2025年1月12日 / 最終更新日時 : 2025年1月13日 123sia-lab@ NiTi

Flux

Flux is a soldering promoter.

Soldering is a technique where an alloy, known as “solder,” that melts below 450°C is melted by heat and solidified at the interface of the materials to be joined, forming a very thin reaction layer to bond them.

This “solder” refers to an alloy mainly composed of tin, used for bonding metals and other materials. Traditionally, solder containing lead, known as eutectic solder, was commonly used. However, due to the harmful nature of lead and global efforts toward environmental conservation, the use of lead-containing solder has been restricted under the EU’s RoHS directive enacted in 2006. Today, the use of “lead-free solder” has become mainstream.

Lead-containing solder has a low melting point of approximately 183°C, making it easy to solder. Lead-free solder is mainly composed of tin (96.5%), silver (3.0%), and copper (0.5%), with a melting point of approximately 217°C, about 30°C higher than lead-containing solder.

Eutectic solder consists of tin (63%) and lead (37%), and it is the mainstream and versatile type of lead-containing solder. High-temperature solder increases the lead content to raise the melting point compared to eutectic solder and incorporates silver, antimony, and indium based on tin or lead. Low-temperature solder has a lower melting point than eutectic solder and is used when the components have low heat resistance. It is composed of tin or lead, along with cadmium, bismuth, or indium.

Lead-free low-temperature solder, composed of tin and bismuth, has a melting point of approximately 138–170°C, making it suitable for use with heat-sensitive components. Lead-free solder for stainless steel contains the same materials as general lead-free solder but uses a highly acidic flux (soldering promoter) to remove the thin oxide layer on the stainless steel surface.

When soldering metals, it is essential to apply flux for metal processing. Metal solder often does not contain flux (rosin), and even new metals have surface oils or rust. These need to be removed using sandpaper or similar tools, followed by the application of metal-processing flux. Note: Since metal flux is highly acidic, ensure it is washed with water or alcohol after soldering.

Why use flux?
– Cleans the surface of the materials to be joined
– Prevents oxidation at the joint area
– Reduces the surface tension of the solder for better wetting

What are the actual flux components?
Resin-based flux primarily uses natural resin, such as pine resin (rosin), as the base component, with activators and solvents as necessary.

Main Agent
The main component of flux is resin (rosin, synthetic resin, etc.). When heated, this removes the oxide layer on the solder and adheres surfaces while protecting them from reoxidation.

Activators
Activators enhance the ability to remove oxide layers from the solder and adherent surfaces. Depending on the solder type, soldering temperature, and time, multiple activators may be included.

Solvents
Solvents, typically alcohol-based, dissolve the solid resin, adjust flux viscosity, improve uniform application to materials like printed circuit boards, and enhance penetration into gaps.

フラックス区分	構成材料
フラックス区分	主剤	活性剤
①樹脂系	1. ロジン	1. 無添加
	a. 変性ロジン	2. アミンのハロゲン塩
	2. 合成樹脂	3. 有機酸、アミン有機酸塩
②有機系	1. 水ベース物質
②有機系	2. 溶剤ベース物質
③無機系	a．水溶性物質	a．アンモニウムハライド
	b．非水溶性物質	b．ハロゲン化Zn
		c．ハロゲン化Sn
		d．リン酸
		e．ハロゲン化水素酸

Flux Categories and Components
1. Resin-based
– Rosin: Additive-free or modified rosin
– Synthetic resin: Organic acids, amine organic acid salts
2. Organic-based
– Water-based substances
– Solvent-based substances
3. Inorganic-based
– Water-soluble substances: Ammonium halides
– Non-water-soluble substances: Zinc halides, tin halides, phosphoric acid, hydrogen halides

Medical Metal Applications
1. Gold Alloy Solder
– Materials: Gold as the primary component, with silver, copper, and palladium added.
– Features: High biocompatibility, excellent corrosion resistance, and high melting point.
– Applications: Joining stainless steel and nitinol stents.

2. Silver Alloy Solder
– Materials: Silver as the primary component, with copper, zinc, and cadmium optionally included.
– Features: High biocompatibility and strong bonding capabilities.
– Applications: Medical stents and catheter components.

3. Lead-free Solder (Special Applications)
– Materials: Tin-based alloys (Sn-Ag-Cu, etc.), particularly medical-grade versions.
– Features: Environmentally friendly and biocompatible.
– Applications: Manufacturing certain medical devices with low melting point requirements.

Medical Flux Types
1. Residue-free Flux
– Features: Minimal residue, easy cleaning, low corrosiveness, and high biocompatibility.
– Applications: Precision bonding of medical metal parts.

2. Water-soluble Flux
– Features: Washable with water, environmentally friendly, and low-impact on the body.
– Applications: Biomedical contact parts and devices.

3. Specialized Chemical Flux (Active Type)
– Features: Strong oxide removal capabilities, suitable for stainless steel and nitinol.
– Applications: Soldering highly corrosion-resistant metals like stainless and nitinol stents.

フラックス

フラックスは、はんだ付けの促進剤です。

はんだ付けとは、「はんだ」と呼ばれる450℃以下で溶融する合金を熱によって溶かし、接合したい材料同士の界面で固めることによって、ごく薄い反応層を形成して接合する技術のことをいいます。

この“はんだ”とは、金属などの接合に用いる錫（すず）を主成分とした合金のことを指します。

従来はんだには、鉛が入った共晶はんだと呼ばれるものが一般的に使われていました。

しかし、鉛が有害物質であることや昨今の世界的な環境保全への取り組みもあり、2006年EUで施行されたRoHS指令により鉛入りはんだの使用が制限されることになりました。

現在では、鉛の入っていない「鉛フリーはんだ」の使用が主流になっています。

鉛入りはんだは融点が約183℃と低く、はんだ付けがしやすい点が大きな特徴です。

鉛フリーはんだは、錫:96.5%、銀:3.0%、銅:0.5%の成分で構成されたものが主流であり、融点は約217℃と、鉛入りはんだより約30℃高いです。

共晶はんだは、錫:63%、鉛:37%が含まれているはんだで、鉛入りはんだの中では主流で汎用性も高いものです。

高温はんだは、鉛の含有量を増やして共晶はんだより融点を高くしたもので、錫、もしくは鉛をベースに銀、アンチモン、インジウムなどが配合されています。

低温はんだは、共晶はんだより融点が低く、使用する部品の耐熱温度が低い場合などに使用します。構成される成分は、錫または鉛をベースにカドニウム、ビスマス、インジウムなどです。

鉛フリー低温はんだは、錫にビスマスを配合したはんだで、融点は約138～170℃と低く、弱耐熱部品に使用することができるのが大きな特徴です。

鉛フリーステンレス用はんだは、構成する素材は通常の鉛フリーはんだと同様ですが、ステンレス表面の薄い酸化膜を除去するために、フラックス（はんだ付け促進剤）に強酸性のものを使用しています。

金属同士のはんだ付けは、必ず金属加工用のフラックスを塗布します。

金属用のはんだには、フラックス（ヤニ）が入っていない場合が多く、金属は新品であっても表面に油やサビがあります。

それをサンドペーパーなどで取り除き、更に金属加工用のフラックスを塗布します。

※金属用のフラックスは酸性が強いので、はんだ付け後は水やアルコールなどで必ず洗浄します。

フラックスは、どうして使うの？

・接合する材料表面の洗浄

・接合部分の酸化防止

・はんだの表面張力を低下させ濡れさせる

実際のフラックスの配合は？

樹脂系フラックスは、天然樹脂である松ヤニ(以下、ロジンと表記)に代表される主剤に、活性剤や必要に応じて溶媒が配合されています。

主剤

フラックスの主剤は樹脂(ロジン、合成樹脂など)です。
この主剤が加熱されて、はんだや被着面の表面にある酸化被膜を除去し、同時に、はんだと被着面表面を保護し再酸化を防ぎます。

活性剤

活性剤は、はんだと被着面の表面にある酸化被膜を除去する力を増大させる添加剤です。はんだの種類やはんだ付けの温度や時間によっては複数種の活性剤を含む場合もあります。

溶媒

溶媒にはアルコール系溶剤が使用され、主剤である固形の樹脂を溶解します。
また、フラックスの粘度を調整し、プリント配線板などへの均一塗付や母材へのぬれ、隙間への浸透を改善する等の働きを担います。

フラックス区分	構成材料
フラックス区分	主剤	活性剤
①樹脂系	1. ロジン	1. 無添加
	a. 変性ロジン	2. アミンのハロゲン塩
	2. 合成樹脂	3. 有機酸、アミン有機酸塩
②有機系	1. 水ベース物質
②有機系	2. 溶剤ベース物質
③無機系	a．水溶性物質	a．アンモニウムハライド
	b．非水溶性物質	b．ハロゲン化Zn
		c．ハロゲン化Sn
		d．リン酸
		e．ハロゲン化水素酸

水溶性フラックス

有機系フラックスの中でも、水をベースに有機系活性剤を添加したものは水溶性フラックスと呼ばれます。ほかに、アルコールをベースに有機系活性剤を添加したタイプもあります。

無機系フラックス

無機系フラックスは、グリセリンやポリエチレングリコールなどの水溶性物質をベースにしたフラックスや、ワックス・ワセリンなどの非水溶性物質をベースにしたフラックスがあります。残渣ははんだ付け後も化学的に活性なため、残渣を除去しないと接合部に腐食が発生します。このため、プリント基板に対するはんだ付けには用いられていません。

医療用金属に使用される半田