JP2003110233A - 回路基板およびフラックスの除去方法および電子回路基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電子回路基板のフラックス残渣を半田付け後
に処理するのではなく、電子部品をフロー半田付け実装
すると同時に、半田噴流と共にいかなる種類のフラック
スをも流し去ることによって、半田付け後の電子回路基
板の電極間の絶縁体表面にフラックス残渣を跨って存在
させない。 【解決手段】 絶縁体表面の滑落角が上記絶縁体表面の
固有の滑落角より小さくなるように改質された回路基板
にフラックスを塗布し、回路基板の絶縁体表面に付着し
たフラックスを絶縁体表面から離脱しやすくする。その
後、フロー半田付け時に上記回路基板の絶縁体表面に付
着したフラックスを半田噴流と共に流し去る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子部品を半田付
け実装した電子回路基板がフラックス残渣の影響によっ
て絶縁劣化不良が発生することを防止するための回路基
板およびフラックスの除去方法および電子回路基板に関
する。

【０００２】

【従来の技術】プリント配線基板等の回路基板に電子部
品を半田付けにより実装する場合には、回路基板の電極
および電子部品の電極と半田との濡れ性を確保し良好な
半田付けを形成する目的から、フラックスを回路基板上
に塗布している。回路基板にフラックスを塗布する方式
としては、主にスプレー方式と発泡方式がある。このよ
うな方式によってフラックスを回路基板に塗布し、この
回路基板に電子部品の半田付けを施すと、フラックス中
の活性成分が半田付け時の熱により活性を呈し、回路基
板上の電極や電子部品の電極に形成された金属酸化膜と
反応して、この金属酸化膜を除去する。こうして、電子
部品と回路基板が半田によって良好に接合された電子回
路基板が得られる

【０００３】しかし、回路基板への最適なフラックス塗
布量は、科学的に解明されておらず、また技術的にも詰
められていない。そのため、フラックス量不足による半
田付け不良が発生しないように、化学量論的に必要以上
のフラックスを回路基板に塗布する傾向にある。このよ
うに、フラックスが回路基板に過剰に塗布された場合に
は、半田付け時にフラックス中の活性成分と回路基板上
の金属酸化膜が反応しても、余剰した未反応の活性成分
がフラックス残渣中に残留する。この未反応の活性成分
が多湿環境下や結露環境下に曝された場合には、電子回
路基板は絶縁劣化不良を引き起こし、その結果、電子回
路基板の絶縁信頼性が低下することもある。

【０００４】このようなフラックス残渣による電子回路
基板の絶縁劣化を防止するために、いくつかの技術が報
告されている。例えば、特開平５−２４５６２２号公報
では、電子部品を半田付け実装した電子回路基板を１０
０℃〜１８０℃の温度範囲で再加熱して絶縁劣化不良の
原因となるフラックス残渣中のイオン成分を揮散させて
除去している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、特開平５−
２４５６２２号公報による方法では、半田付け実装が完
了した後に、電子回路基板を再加熱する工程が発生する
ので、工程数が多くなり複雑となる。また、電子回路基
板の再加熱温度を１００℃〜１８０℃の範囲に設定しな
ければならず、温度管理が面倒になっている。しかも、
電子回路基板を上記温度範囲で再加熱しても、活性剤の
種類によっては十分にイオン成分を除去できない場合も
あり、その場合には、絶縁劣化を確実に防止することが
困難となる。また、再加熱した上記温度範囲が回路基板
や電子部品にとって高過ぎる場合には、回路基板や電子
部品の性能が低下したり、ひどい場合には破損したりす
る。

【０００６】本発明は、上記解決しようとする課題を鑑
みてなされたものであり、電子回路基板のフラックス残
渣を半田付け後に処理するのではなく、電子部品をフロ
ー半田付け実装すると同時に、半田噴流と共にいかなる
種類のフラックスをも流し去ることによって、半田付け
後の電子回路基板の電極間の絶縁体表面にフラックス残
渣が跨って存在することのない回路基板およびフラック
スの除去方法および電子回路基板を提供することを目的
とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者は、電子回路基
板にイオンマイグレーションなどにより絶縁劣化の不良
を生じるのは、フラックス残渣が電極間に連続的な被膜
となって親水性表面を形成するためであることを見出
し、電極間のフラックス残渣の被膜の連続性を断ち切る
ことにより、絶縁劣化を防止することができ、そのため
の回路基板およびフラックスの除去方法および電子回路
基板を発明したものである。

【０００８】本発明は、回路基板の絶縁体表面の滑落角
が小さくなるように改質して、フロー半田付け時に絶縁
体表面に付着している反応・未反応のフラックスを半田
噴流と共に流しやすくして除去しようとするものであ
る。これにより電子部品を半田付け後の電子回路基板の
電極間の絶縁体表面にフラックス残渣の被膜が連続的に
形成されるのを防ぐものである。ここで、滑落角とは基
板などの材料表面に一定量の水滴を付着させ、水滴が付
着した材料を傾けたときに、水滴が材料表面を滑り始め
る勾配（角度）をいう。滑り始める勾配が緩やかな（滑
落角が小さい）ほど材料表面の滑水性が良好であること
を示す。

【０００９】上記したことを行うため、請求項１の発明
は、回路基板の絶縁体表面の滑落角が上記回路基板の絶
縁体表面固有の滑落角より小さくなるように改質して、
回路基板の絶縁体表面に付着したフラックスをフロー半
田付け時に半田噴流と共に流しやすくしたことを特徴と
する。

【００１０】請求項２の発明は、絶縁体表面の滑落角が
上記絶縁体表面の固有の滑落角より小さくなるように改
質された回路基板にフラックスを塗布する工程と、フロ
ー半田付け時に上記回路基板の絶縁体表面に付着したフ
ラックスを半田噴流と共に流し去る工程と、からなるこ
とを特徴とする。

【００１１】請求項３の発明は、請求項２のフラックス
の除去方法において、回路基板にはフラックス塗布前に
電子部品が搭載されていることを特徴とする。

【００１２】請求項４の発明は、請求項２または３記載
のフラックスの除去方法によって半田付けされた電子回
路基板であって、上記電子回路基板の絶縁体表面には電
極間を跨ぐフラックス残渣が存在しないことを特徴とす
る。

【００１３】上述した請求項１では、回路基板の絶縁体
表面の滑落角が上記回路基板の絶縁体表面固有の滑落角
より小さくなるように改質し、フロー半田付け時に反応
済みのフラックスおよび余剰の未反応フラックスが半田
噴流と共に上記回路基板の絶縁体表面から離脱して流れ
やすくしているので、電極間を跨ぐフラックス残渣が存
在しなくなる。

【００１４】請求項２の発明では、回路基板の絶縁体表
面の滑落角が上記回路基板の絶縁体表面固有の滑落角よ
り小さくなるように改質された回路基板を用いるので、
上記回路基板の絶縁体表面に付着したフラックスは絶縁
体表面から離脱しやすくなり、フロー半田付け時に反応
済みのフラックスおよび余剰の未反応フラックスが半田
噴流と共に上記回路基板の絶縁体表面から流れて除去さ
れ、電極間の絶縁体表面にフラックス残渣が跨って存在
することがなくなる。

【００１５】請求項３の発明では、回路基板に電子部品
を搭載して、電子部品が搭載された回路基板にフラック
スを塗布して、フラックスを塗布した回路基板にフロー
半田付けを施すので、半田付け後の回路基板は電極間に
フラックス残渣のない状態で電子部品が接合された電子
回路基板となる。

【００１６】請求項４の発明では、回路基板上に付着し
たフラックスはフロー半田付け時に半田噴流と共に上記
回路基板の絶縁体表面から流れて除去されるので、半田
付け後の電子回路基板の絶縁体表面には電極間を跨る連
続的なフラックス残渣の被膜が形成されることがない。

【００１７】

【発明の実施の形態】（実施の形態１）基材が変性ポリ
イミドからなる０．５ｍｍピッチ櫛形電極基板を準備
し、この櫛形電極基板の滑落角を小さくするためにフッ
素系樹脂であるＰＦＡＡ（パーフルオロアルキルエチル
アクリレート）をスプレーで吹き付け、数μｍ以下の薄
膜を形成（コーティング）させ、上記櫛形電極基板の表
面を滑落角が小さくなるように改質させた。そして、こ
の櫛形電極基板にブリッジやかすれが生じないように予
め予備実験で決めた量の水系フラックス（アジピン酸
［ＨＯＯＣ（ＣＨ_２） _４ＣＯＯＨ］２重量％、ＩＰＡ５
重量％、残部が精製水）をスプレー方式により塗布し
た。その後、上記櫛形電極基板にフローソルダリング方
式で錫鉛共晶半田（ＪＩＳグレード：Ｈ６３Ａ）の半田
付けを行った。なお、半田付け時の半田浴槽温度は摂氏
２５０℃に設定されていた。

【００１８】半田付けがなされた上記櫛形電極基板につ
いて、フラックス残渣の分布状態を実体顕微鏡で拡大観
察したところ、図１に示すように電極１間に跨るような
フラックス残渣は全く存在せず、電極１間は良好な絶縁
部２が形成されていた。

【００１９】このように、櫛形電極基板の電極間に跨る
ようなフラックス残渣の存在が観察されなかったのは、
上記櫛形電極基板の絶縁体表面にフッ素系樹脂が薄膜形
成（コーティング）されたことによって、上記櫛形電極
基板の絶縁体表面の滑落角が小さくなり、その結果、上
記絶縁体表面に付着したフラックス中の活性成分である
アジピン酸が上記絶縁体表面から離脱しやすくなり、半
田付け時に反応済みのアジピン酸および余剰な未反応の
アジピン酸が半田噴流と共に流されたためであると発明
者は考えた。

【００２０】このことを確認するために、フッ素系樹脂
をコーティングしないこと以外は上述した実験と同じ条
件でフラックス塗布、半田付けを行い基板を作製した。
そして、半田付けされた櫛形電極基板について、フラッ
クス残渣の分布状態を実体顕微鏡で拡大観察したとこ
ろ、図２に示すように電極１間に跨って絶縁部２上に存
在するフラックス残渣３が多く存在することが確認でき
た。

【００２１】さらに、フッ素系樹脂をコーティングした
櫛形電極基板とコーティングしない櫛形電極基板との絶
縁信頼性の違いを定量的に判断するために誘電特性試験
を行った。

【００２２】以下に、誘電特性試験の概要と試験方法に
ついて説明する。フラックス残渣が原因のイオンマイグ
レーションは、フラックス残渣の「吸湿→溶出→移行→
析出」の過程で発生する。すなわち、フラックス残渣の
被膜の表面に形成された水分子の吸着層が親水性表面と
なって電気化学反応の媒体となり、水分子を吸着した電
気化学反応の結果として、電極や半田材料であるＣｕ、
Ｓｎ、Ｐｂなどの酸化還元物質をマイグレーションさせ
る。従って、表面の水分吸着性が大きいフラックス残渣
の被膜ほど、イオンマイグレーションなどの絶縁劣化を
引き起こす危険性が大きくなる。

【００２３】一方、フラックス残渣等の絶縁材料表面に
水分子が吸着し、この状態で交流電界を加えると、可聴
周波数領域（２０Ｈｚ〜２０ＫＨｚ）で誘電損失が起こ
り、誘電正接（以下：ｔａｎδと称する）の増加が認め
られる。これは、吸着した水の双極子モーメントの影響
で生じる物理現象で、この際、著しいエネルギー損失が
発生する。このエネルギー損失はｔａｎδの増加として
電気的に測定でき、水分子の吸着量が多いほど、ｔａｎ
δの値は大きくなる。従って、各電極間のフラックス残
渣に可聴周波数帯の交流電界を加え、ｔａｎδの挙動を
測定することにより、フラックス残渣の水分子の吸着性
を判断することができ、フラックス残渣の分布の違いを
知ることができる。つまり、電気的測定によってｔａｎ
δの値が小さければ、電極間のフラックスが半田噴流と
共に除去されたことを証明したことになる。

【００２４】ここでは、ｔａｎδの測定を行うことで、
電極間のフラックス残渣が除去されていることを確認し
た。測定は、フッ素系樹脂をコーティングした半田付け
後の櫛形電極基板とコーティングしない半田付け後の櫛
形電極基板を温度が４０℃、相対湿度が９５％ＲＨの加
湿雰囲気に１時間放置し、この雰囲気の中で直ちに可聴
周波数領域を中心に、具体的には、１２０Ｈｚ、５００
Ｈｚ、１ＫＨｚ、５ＫＨｚ、１０ＫＨｚ、５０ＫＨｚ、
１００ＫＨｚ、５００ＫＨｚ、１ＭＨｚの周波数で行っ
た。

【００２５】図３に、この実施の形態１におけるｔａｎ
δの測定結果（周波数特性）を示す。縦軸はｔａｎδの
常用対数値、横軸は測定周波数である。図中の「●」は
コートなし、即ち、櫛形電極基板の表面にフッ素系樹脂
をコーティングしなかった基板の測定結果、「○」はフ
ッ素コートあり、即ち、櫛形電極基板の表面にフッ素系
樹脂をコーティングして、回路基板の絶縁体表面の滑落
角を上記絶縁体表面固有の滑落角より小さくした基板の
測定結果である。

【００２６】図３の測定結果を比較すると、フッ素系樹
脂をコーティングした基板とコーティングしない基板と
では電極間におけるｔａｎδの挙動に違いがあることが
わかる。図３では、フッ素系樹脂をコーティングした櫛
形電極基板（フッ素コート）のｔａｎδの値が、コーテ
ィングしない櫛形電極基板（コートなし）のｔａｎδの
値に比べて小さい。これより、フッ素系樹脂をコーティ
ングした櫛形電極基板では、フラックス残渣が電極間に
跨って形成されていないことが推測される。したがっ
て、フッ素系樹脂をコーティングしない基板よりもイオ
ンマイグレーションの発生が抑止され、その結果、電子
回路基板の絶縁信頼性が向上するものと考えられる。

【００２７】本実施の形態では、基板の絶縁体表面の滑
落角を小さく改質するためにフッ素系樹脂としてＰＦＡ
Ａ（パーフルオロアルキルエチルアクリレート）を使用
したが、他のフッ素系樹脂やシリコーン系樹脂のコーテ
ィングなどの他、回路基板の絶縁体表面の滑落角を小さ
く改質でき、且つ電極間の絶縁性を確保することができ
れば改質方法は問わない。表１に滑落角を小さくできる
各種樹脂材料の一例を示す。なお、水の接触角が大きい
材料（表面エネルギーが小さい材料）ほど、その材料に
付着した水は滑りやすくなる場合が多いが、表１のよう
に水の接触角が小さい樹脂であっても、接触角が大きい
樹脂に比べて滑落角が小さく、水が滑り落ちやすい場合
もあり、接触角と滑落角の関係は必ずしも一致しない。

【００２８】

【表１】

【００２９】また、本実施の形態では水を主溶剤とした
水系フラックスを使用したが、ＩＰＡを主溶剤としたロ
ジン系フラックスを用いてもよい。また、基板材料とし
て変性ポリイミドを用いたが、ガラスエポキシ、紙エポ
キシ、紙フェノール、エポキシレジンなど、その他の基
材の基板でも同様な効果が得られる。また、フラックス
中の活性成分はアジピン酸に限定されるものではなく、
フラックスの活性成分として使用できるものであれば活
性材料は問わない。さらに、半田材料として錫鉛共晶半
田を用いているが、錫銀系半田や錫銅系半田あるいは錫
亜鉛系半田などの無鉛半田を用いてもよい。

【００３０】また、上記薄膜をコーティングした櫛形電
極基板へのフラックスの塗布は、基板に対する電子部品
の搭載前後を問わない。

【００３１】なお、上記した具体的実施の形態から次の
ような構成の技術的思想が導き出される。 （付記） （１）回路基板の絶縁体表面の滑落角が上記回路基板の
絶縁体表面固有の滑落角より小さくなるように絶縁体表
面に薄膜を形成して改質し、回路基板の絶縁体表面に付
着したフラックスをフロー半田付け時に半田噴流と共に
流し去りやすくしたことを特徴とする回路基板。

【００３２】（２）上記薄膜は、フッ素系樹脂またはシ
リコーン系樹脂からなることを特徴とする付記（１）記
載の回路基板。

【００３３】（３）絶縁体表面の滑落角が上記絶縁体表
面の固有の滑落角より小さくなるよう絶縁体表面に薄膜
を形成して改質された回路基板にフラックスを塗布する
工程と、フロー半田付け時に上記回路基板の絶縁体表面
に付着したフラックスを半田噴流と共に流し去る工程
と、からなることを特徴とするフラックスの除去方法。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項１
の回路基板によれば、回路基板の絶縁体表面の滑落角を
上記回路基板の絶縁体表面固有の滑落角より小さくなる
ように改質するので、回路基板の絶縁体表面に付着した
フラックスは絶縁体表面から離脱しやすくなる。このた
め、フロー半田付け時に上記回路基板の絶縁体表面に付
着したフラックスを半田噴流と共に流して除去し、電極
間にフラックス残渣を存在させなくすることができる。

【００３５】本発明の請求項２のフラックスの除去方法
によれば、回路基板の絶縁体表面の滑落角を上記回路基
板の絶縁体表面固有の滑落角より小さくなるように改質
するので、回路基板の絶縁体表面に付着したフラックス
は絶縁体表面から離脱しやすくなる。このため、上記改
質した後、フロー半田付け時に上記回路基板の絶縁体表
面に付着したフラックスを半田噴流と共に流すことが可
能になり、絶縁劣化を引き起こすフラックス残渣を上記
回路基板から除去することができる。

【００３６】本発明の請求項３のフラックス除去方法に
よれば、回路基板に電子部品を搭載して、電子部品が搭
載された上記回路基板にフラックス塗布して、上記フラ
ックスが塗布された上記回路基板にフロー半田付けを施
すので、回路基板に電子部品が半田付け実装された電子
回路基板にも適用することができる。

【００３７】本発明の請求項４の電子回路基板によれ
ば、フラックスはフロー半田付け時に半田噴流と共に回
路基板の絶縁体表面から流れて除去されるので、半田付
け後の電子回路基板の絶縁体表面には電極間を跨る連続
的なフラックス残渣の被膜が形成されることがなく、そ
の結果、絶縁信頼性の安定した電子回路基板を得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】フッ素系樹脂をコーティングした櫛形電極基板
に半田付けを施した後の基板において、電極間にフラッ
クス残渣が形成されていない状態を示す図である。

【図２】フッ素系樹脂をコーティングしない櫛形電極基
板に半田付けを施した後の基板において、電極間にフラ
ックス残渣が形成されている状態を示す図である。

【図３】本発明の実施の形態１におけるフッ素系樹脂を
コーティングした櫛形電極基板とコーティングしない櫛
形電極基板の誘電特性試験結果（測定周波数とｔａｎδ
の関係）を示す図である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回路基板の絶縁体表面の滑落角が上記回
   路基板の絶縁体表面固有の滑落角より小さくなるように
   改質して、回路基板の絶縁体表面に付着したフラックス
   をフロー半田付け時に半田噴流と共に流し去りやすくし
   たことを特徴とする回路基板。
2. 【請求項２】 絶縁体表面の滑落角が上記絶縁体表面の
   固有の滑落角より小さくなるように改質された回路基板
   にフラックスを塗布する工程と、フロー半田付け時に上
   記回路基板の絶縁体表面に付着したフラックスを半田噴
   流と共に流し去る工程と、からなることを特徴とするフ
   ラックスの除去方法。
3. 【請求項３】 回路基板にはフラックス塗布前に電子部
   品が搭載されていることを特徴とする請求項２記載のフ
   ラックスの除去方法。
4. 【請求項４】 請求項２または３記載のフラックスの除
   去方法によって半田付けされた電子回路基板であって、
   上記電子回路基板の絶縁体表面には電極間を跨ぐフラッ
   クス残渣が存在しないことを特徴とする電子回路基板。