図1：金／ニッケル上のはんだ飛散（はんだスプラッシュ）
図2：リフロー時の位相反転
はんだペーストが、はんだ粉末とフラックス担体の混合物であることは、多くの人が知っています。フラックスにはいくつかの機能がありますが、最も重要なものは以下の通りです：
1/ ペーストのレオロジー特性の制御（吐出／タック／印刷／安定性）
2/ リフロー工程における金属表面からの酸化物の除去。
はんだペーストは塗布された場所に留まるはずですが、リフロー後に予期せぬ場所に現れることが時折あります。場合によっては、本来あるべき場所からかなり離れた場所（場合によっては数インチも）に現れることもあります。これは「はんだスパッター」または「はんだスプラッシュ」と呼ばれます（図1）。 ソルダースパッターを解消するための第一歩は、リフロー前に汚染の原因を調査することです。ディスペンシング方式によるはんだペーストの場合、塗布箇所間のはんだペーストの「引きずり」が原因で汚染が発生することがあります。印刷プロセスでは、ステンシルの裏面が汚染されていることが原因である可能性があります。これらを調査しても原因が特定できない場合は、リフロープロセスを調査する必要があります。
オーブン内での接触による汚染の可能性は低いですが、インデクサーやエッジコンベアなど、明らかな汚染源をすべて点検・清掃しても、問題が解消されないことがよくあります。この残留はんだスパッターの原因は明らかではありませんが、重要な制御変数として、基板のロット番号とリフロー時の酸素濃度の2つが挙げられます。酸素濃度が低いと、実際にこの欠陥が発生しやすくなることが分かっています。
理論的には、はんだ飛散は、フラックスの分解、あるいは基板表面上のフラックスやその他の物質の急激な揮発によって生じる可能性がある。しかし、以下のいずれとも関連しているようには見えない：
i./ はんだペーストの種類またはロット番号
ii./ 相対湿度または
iii./ はんだペーストが空気にさらされたままの時間
したがって、溶剤の蒸発やはんだペースト自体に吸収された水分が原因で発生するはんだスパッターという一般的な説明は、このケースには当てはまらないようです。おそらく、リフロー工程中、はんだペーストが「相転移」を起こしているのではないでしょうか（図2）。 すなわち、フラックスは「連続相」から「離散相」へと変化し、一方、はんだは逆の方向、つまり表面積の大きい粉末から、表面積が最小限に抑えられたリフロー接合部へと変化する。リフローの原動力は、液体と固体の界面濡れおよび液体のみの表面張力に基づく、標準的な位置エネルギーの最小化である。
リフロー処理されたはんだペーストの堆積物が、リフロー処理されていない単一の球体を空中にどれほどの高さまで飛ばすかを計算するための、簡単な式が導き出されました。その答えにはきっと驚かれることでしょう。ご連絡いただければ、論文をお送りいたします。
乾杯アンディ
