JP2002100856A - フラックス塗布方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 水を基材とするフラックスを用いて回路基板
に良好な半田付けを行うことができるフラックスの塗布
方法を提供する。 【解決手段】 回路基板１の疎水性表面を結露させるこ
とによって、一時的に親水性に改質された回路基板１の
表面に気相のフラックス５を塗布して、気相のフラック
ス中に含まれる活性剤成分を回路基板１の疎水性表面に
付着させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回路基板の半田付
けに必要なフラックスを適量提供するためのフラックス
塗布方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】回路基板に電子部品を半田付け実装する
場合には、回路基板のランド部及び電子部品の端子部と
の濡れ性を確保し、良好な半田付けを行う目的から、半
田付け実装前にフラックスを回路基板上に塗布してい
る。このフラックスとしては、従来、ロジン系のフラッ
クスが用いられている。

【０００３】ロジン系のフラックスは、ロジン（固形
分）と活性剤成分とＩＰＡ（イソプロピルアルコール）
から構成されている。ＩＰＡは表面張力が小さいので、
例えば、スプレーフラックス装置のスプレーノズルから
噴射され、回路基板に付着したフラックスの微粒子は、
粒子同士が互いに合体しても水滴となることなく、回路
基板上に濡れ広がる。また、ＩＰＡは揮発性が高いた
め、濡れ広がったフラックスの微粒子中のＩＰＡは速や
かに蒸発する。こうして、回路基板上には、ロジンと活
性剤成分の被膜が形成される。そして、このような被膜
が形成された回路基板に対して、半田付けを行うと良好
な濡れ性のある半田付けを実現することができる。

【０００４】ところが、ＩＰＡは揮発性有機化合物質
（以下、「ＶＯＣ」という）であり、ＶＯＣは地球環境
に悪影響を与えるため、近年では、ＶＯＣを含まないフ
ラックスの使用が望まれている。

【０００５】そこで、ＶＯＣの使用を抑えた「水を基材
としたフラックス」が用いられるようになってきた。水
を基材としたフラックスは、水と活性剤成分から構成さ
れており、その内、水の割合が９０重量％以上を占めて
いる。

【０００６】水を基材としたフラックスを用いて、良好
な半田付けを得るためには、回路基板に付着したフラッ
クスの活性剤成分が適量かつ密な状態で分布しているこ
とが必要となる。ここで、フラックスの活性剤成分の適
量かつ密な状態の分布とは、半田付けを行った際に、熱
によりフラックスの活性剤成分が濡れ広がることによっ
て、フラックスの活性剤成分が存在しない部分にもフラ
ックスの活性剤成分が回り込み、所望の箇所に良好な半
田付けができるようなフラックスの活性剤成分の分布状
態を言う。

【０００７】しかしながら、現段階では、水を基材とし
たフラックスを用いて、回路基板上にフラックスの活性
剤成分を密な状態で分布させることができるフラックス
塗布技術は確立されていない。

【０００８】一方、水を基材としたフラックスを用いた
方法ではないが、本発明に類似した先行技術として、特
開平６−２３２５４１号公報に記載されたフラックスの
塗布方法がある。このフラックスの塗布方法は、フラッ
クスを霧化し、この霧化したフラックスミスト上に回路
基板を通過させて、フラックスを回路基板に塗布するこ
とで良好な半田付けを実現させている。

【０００９】また、特開平６−１２６２２２号公報に記
載されたフラックス塗布の方法がある。このフラックス
塗布の方法は、回路基板に溶剤を噴射して塗布し、その
後にフラックスを噴射して塗布している。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来か
らのスプレーなどの方式で回路基板に水を基材としたフ
ラックスを塗布して、このフラックスが回路基板上に付
着すると、フラックスの大部分を構成している水は蒸発
潜熱が大きいため、付着した水分がなかなか蒸発できな
い。この状態で、次々とフラックスの微粒子が塗布され
ると、水は表面張力が大きいため、塗布されたフラック
スの微粒子と回路基板に付着しているフラックスの微粒
子が互いに合体して大きな粒子（水滴）を作り、回路基
板上には水滴が存在する部分と水滴が存在しない部分が
点在する。そして、水分が蒸発した後には、フラックス
の活性剤成分が回路基板上に点在して残留する。このよ
うな回路基板に対して半田付けを行っても、回路基板上
にはフラックスの活性剤成分が存在しない部分があるた
め、良好な半田付けは望めない。

【００１１】一方、特開平６−２３２５４１号公報によ
るフラックスの塗布方法を、水を基材としたフラックス
の塗布に適用する場合には、次のような問題が発生す
る。

【００１２】表面が疎水性である回路基板に向けて霧化
したフラックスを塗布すると、塗布圧力が低い場合に
は、噴霧されたフラックスの微粒子が回路基板に接触す
るときの接触力が弱まるため、回路基板の疎水性表面に
弾き飛ばされてしまい、回路基板にフラックスの微粒子
が付着できないことがあり、その結果、良好な半田付け
は望めない。これを解決するために、疎水性の回路基板
に向けて強い塗布圧力で霧化したフラックスを塗布する
と、フラックス微粒子の回路基板への接触力が強まると
ともに、塗布されるフラックス量が増加するので、回路
基板に付着するフラックスの微粒子が多くなり、付着し
たフラックスの微粒子同士が互いに合体して水滴となっ
てしまうことがある。この状態で水分を蒸発させた後に
半田付けを行っても、回路基板上にはフラックスの活性
剤成分が点在して残留するため、良好な半田付けは望め
ない。このように、疎水性の回路基板に対して、霧化し
たフラックスを塗布しても、適切にフラックスの活性剤
成分を回路基板に付着させることは難しい。

【００１３】また、特開平６−１２６２２２号公報によ
るフラックス塗布の方法のように、フラックスを塗布す
る前に超音波方式やスプレー方式などによって、回路基
板の疎水性表面に溶剤を付着させようとしても、溶剤が
水である場合には、上述したように、回路基板に水の微
粒子が付着できなかったり、あるいは、付着した水の微
粒子同士が合体して水滴となってしまうことがある。付
着した水の微粒子同士が合体して水滴となってしまう場
合には、この後に霧化したフラックスを塗布しても、回
路基板上にフラックスの活性剤成分を密な状態で分布さ
せることは難しく、その結果、良好な半田付けは望めな
い。

【００１４】本発明は、上記フラックス塗布の問題点に
鑑みてなされたものであり、水を基材とするフラックス
を用いて回路基板に良好な半田付けを行うことができる
フラックスの塗布方法を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の請求項１に係るフラックスの塗布方法は、
回路基板の疎水性表面を結露させることによって、一時
的に親水性に改質された前記回路基板の表面に気相のフ
ラックスを塗布して、前記気相のフラックス中に含まれ
る活性剤成分を前記回路基板の疎水性表面に付着させる
ことを特徴としている。

【００１６】また、本発明の請求項２に係るフラックス
の塗布方法は、請求項１のフラックスの塗布方法にあっ
て、前記フラックスの塗布は、水を基材とする気相のフ
ラックス雰囲気に曝して行うことを特徴としている。

【００１７】水を基材としたフラックスを用いて、良好
な半田付け状態の回路基板を得るためには、回路基板に
付着したフラックスの活性剤成分が適量かつ密な状態で
分布していることが必要である。しかし、これらフラッ
クスを超音波噴霧装置などを使用して塗布した場合、疎
水性表面の回路基板にフラックスの微粒子が付着できな
かったり、フラックスの微粒子同士が合体して水滴とな
ったりすることがある。このため、回路基板の疎水性表
面にフラックスの活性剤成分を適量かつ密な状態で分布
させることは難しい。また、フラックスを塗布する前
に、超音波方式やスプレー方式などによって回路基板の
疎水性表面に水の微粒子を付着させて親水性表面を形成
させようとする場合でも、水の微粒子が付着できなかっ
たり、水の微粒子同士が合体して水滴となったりするこ
とがあるため、後に、霧化したフラックスを塗布しても
フラックスの活性剤成分を適量かつ密な状態で分布させ
ることは難しい。

【００１８】そこで、本発明者は、確実かつ簡単に回路
基板上に適量なフラックスの活性剤成分を密な状態で分
布させることができる方法について検討したところ、超
音波噴霧装置やスプレーノズルなどを使って機械的に回
路基板を親水性表面にするのではなく、結露作用を利用
して疎水性の回路基板に水分を析出させて、一時的に親
水性表面を形成させ、そこに気相のフラックスを塗布し
て活性剤成分を付着させる方法を見出した。ここで、結
露とは、回路基板の表面温度が前記回路基板の曝された
雰囲気の露点温度より低い場合に、回路基板表面に水分
が析出し、水の微粒子となって付着する現象のことであ
る。

【００１９】すなわち、フラックスの活性剤成分を疎水
性の回路基板に付着させるよりも前に、結露作用を利用
して、疎水性の回路基板表面に水の微粒子を密な状態で
分布させて一時的に親水性表面を形成させ、これに霧化
したフラックスを均一に塗布することによって、フラッ
クスの活性剤成分を密な分布状態で付着させる。ここ
で、水の微粒子の密な状態の分布とは、結露作用によっ
て析出させた個々の水の微粒子がほぼ隣接した状態で、
その微粒子の径よりも大きな隙間がほとんどなく、回路
基板上に分布している状態をいう。

【００２０】次に、本発明の請求項１，２の発明での作
用を以下に述べる。回路基板を一定時間冷却して回路基
板の表面温度を、気相のフラックス雰囲気の露点温度よ
りも下げる。次に、冷却された回路基板を気相のフラッ
クス雰囲気に曝す。すると、回路基板の表面には結露作
用によって瞬時に水の微粒子が密な状態で析出され親水
性表面が形成される。そして、回路基板にはフラックス
の微粒子が容易に付着することができる。

【００２１】回路基板がフラックス雰囲気の露点温度よ
りも低温状態にある間に、回路基板をフラックス雰囲気
に一回もしくは複数回曝すことによって、回路基板には
適量なフラックスの活性剤成分を密な分布状態で付着さ
せることができる。そして、このような回路基板に対し
て水分を蒸発させてから半田付け作業を行うと、回路基
板には良好な半田付けを行うことができる。

【００２２】ここで、結露状態にある水の微粒子の粒子
径は、回路基板の冷却温度やフラックス雰囲気の温度に
より多少変化するが、その最大径は十分小さくすること
が可能であり、水の微粒子同士が合体して水滴となるこ
とはなく、疎水性表面の回路基板に密な状態で分布する
ことができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】（実施の形態１）本発明の実施の
形態１を図１〜３に基づいて説明する。図１は電子部品
を取り付けた回路基板を示す断面図、図２は回路基板に
フラックスを塗布する状態を示す断面図、図３は電子部
品を半田付けにより実装した回路基板を示す断面図であ
る。

【００２４】図１に示すように、電子部品２が取り付け
られた回路基板１を、図示しない冷却装置の中で−５℃
まで冷却した。回路基板１を冷却装置から取り出した
後、直ちに、図２に示すように回路基板１の下面（半田
付け面）を、アジピン酸［ＨＯＯＣ（ＣＨ_２）_４ＣＯＯ
Ｈ］１．５重量％、残部が蒸留水からなる気相のフラッ
クス雰囲気５（雰囲気温度；約２４℃）に約１０秒間曝
した。

【００２５】なお、本実施の形態では、回路基板１を気
相のフラックス雰囲気５に約１０秒間曝したが、数秒間
ずつ間欠的に曝してもよい。また、フラックスの温度は
１０℃〜４０℃の範囲が望ましい。これは、フラックス
の温度が１０℃よりも低くなるとフラックス中の活性剤
成分が析出しやすくなり、４０℃よりも高くなるとフラ
ックス中の水分が蒸発しやすくなるためである。

【００２６】回路基板１を前記気相のフラックス雰囲気
５に曝した後、前記回路基板１に水分が残留していない
ことを確認してから、前記回路基板１を公知の技術であ
るフローソルダリング方式によって錫鉛共晶半田を半田
付けした。

【００２７】その後、半田付けした回路基板１の半田付
け状態を観察したところ、図３に示すように、電子部品
２のリード端子２ａと回路基板１のランド１ａとが十分
な濡れ性をもった半田３によって接合されていることが
確認できた。

【００２８】＜評価＞本発明による半田付け性の良否を
定量的に判断するために、試験片を用いて半田の濡れ広
がり率を測定して評価した。

【００２９】本評価では、図４に示す如く短冊状の試験
片４として、５０ｍｍ（長さ）×５ｍｍ（幅）×０．５
ｍｍ（厚み）の銅板（ＪＩＳ Ｃ１１００Ｐ）を用い
て、半田の濡れ広がりを測定した。

【００３０】なお、ここでは本発明の効果を明確にする
ために、試験片４を冷却せず（試験片温度２５℃）に、
気相のフラックスに曝したものでも評価した。

【００３１】＜試料作製＞本評価の対象となる試料は以
下の方法で作製した。図４に図示した試験片４を、図示
しない冷却装置の中でそれぞれ１５℃、１０℃、５℃、
０℃、−５℃に冷却した。

【００３２】それぞれの温度まで冷却した試験片４を、
冷却装置から取り出してから直ちに、図５に示すように
噴霧口６から噴霧している気相のフラックス雰囲気５
（雰囲気温度；２４℃）に８〜１０秒間曝して、結露作
用により水の微粒子を生成させ、試験片４のＡ面にフラ
ックスの活性剤成分を付着させた。なお、このフラック
スは、アジピン酸１．５重量％、残部が蒸留水から構成
されている。

【００３３】その後、試験片４を図示しない半田槽の溶
融した錫鉛共晶半田中に浸漬させて、半田付けを行っ
た。

【００３４】ここで、１５℃に冷却した試験片４を「試
料１」、１０℃に冷却した試験片４を「試料２」、５℃
に冷却した試験片４を「試料３」、０℃に冷却した試験
片４を「試料４」、−５℃に冷却した試験片４を「試料
５」とした。

【００３５】また、本発明の効果を明確にするために、
試験片４を冷却せず（試験片温度２５℃）に、フラック
ス雰囲気に曝して、半田付けを施したものを「試料０」
とした。

【００３６】＜測定＞上記作製したそれぞれの試料につ
いて、半田付け後における半田の濡れ広がりを測定し
た。具体的には、各試料を溶融半田中に浸漬した面積に
対して半田付けがなされた面積の割合を求めた。この測
定結果を表１に示す。

【００３７】

【表１】

【００３８】試験片４を冷却しなかった「試料０」の濡
れ広がり率は５５％であった。これに対して、試験片４
を１５℃まで冷却した「試料１」の濡れ広がり率は８７
％、試験片４を１０℃まで冷却した「試料２」の濡れ広
がり率は８７％、試験片４を５℃まで冷却した「試料
３」の濡れ広がり率は８５％、試験片４を０℃まで冷却
した「試料４」の濡れ広がり率は８６％、試験片４を−
５℃まで冷却した「試料５」の濡れ広がり率は８８％で
あった。

【００３９】このように、試験片４にフラックスの活性
剤成分を付着させる前に試験片４を冷却した試料１から
試料５においては、いずれも８０％以上の半田濡れ広が
りを示しており、試料０の半田濡れ広がりより良好な傾
向を示している。また、ＪＩＳ Ｚ３２８３によれば、
フラックスＢ等級の広がり率は８０％以上と規定されて
いることから、本評価での測定結果として半田の濡れ広
がりが８０％以上あれば良いと考えた。

【００４０】以上のことから、試験片４の表面には結露
作用によって一時的に親水性表面が形成されたことによ
って、前記試験片４に接触した気相のフラックスの微粒
子が弾き飛ばされることなく、その結果、冷却しない試
験片４よりも多くの活性剤成分が付着できたものと推測
できる。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項１
に係るフラックス塗布方法によれば、回路基板へフラッ
クスを塗布する前に、回路基板の表面を結露作用により
一時的に親水性に改質するので、回路基板にフラックス
の微粒子が弱く接触しても、フラックスの微粒子は弾き
飛ばされることなく回路基板に付着することができる。
このため、気相のフラックスの塗布圧力を小さくするこ
とができ、無駄のないフラックス塗布ができる。また、
フラックス量の微妙な制御を行うことが可能となるの
で、フラックス塗布量の最適化を図ることが容易とな
る。これにより、回路基板に良好な半田付けを行うこと
ができる。

【００４２】本発明の請求項２に係るフラックスの塗布
方法によれば、水を基材とする気相のフラックス雰囲気
に曝して回路基板を親水性に改質し、フラックスの活性
剤成分を回路基板に塗布することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１において、回路基板に電
子部品が挿入された状態を示す断面図である。

【図２】本発明の実施の形態１において、電子部品が挿
入された回路基板を気相のフラックス雰囲気に曝した状
態を示す断面図である。

【図３】本発明の実施の形態１において、回路基板に電
子部品が半田付けされた状態を示す断面図である。

【図４】評価に用いた試験片を示す斜視図である。

【図５】試験片を気相のフラックス雰囲気に曝した状態
を示す図である。

【符号の説明】

１ 回路基板 １ａ ランド ２ 電子部品 ２ａ リード端子 ３ 半田 ４ 試験片 ５ フラックス雰囲気 ６ 噴霧口

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回路基板の疎水性表面を結露させること
   によって、一時的に親水性に改質された前記回路基板の
   表面に気相のフラックスを塗布して、前記気相のフラッ
   クス中に含まれる活性剤成分を前記回路基板の疎水性表
   面に付着させることを特徴とするフラックス塗布方法。
2. 【請求項２】 前記フラックスの塗布は、水を基材とす
   る気相のフラックス雰囲気に曝して行うことを特徴とす
   るフラックス塗布方法。