がステンレス鋼からなる。また、はんだ槽３１は、ヒータ３２、シャフト３３、フィン３４、ダクト３５、整流用多孔板３６ａ，３６ｂ、ノズル３７等を備えている。つまり、ヒータ３２の表面、並びにシャフト３３、フィン３４、ダクト３５、整流用多孔板３６ａ，３６ｂ及びノズル３７も、ステンレス鋼からなる。なお、はんだ付装置３０には、図示しないが、プリント配線板Ｐの搬送機構が設けられている。溶融はんだＳは、鉛フリーはんだである。整流用多孔板３６ａ，３６ｂは、溶融はんだＳの流れを均一化してノズル３７へ送る働きをする。

次に、フラックスＦを用いたはんだ付方法の作用について説明する。鉛フリーはんだは、はんだ槽３１内でヒータ３２によってその融点以上に加熱されて、溶融はんだＳとなっている。シャフト３３は、図示しないモータから動力を伝達することにより、撹拌用のフィン３４を回転させる。フィン３４よってダクト３５内に送られた溶融はんだＳは、整流用多孔板３６ａ，３６ｂを通過して、ノズル３７から噴き出される。ここで、電子部品が載置されたプリント配線板Ｐの裏側を噴き出てくる溶融はんだＳに接触させることにより、プリント配線板Ｐのはんだ付を行う。このとき、プリント配線板Ｐの表面に残留していたヒ素が、溶融はんだＳで洗い落とされて溶融はんだＳ中に蓄積されていく。従来は、このヒ素がはんだ槽３１のステンレス鋼に含まれるクロム及び鉄と反応してヒ化クロム及びヒ化鉄を生成することにより、はんだ槽３１の侵食が著しく加速されていた。噴流式のはんだ付装置３０では、強制的に溶融はんだＳを撹拌することにより、溶融はんだＳが激しく当たるシャフト３３、フィン３４、ダクト３５、整流用多孔板３６ａ，３６ｂ、ノズル３７等で大きく侵食される。

これに対して、本実施形態では、プリント配線板Ｐを溶融はんだＳに浸漬する前に塗布されたフラックスＦに、ヒ素除去成分が含まれている。そのため、前述したように、はんだ槽３１の侵食が防止される。また、本例でも、フラックスＦは、その使用にあたりはんだ槽３１に何ら手を加える必要がないので、既存のはんだ槽３１にも適用可能である。

なお、本発明は、いうまでもなく、上記各実施形態に限定されるものではない。例えば、本発明が適用されるはんだ槽は、もちろん全体がステンレス鋼である必要はなく、溶融はんだに接触する部分に少しでもステンレス鋼が用いられていればよい。また、本実施形態ではヒ化クロム及びヒ素除去成分の両方を生成するヒ素除去成分を用いたが、ヒ化クロムのみを生成するヒ素除去成分又はヒ化鉄のみを生成するヒ素除去成分を用いてもよい。

本実施例では、Sn-3.0Ag-0.5Cuはんだとステンレス鋼との界面反応に及ぼすＡｓの影響について説明する。

［１］．試料及び実験方法

本実施例では、はんだ中に含まれるＡｓの界面反応に及ぼす影響を検討するため、表１に示すように、ＪＩＳＺ３２８２に定められたはんだ化学成分においてＡｓ上限値の二倍程度に相当する０．０７３％のＡｓ及び規定値内の０．００６％のＡｓをそれぞれ含有したSn-3.0％Ag-0.5％Cu（組成は全てmass％）はんだ(1),(2)を作製し、これを使用した。

表１．溶解試験に用いたSn-3.0％Ag-0.5％Cuはんだの化学組成（mass％）
はんだ(1)
はんだ(2)
Ｐｂ ０．０１６ Ｐｂ ０．０２７
Ｓｂ ０．００９ Ｓｂ ０．００８
Ｃｕ ０．５０ Ｃｕ ０．５０
Ｂｉ ０．０１ Ｂｉ ０．００３
Ｚｎ ０．０００１ Ｚｎ ０．０００１
Ｆｅ ０．００３ Ｆｅ ０．００２
Ａｌ ０．０００１ Ａｌ ０．０００１
Ａｓ ０．０７３ Ａｓ ０．００６
Ａｇ ３．１０ Ａｇ ３．００
Ｃｄ ０．０００１ Ｃｄ ０．０００１
Ｓｎ Ｂａｌ． Ｓｎ Ｂａｌ．

また、ステンレス鋼試料としては、７０ｍｍ×６ｍｍ×０．３ｍｍのＳＵＳ３０４とＳＵＳ３１６の二種類を使用した。使用したステンレス鋼の組成を表２に示す。

表２．溶解試験に用いたステンレス鋼の化学組成試料（mass％）
ＳＵＳ３０４ ＳＵＳ３１６
Ｃ ０．０４ Ｃ ０．０４
Ｓｉ ０．５０ Ｓｉ ０．５０
Ｍｎ １．００ Ｍｎ １．００
Ｎｉ ９．５ Ｎｉ １２．０
Ｃｒ １９．０ Ｃｒ １７．０
Ｍｏ − Ｍｏ ２．５０
Ｐ ０．０２ Ｐ −
Ｓ ０．０１５ Ｓ −
Ｆｅ Ｂａｌ． Ｆｅ Ｂａｌ．

次に、本実施例におけるステンレス鋼浸漬実験の実験装置の概略を、図３に示す。実験装置３０は、電気炉３１とコントローラ３２とによって構成される。電気炉３１の内部では、はんだ３３が溶融している。ステンレス鋼試料３４，３５は、溶融したはんだ３３の中にホルダ３６，３７によって吊り下げられる。はんだ３３の温度は、熱電対３８によって測定され、コントローラ３２によって制御される。

次に、実験手順を簡単に述べる。ステンレス鋼試料を超音波洗浄後、フラックス（ＨＣｌ）に浸漬させ、４００℃に保持したはんだ浴中に長手方向に垂直に浸漬させた。試料浸漬後、２４ｈまでははんだ温度を４００℃の一定温度で保持し、その後は２５０℃で保持した。また、４００℃での浸漬開始から２４ｈ、１６８ｈ、３３６ｈ、６７２ｈ経過後、試料を引き上げ、切断及び研磨後、光学顕微鏡と走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）とによる断面観察や、電子線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）を利用した化合物相の元素分析を行った。

［２］実験結果及び考察

ＳＵＳ３１６板をはんだ(1)浴中に浸漬させた後の試料先端部断面写真を、図４［１］に示す。本実験では、フラックスとしてＨＣｌを用いたため２４ｈ後には、はんだがステンレス鋼に十分に濡れていることがわかる。試料先端部分などでは、丸みを帯びている部分などもみられ、ステンレス鋼がはんだ中へ溶解していることがわかる。また、図４［２］に、ＳＵＳ３１６をはんだ(1)浴中に３３６ｈ、６７２ｈ浸漬させた場合のはんだ／ステンレス鋼界面のＳＥＭ写真を示す。これらを見ると、界面付近のはんだ内に金属間化合物が針状又は柱状に形成されていることがわかる。また６７２ｈの場合には、ステンレス鋼表面が不均一に溶解している様子がわかる。

ＳＵＳ３０４板を浸漬させた場合もＳＵＳ３１６の場合と同様に、試料先端部分では丸みを帯びている様子が見られ、ステンレス鋼がはんだ中へ溶解していることがわかった。また、界面付近には柱状の金属間化合物が形成されていることが確認できた。ＳＵＳ３１６と異なる点として、試料をはんだ浴中から取り出す際にはんだが試料表面から簡単にはずれてしまう現象や、ステンレス鋼板とはんだとの間に隙間が形成される現象がみられた。

次にＡｓ含有はんだとステンレス鋼との界面に形成された化合物を検討するため、ＳＵＳ３１６をはんだ(1)浴に３３６ｈ浸漬させた際に形成された化合物相について、ＥＰＭＡによる元素分析を行った。はんだ／ステンレス鋼界面の付近の元素マッピングの結果を、図５に示す。また、化合物相の定量分析の結果を表３に示す。図５から、化合物相は、Ｆｅ、Ａｓ、Ｓｎから形成されていることがわかる。また、表３の結果から、ＡｓとＦｅがともに４５％前後を占めていることから、化合物相にはＡｓが濃化しており、ＦｅとＡｓを主体とした化合物相であることがわかった。

表３．化合物相についてのＥＰＭＡによる定量分析結果１（at.％）
Ａｓ ４８．０６
Ｆｅ ４２．７３
Ｎｉ ０．１０
Ｃｒ ０．０７
Ｍｏ ０．００
Ｓｎ ９．０４

次に、ＳＵＳ３１６をはんだ(1)浴に６７２ｈ浸漬させた際に形成された化合物相について、ＥＰＭＡによる元素分析を行った。化合物相の定量分析の結果を表４に示す。表４の結果から、Ａｓに富む化合物相にＣｒ，Ｍｏ，Ｆｅが濃化している。つまり、Ｃｒ，Ｍｏ，Ｆｅは、Ａｓと結び付きやすいことがわかる。

表４．化合物相についてのＥＰＭＡによる定量分析結果２（at.％）
Ａｓ ４５．５４
Ｆｅ １６．６４
Ｎｉ ０．１１
Ｃｒ ２８．６０
Ｍｏ １．６０
Ｓｎ ７．６１

次に、ＳＵＳ３１４をはんだ(2)浴に１６８ｈ浸漬させた際に形成された化合物相について、ＥＰＭＡによる元素分析を行った。化合物相の定量分析の結果を表５に示す。表５の結果から、Ａｓに富む化合物相にＣｒ，Ｆｅが濃化している。つまり、Ｃｒ，Ｆｅは、Ａｓと結び付きやすいことがわかる。

表５．化合物相についてのＥＰＭＡによる定量分析結果３（at.％）
Ａｓ ３５．３３
Ｆｅ １１．５２
Ｃｒ ３１．２７
Ｓｎ及びその他 ２１．８８

［３］結論

Ａｓ含有Sn-3.0Ag-0.5Cuはんだとステンレス鋼との界面反応について検討をおこなった。その結果、はんだ／ステンレス鋼界面には、Ａｓが濃化したＦｅ，Ｃｒ，ＭｏとＡｓを主体とする化合物相が柱状に形成されることが明らかになった。

以上の結果から、本発明に係るフラックスによれば、その成分にＦｅ，Ｃｒ，Ｍｏ等を含ませることにより、プリント配線板に付着したヒ素又は溶融はんだ中に含まれるヒ素を実質的に除去できるので、はんだ槽の侵食を防止できる。

本発明に係るはんだ付方法の一実施形態における第一工程を示す概略正面図である。 本発明に係るはんだ付方法の一実施形態における第二工程を示す概略断面図であり、図２［１］は第一例、図２［２］は第二例である。 ステンレス鋼浸漬実験における実験装置を示す概略図である（実施例１）。 ＳＵＳ３１６をはんだ浴中に浸漬させた後の写真であり、図４［１］は試料先端部の断面写真であり、図４［２］ははんだ／ステンレス鋼界面のＳＥＭ写真である（実施例１）。 ＳＵＳ３１６をはんだ浴中に浸漬させた後のはんだ／ステンレス鋼界面のＥＰＭＡ写真である（実施例１）。

符号の説明

１０ フラックス塗布装置
２０ はんだ付装置（浸漬式）
２１ はんだ槽（浸漬式）
３０ はんだ付装置（噴流式）
３１ はんだ槽（噴流式）
Ｆ フラックス
Ｓ 溶融はんだ（鉛フリーはんだ）
Ｐ プリント配線板

Claims (13)

1. はんだ槽内の溶融はんだにプリント配線板を接触させてはんだ付をする前に、前記プリント配線板に塗布されるフラックスにおいて、
   前記プリント配線板に付着したヒ素又は前記プリント配線板から前記溶融はんだ中に供給されたヒ素を、ステンレス鋼に含まれるクロムと反応しにくいヒ素化合物に変えるヒ素除去成分を含む、
   ことを特徴とするフラックス。
2. はんだ槽内の溶融はんだにプリント配線板を接触させてはんだ付をする前に、前記プリント配線板に塗布されるフラックスにおいて、
   前記プリント配線板に付着したヒ素又は前記プリント配線板から前記溶融はんだ中に供給されたヒ素を、ステンレス鋼に含まれる鉄と反応しにくいヒ素化合物に変えるヒ素除去成分を含む、
   ことを特徴とするフラックス。
3. 前記ヒ素除去成分は前記ヒ素を酸化してヒ素酸化物を生成するものである、
   請求項１又は２記載のフラックス。
4. 前記ヒ素除去成分は前記ヒ素と反応してヒ化クロムを生成するものである、
   請求項１記載のフラックス。
5. 前記ヒ素除去成分はクロム、クロム合金又はクロム化合物である、
   請求項４記載のフラックス。
6. 前記ヒ素除去成分はクロム、クロム合金及びクロム化合物の少なくとも一つを含むものである、
   請求項４記載のフラックス。
7. 前記ヒ素除去成分は前記ヒ素と反応してヒ化鉄を生成するものである、
   請求項２記載のフラックス。
8. 前記ヒ素除去成分は鉄、合金鋼又は鉄化合物である、
   請求項７記載のフラックス。
9. 前記ヒ素除去成分は鉄、合金鋼及び鉄化合物の少なくとも一つを含むものである、
   請求項７記載のフラックス。
10. 前記ヒ素除去成分は前記ヒ素と反応してヒ化ガリウムを生成するものである、
    請求項１又は２記載の侵食軽減ツール。
11. 前記ヒ素除去成分は前記ヒ素と反応してヒ化モリブデンを生成するものである、
    請求項１又は２記載の侵食軽減ツール。
12. 前記溶融はんだは鉛フリーはんだである、
    請求項１乃至１１のいずれかに記載のフラックス。
    
13. 請求項１乃至１２のいずれかに記載のフラックスをプリント配線板に塗布する第一工程と、
    前記フラックスが塗布された前記プリント配線板をはんだ槽内の溶融はんだに接触させる第二工程と、
    を含むことを特徴とするはんだ付方法。

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