■原著／超音波 TECHNO 2019 年 1-2 月号

特集

狭隙間実装基板への洗浄技術開発～ 水溶性フラックス用中性洗浄剤 パインアルファ ST-231 ～久保 夏希
荒川化学工業株式会社 研究開発本部 機能性材料事業 機能材グループ 主査（〒538-0053 大阪府大阪市鶴見区鶴見 1 丁目 1 番 9 号）
ARAKAWA CHEMICAL INDUSTRIES, LTD. (1-1-9, Tsurumi, Tsurumi-ku, Osaka 538-0053)
https://pinealpha.jp/

1. はじめにプリント基板に電子部品を実装する際には、通常「はんだ付け」が行われる。はんだ付けは 200℃以上の高温で行われるため、はんだのメイン金属である Sn や基板電極の Cu の一例として狭隙間洗浄性に優れ、かつ低環境負荷型の水溶性フラックス用洗浄剤「パインアルファ ST-231」に関して紹介する。

2. パインアルファ ST-231 の製品概要

酸化膜除去、あるいははんだ付け後のはんだ表面の再酸化

パインアルファ ST-231 は、ロジン系フラックス用洗浄剤を防止し、十分なはんだ接続を得る目的でロジンをベースと比べて製品中に占める水の含有率が多いことから、水溶樹脂とする「フラックス」が使用されてきた。フラックスは性フラックスに特化した洗浄剤であり、一般的には水で希ロジンのみならず、様々な有機酸、アミン、ハロゲン等の腐釈して用いられる。よって、非引火性であることは勿論、低食性を有する活性剤や、微小なパーティクル原料を含んで臭気、低毒性であり安全性に優れる。また、本洗浄剤は界面いる。従って、半導体、カメラモジュールといった高信頼性活性剤を含有していないにも関わらず、洗浄剤自身の表面が求められる電子基板は、洗浄工程によってフラックスを張力が低い特長を有する。例えば、パインアルファ ST-231除去している。

を水で 20 倍に希釈した洗浄剤（以後「パインアルファ ST-ロジンをベース樹脂とするいわゆるロジン系樹脂のフ231(5%)」と記載）は、水と比べて約 13dyne/cm 表面張力がラックスの洗浄では、はんだ接合後に有機溶剤やハロゲン低く、基板-部品間や高密度に実装された部品間等、狭隙間化炭化水素による洗浄を行うことが多い。しかし、近年の揮への優れた浸透性が期待できる。

発性有機化合物の排出規制、発ガン性物質使用抑制の観点から「水」による洗浄が注目されている。これに伴い、疎水性であるロジンベースのフラックスではなくポリエーテル系樹脂に溶剤、前述の活性剤等を添加した「水溶性フラックス」が開発されている。水溶性フラックスは残渣が吸湿性で更に洗浄剤の pH は中性であり、アルミニウム、銅等に対する金属腐食がないのも特長の一つである。パインアルファ ST-231 は原液・希釈共に低発泡であるため超音波洗浄は勿論のことシャワー、JET 洗浄にも適応可能である。

あり、絶縁体のロジンを含有したフラックスに比べて、プリント基板の電気的信頼性に悪影響を及ぼすため洗浄が必須となる。
水溶性フラックスは近年ウェハー等の半導体材料のみならず、スマートフォンに搭載されるカメラモジュール基板等の実装にも多く使用されている。しかし、近年電子機器の小型化がどんどん進む中で、カメラモジュール等の基板もますます高密度が進んできている。このように高密度に実第 1 表．パインアルファ ST-231 の物性
外観

無色透明

pH6-8

臭気微弱臭

水溶性∞（完溶）

1.0

粘度4mPa・s

比重（20℃）
表面張力30dyne/cm(原液)（20℃）

59.6dyne/cm(5%)

引火点なし（非危険物）

装された基板の洗浄において、水のような表面張力の高い液体では部品-基板間等狭隙間への浸透性が悪くなるため、フラックス残渣を除去できない事例が多く生じている。
従って、隙間浸透性に優れ、かつ水溶性フラックスに適した揮発性有機化合物や発がん性物質を含まない環境に優しい洗浄剤が求められてきている。
本稿ではこのような実装技術の発展に対応した洗浄剤の原著／超音波 TECHNO 2019 年 1-2 月号

13. 狭隙間基板に対する洗浄性
半導体実装基板の CPU には、FC-PKG(Flip ChipPackage)

4. アルミ基板に対する腐食性が使われている。しかし、近年では製品の小型化に伴い、使電子部品の一部にはその丈夫さ、軽量さ、更には伝熱特性に用される基板も小型化・高密度化がますます進んできてお優れることからアルミニウムを基材とした基板や部品(電解り、例えば半導体業界における高性能コンピューティングコンデンサー、ヒートシンク等)が頻繁に使用されており、向けには CoWoS(Chip on Wafer on Substrate)、スマート洗浄後にアルミニウムを腐食しない洗浄剤が求められていフォンやウェアラブル端末向けには FOWLP(Fan Out Waferる。アルミニウムはその電位-pH 図から液の pH がほぼ中性

Level Package)へ移行するメーカが増えて来ている。当社

領域であれば腐食しないことが報告されており、中性洗浄ではこれら最先端技術に対応するため、CoWoS を模した標準剤が望ましい。第 3 図には①他社洗浄剤(pH=9.0)、②5%水基板を作製し、チップ下に入りこんだフラックスの洗浄性酸化ナトリウム水溶液(pH=13.4) 、③パインアルファ ST231(5%)(pH =7.5)、にそれぞれ純アルミ板を超音波 45kHez でを評価している。
第 1 図には隙間洗浄評価基板の概要[バンプサイズ 150μm、バンプピッチ 300μm、ガラスチップ(15×15mm)を隙間 30μm で接着した基板]と当社の小型シャワー洗浄機における60℃、10 分間洗浄した後の外観写真を示している。①、②においてはアルミの腐食が確認された。一方で、中性のパインアルファ ST-231(5%)では全く腐食せず、パインアルファST-231(5%)はアルミ材料にも好適な洗浄剤であることが示洗浄条件。第 2 図には予めフラックスとはんだ金属をはんされた。尚、パインアルファ ST-231 は濃度 5%以上においだ溶融温度以上で保持させ金属塩を形成させた水溶性フても中性領域の pH を維持しており、5%以上の濃度でもアラックスに対する水とパインアルファ ST-231（5%）の隙間ルミ基板に対する腐食の懸念はない。

洗浄性比較結果を示した。水では 30μm の隙間に入り込んだフラックスを完全除去できなかったが、パインアルファST-231(5%)ではフラックス残渣は完全に除去できた。これはパインアルファ ST-231 によって洗浄剤の表面張力が下がり、隙間浸透性が向上した結果によるものと考えられる。

第1図

当社作製隙間洗浄用基板概要とシャワー洗浄方法

第2図

隙間洗浄用基板に注入された水溶性フラックスに対する水、パインアルファ ST-231(5%)のシャワー洗浄比較結果（隙間：30μm)

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6. おわりに
パインアルファ ST-231 は、希釈時においても表面張力が低く隙間浸透性に優れるだけでなく、金属への腐食耐性、水溶性フラックスに対する溶解力にも優れた洗浄剤である。
本製品の濃度調整と洗浄機における物理的な作用を組み合わせることで最小 20μｍ以下の隙間に存在する水溶性フラックス残渣の除去が可能である。今後スマートフォン、PC、ゲーム機等に組み込まれる実装基板は高性能化、多機能化※1 A1050P 純アルミ基板を使用するにつれ、形状的には更なる薄型化、小型化、軽量化が進※2 液温 60℃、超音波（45kHz）により 10 分間洗浄んでいくと推測される。これらの技術動向に伴い基板-部品

第 3 図．アルミ基板に対する腐食性間もますます狭隙間、狭ピッチ化が進む傾向にある。当社は今後もこのような技術トレンドに追随すべく、新たな洗浄技術の開発に邁進する所存である。

5. ST-231 の液寿命に関してパインアルファ ST-231 は、はんだ付け時にフラックスとはんだ金属が反応することにより発生する金属塩の溶解能力

・＊本稿は原著に基づく内容を掲載しております。にも優れる特長を有している。第 4 図は予めはんだ金属と反応させて金属塩が混合した状態の水溶性フラックスをパ
インアルファ ST-231(5%)に 3%加えたものが、リンス水中で＊洗浄製品専用ホームページ『ARATTE（アラッテ）』
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どのような状態になるかを示した写真である。水溶性フラックス濃度を 3%としたパインアルファ ST-231(5%)がリンス水中に 5%混入した場合でも、リンス水は透明な状態を維持していることがわかる。これは、パインアルファ ST231(5%)が水リンス工程においても金属塩を可溶化していることを示す。このことからフラックスが蓄積する実際の使用時においてパインアルファ ST-231(5%)は金属塩を直接溶解除去できるだけでなく、リンス槽に持ち込まれて蓄積される残渣の再付着も防ぐことが出来る高寿命な洗浄剤であることを示している。

第4図

ST-231(5%)の水溶性フラックスの溶解性&リンス性

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