最近、「ハロゲン化物フリー」と「ハロゲンフリー」の違いについて、明確にしてほしいという問い合わせをいくつか受けました。 これらの用語はいずれも、電子機器組立業界におけるはんだフラックスの組成を指します。問題なくこれらの用語を同じ意味で使い分ける人もいるかもしれませんが、その定義は同義ではありません。この話題はやや混乱を招きやすいため、本記事では、業界標準および一般的な化学の観点から、ハロゲン化物とハロゲンの違いについて解説します。
知っておくべきこと
業界標準の文脈において、これらの用語を理解することは極めて重要です。「ハロゲンフリー」の標準化された定義については、以下を参照してください。 J-STD-004（Rev. C）を参照してください。J-STD-004Cでは、「ハロゲンフリー」を、フラックスの固形分に対する重量パーセントで、ハロゲンイオン（F⁻、Cl⁻、Br⁻、I⁻）の合計含有率が0.05%未満であるフラックスと定義しています。 分析試験方法である「イオンクロマトグラフィー」は、未加熱状態のフラックスに対して実施されます。フラックスのハロゲン化物含有量は、フラックス分類の末尾の文字で示されます。0はハロゲンフリー、1はハロゲン含有を表します。
一方、 IEC 61249 では、「ハロゲンフリー」を、残留物中の塩素（すべての形態）が0.09％未満、臭素（すべての形態）が0.09％未満、かつ塩素と臭素の合計が0.15％未満である材料と定義している。 分析試験方法（J-STD-004Cに準拠）として、「ボンブ熱量測定法」に続いてイオンクロマトグラフィーを行い、リフロー後の最終残留物形態におけるフラックス残留物に対して試験を実施する。ハロゲン試験は任意であり、標準化された特性表記はない。
なぜ知っておく必要があるのか
ハロゲン化物ははんだを腐食する可能性があるため、ハロゲン化物の濃度が監視されます。ハロゲン化物は、印加される電気バイアスや水分の存在下で樹枝状成長を引き起こす可能性があります。無洗浄製品がJ-STD-004 SIR & ECMテストに合格し、正しく使用されている場合、この心配はありません。洗浄が必要なフラックス残留物（水溶性）については、徹底的かつ効果的な洗浄プロセスを使用することで、腐食を防ぐことができます。ハロゲン化物を含むフラックスが本質的にアセンブリに有害であるわけではないことを再確認することは極めて重要である。ハロゲン化物の存在は、電気化学的に信頼できるデバイスの設計と組立を促進するために、単に特性評価されなければならない。
これとは対照的に、ハロゲンを含まない製品のみを使用するというメーカーの決定は、環境への配慮が原動力となっている。フラックスの化学的性質に含まれるハロゲンは通常ハロカーボンであり、ハロゲンを含むフラックス残渣を含むアセンブリが不適切に廃棄された場合、環境を汚染する可能性がある。ハロゲン含有フラックスは世界的に毎日使用されているが、個々の企業は、この問題を完全に回避するために、ハロゲン含有フラックスの使用を拒否する自主規制を選択することができる。電子機器におけるすべてのハロゲン含有はんだ材料の使用を全面的に禁止する政府規制はありません。ハロゲン含有量を評価する技術的な必要性はないため、ハロゲン試験は任意である。
混乱するところ
より技術的な好奇心が強い人のために、ここでさらに深く掘り下げてみよう：
- 一般化学において、ハロゲンとは周期表の第17族に属する元素のことです。「ハロゲン化物」とは、ハロゲンを含む化合物の総称です。ハロゲン化物は、主に「イオン結合型」と「共有結合型」の2つのカテゴリーに分類されます。イオン結合型化合物では、正負の電荷を持つ原子が互いに引き合います。負に帯電した原子がハロゲンである場合、それは「ハロゲン化物イオン」と見なされます。 しかし、エレクトロニクス業界およびその規格において、「ハロゲン化物」という用語は、技術的には「ハロゲン化物イオン」を指します。イオンクロマトグラフィーによる分析では、すべてのハロゲン化物種の濃度を検出するわけではなく、イオン性のハロゲン化物種のみを検出します。
- 標準的な定義に基づけば、フラックスは技術的には「ハロゲン化物フリー」と「ハロゲン含有」の両方に分類される可能性があります。フラックスの主要成分の一つである活性剤は、酸化物を溶解・除去してはんだ付けを可能にする化学物質です。通常、活性剤はハロカーボンまたは有機酸であり、特にハロカーボンは酸化物の除去に効果的です。 フラックスにハロカーボンが配合されている場合、副反応によりフラックス内部でハロゲン化物イオンが生成されることがあります。このため、フラックスを含む多くの製品、特にはんだペーストは、ハロゲンを含む場合、必然的にハロゲン化物を含むことになります。しかし、ハロゲン化物を含まないフラックスが必ずしもハロゲンも含まないとは限らないことに留意する必要があります。
- ハロゲン含有量の分析方法と同様に、J-STD-004では、Brが0.1%以下かつClが0.1%以下のフラックス残留物を「低ハロゲン」と定義している。しかし、フラックスを含む材料が「低ハロゲン」と表示されている例はめったに見られない。
- よく聞かれる質問の一つに、「[製品名]の『HF』は何の略ですか？」というものがあります。インジウム・コーポレーションでは、製品名に「HF」を含むはんだペーストやフラックスを数多く提供しています（例えば、Indium8.9HFなど）。 この「HF」は「ハロゲンフリー（halogen-free）」を意味します。ただし、すべてのハロゲンフリー製品に「HF」という表記があるわけではありません。製品がハロゲンフリーである場合は、その製品データシートに記載されています。
これだけの情報を一度に理解するのは大変ですが、あまり深く考えすぎないことが大切です。多くの組立工程において、ハロゲンフリーとハロゲン含有、あるいはハロゲンフリーとハロゲン含有のどちらを選ぶかによって、デバイスの成否が決まるわけではありません。 最適なはんだ材料を選定する際には、他にも考慮すべき要素が数多くあります。フラックスやはんだの購入をご検討中の場合は、ぜひ当社のテクニカルサポートチームまでご相談ください。お客様のプロジェクトについてお伺いし、当社の電子機器組立用材料のラインナップの中から最適な製品をご提案させていただきます。
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J-STD-004によるフラックス特性評価の詳細については、以下の記事をご覧ください：
