ステンシル印刷プロセスの最適化に関するこれまでの議論（第1部、第2部参照）において、フラックスの化学的性質、具体的には水溶性かノークリーンかという点も重要な役割を果たしています。はんだペーストは、曝露される環境の影響を受けやすい性質を持っています。 水溶性フラックスは、その性質上、ノークリーンタイプのロジン／樹脂系フラックスに比べて吸湿性が高いため、温度や湿度に対する影響をはるかに受けやすい。ファインピッチ部品向けに、超微細ステンシル印刷に必要なはんだペーストの塗布量がますます微細化するにつれて、この影響は劇的に増大している。
フラックス化学は、以下のような多くの複雑な機能を果たしています。
化学的観点から：
- 既存の表面酸化膜を除去する
- 濡れ性を高める
- 熱エネルギーを伝達する
- 酸化防止層を設ける（リフロー時の再酸化を抑制するため）
身体面：
- 伝達者、あるいは媒介者としての役割を果たす
- はんだ粉末の粒子を浮遊させる
- 部品を固定するための留め具を用意する
- はんだペーストがステンシル上で転がるようにする
- 印刷後も開口部の形状を維持する
- ノークリーン配合の分野において、リフロー後の保護カプセル化剤として機能する
これらの機能を実現するため、フラックスの組成には、溶剤、活性剤または活性剤パッケージ、レオロジー添加剤、そしてノークリーン配合の場合にはロジン／樹脂といった特定の種類の化学物質が配合されています。フラックスの組成に関するより詳細な情報については、こちらをご覧ください。
SMTプロセスの改善について議論するため、ここではフラックス組成のうち、ロジン／樹脂、あるいはその不使用（以下「樹脂」と呼ぶ）の部分にのみ焦点を当てます。製造日から、瓶やカートリッジを開封するまでの間、ノークリーンタイプの配合は優れた特性を示します。 樹脂ベースの配合には、以下の利点があります。未開封で冷蔵保存された場合、保存期間が長いこと。ステンシルの寿命が長いこと。季節の変化を通じてより安定した挙動を示すこと。全体的に優れたプリント性能（後述の通り）を発揮すること。部品を所定の位置に保持するための粘着性が高いこと。そして、リフロー工程において、はんだ粉末に対する耐酸化性が優れていることです。
図1. ステンシル印刷の結果。
テクニカルサポートエンジニアとして、私は数多くのステンシル印刷テストを行ってきました。図1は、私が一貫して経験してきたステンシル印刷の結果を示しており、ノークリーン系と水溶性系の印刷性能の典型的な比較を表しています。 樹脂は粘着性のある物質であり、接着性（外部からの引力、はんだペーストと他の表面との間）と凝集性（内部からの引力、はんだペースト自体との間）を高めます。何事にも言えることですが、ここにはバランスが必要です。しかし、この場合、凝集性によって、はんだペーストがステンシルの開口部から剥離しやすくなり、形状を維持し、「スランプ」を防ぐのに役立ちます。 はんだペーストの付着性は、PCBパッド上にペーストが塗布される際に発揮されます。パッドへのはんだペーストの密着性により、PWBがステンシルから引き下げられる際、ペーストがステンシルの開口部から引き抜かれるのを助けます。超微細ステンシル印刷では、はんだペーストが密着できる表面積が極めて小さいため、これらの力が成功を確実にする上で不可欠となります。
図2.水溶性（ 左）、 ノークリーン（ 右）。
ここまでは、私がこれまで述べてきたことに多くの人が同意してくれると思います。しかし、次の発言には驚かれる方もいるかもしれません。私は、ほとんどの場合、ノークリーン型はんだペーストの方が、水溶性タイプよりも優れたリフロー結果をもたらすとさえ主張したいのです。これは、図2に見られるような超微細なはんだペーストの塗布において特に当てはまります。
使用した材料は、タイプ6の粉末はんだペーストと、厚さ3milのステンシルに6milの開口部を設けたもので、高温保持プロファイルを採用しました。これらの条件はリフロー環境における最悪のケースを想定したものですが、ノークリーンはんだペーストと水溶性はんだペーストを比較する際の一般的な傾向を示しています。 写真からわかるように、水溶性はんだペーストでは、一見「コールドソルダー」のように見える現象が生じていますが、実際には活性剤が枯渇していたのです。耐酸化性が極めて低かったため、粉末粒子が酸化し、凝集できなくなってしまったのです。これは「グレーピング」と呼ばれる現象です。一方、まったく同じリフロープロファイル下で処理されたノークリーンはんだペーストは、リフローされ、かなり良好に凝集しました。
樹脂系は、水溶性製品に比べて耐酸化性に優れています。水溶性製剤は、既存の表面酸化物の除去に関しては初期段階ではより効果的ですが、リフロー工程中の再酸化に対する保護効果はそれほど高くありません。
次回の議論では、同じ面積比を持つ円形開口部と正方形開口部の伝達効率の違いについて検討します。
