JP2004282062A - ハンダ回路基板の製造方法。 - Google Patents

Abstract

【課題】 ハンダ粉末の溶融性とリフロー後のフラックスの洗浄性の高いフラックスを提供することにより、特許第３３６２０７９号公報に記載されたハンダ回路形成方法に適用したときに、簡便な洗浄工程のみで、残留するフラックスを低減させた回路基板の製造方法の提供。
【解決手段】 電子部品類の金属回路露出部に、金属と作用して粘着性を発現する粘着性付与化合物の少なくとも一種を含む組成物で処理して粘着性を付与し、ハンダ粉末を付着させ、次いでこれを加熱定着した後、該ハンダ粉末定着部に対応して他の実装用部品類を位置合せ配置し、界面活性剤を配合した水溶性フラックス組成物を該他の実装用部品類の配置の前又は後に塗布し、ハンダ粉末をリフローさせ、その後フラックス残渣を水で洗浄する電子回路基板の製造方法。
【選択図】 なし。

Description

本発明は電子部品類の配線回路部金属表面に、均一かつ高精細なハンダ粉末の回路（例えば、プリント回路板に電子部品を取りつけるため、金属回路のパッド面にあらかじめハンダ薄層を形成したもの）を定着する及び該ハンダ粉末を定着した電子部品に他の電子部品を効率よく搭載する方法に関する。

近年電子部品類、例えばプラスチック基板（フィルムもある。）、セラミック基板、あるいはプラスチック等をコートした金属基板等の絶縁基板上に、適当な方法により電子回路を形成したプリント配線板（プリント基板あるいは印刷配線板とも言う。）が開発され、その配線面上にＩＣ素子、半導体チップ、抵抗、コンデンサー等の電子部品をハンダ付けして電子機器を構成させる手段が広く採用されている。

ところで上記実装回路装置の製造において、電子部品のリード端子を所定のパッドにハンダ付けするためには、前記パッド面にあらかじめフラックスを含む所謂クリームハンダを印刷しておき、所要の電子部品を位置決め配置した後、クリームハンダをリフローさせてハンダ付けを行うのが普通である。一方、あらかじめパッド面にハンダ薄層を形成させる要求が実装密度の向上と共に高まっている。この理由は前記クリームハンダではハンダブリッジ等の不良が避けられないからである。

電子部品等におけるハンダ回路（ハンダ薄層）を形成するためには、メッキ法、ハンダ浴ディップ法（浸漬法）などが行われてきたが、実装密度の向上に伴い、要求されるハンダ回路のパターンはますます微細となり、作業効率、オンスペック率の向上と共に回路パターンの微細化の要求のためこれらの方法では対応が困難になりつつある。

これら従来のハンダ回路形成法の中で高精細なパターンのハンダ回路に適用可能な方法としてはメッキ法があるが、電子部品類のハンダ回路部となる対象部分が独立したパターンとして存在する場合が多く、電解メッキの適用はパターン間の電気導通の点で困難を伴う。一方、無電解メッキは上記電解メッキにおける電気導通の問題点は解決されるが、ハンダ層厚さが薄く、必要な厚さを得ることが困難であるという技術上の問題がある。

また表面をフラックスでコーティングしたハンダ粉末を静電塗装法により回路部分に塗布する方法（例えば、特許文献１参照。）、回路部分にフラックスを印刷、塗布し、その上にハンダ粉末を付着させた後、ハンダの融点以上に加熱して溶融させ、このハンダ溶融面上に気体を吹きつけてレベリングを行い、ハンダ回路を形成する方法（例えば、特許文献２参照。）等、数多くの提案があるが、高精細なパターンのハンダ回路形成には問題がある。

近年、電子部品の金属回路露出部に、金属と作用して粘着性を発現する粘着性付与化合物を含む組成物で処理することにより金属露出部に粘着性を付与し、該粘着付与部にハンダ粉末を付着させた後、加熱して定着するハンダ回路形成する方法（例えば特許文献３参照）が開発され、高精細なハンダパターンを容易に得ることが可能となったが、該方法において従来のフラックスを使用してハンダ粉末定着部に塗布した場合、フラックスがハンダ粉末表面を完全に覆わず、ハンダ粉末のリフロー後においてハンダ粉末の溶融性が悪いと共に、ハンダ回路上にフラックス残渣も残存し、このフラックス残渣がハンダ回路基板の信頼性を低下させる問題点があった。特に微小チップ実装基板の場合は、ピッチ間隔が約３００μｍと狭くなるため信頼性に悪影響を及ぼす。残存したフラックスの残渣を、洗浄工程等で除去することは可能ではあるが、このような洗浄工程を入れることは回路基板のコストアップにつながる。また今後、回路基板のパターンがますます微細化することが予想され、残存するフラックスを可能な限り除去することが要求される。さらに、ハンダ粉末のリフロー後の溶融性を高めるためにも、ハンダ粉末の表面を安定的に覆えるフラックスが要求されていた。

ハンダ付け用フラックスは、ハンダ付けで重要な役割を果たすことは周知であるが、、ハンダ付け後は、かえってこのフラックス残渣がプリント配線基板の品質を悪くし、製品の寿命を短くするので注意が必要である。
フラックス残渣の影響は、
（１）長期間に部品等を腐食させる。
（２）電気絶縁不良をおこす。
（３）インサーキットテストの試験ピンがフラックス残渣により導通不良の誤動作をおこす。等の悪影響がある。
このため洗浄性の高いものも開発されているが、これらのハンダ付け用フラックスは、ハンダのリフロー温度の相違による使用温度の相違や、使用方法の相違から、従来の水溶性フラックスをそのまま用いることは、ハンダの溶融性とリフロー後のフラックスの洗浄性の点で困難であった。

特開平３−５０８５３号公報 特開平４−１０６９４号公報 特許第３３６２０７９号公報

本発明はこれらの問題点を解決することを目的とし、ハンダ粉末の溶融性とリフロー後のフラックスの洗浄性の高いフラックスを提供することにより、特許文献３に記載されたハンダ回路形成方法に適用したときに、簡便な洗浄工程のみで、残留するフラックスを低減させた回路基板の製造方法を提供することを目的とする。

本発明者は上記課題を解決すべく鋭意努力検討した結果、本発明に到達した。すなわち本発明は、
［１］ 電子部品類の金属回路露出部に、金属と作用して粘着性を発現する粘着性付与化合物の少なくとも一種を含む組成物で処理して粘着性を付与し、ハンダ粉末を付着させ、次いでこれを加熱定着した後、該ハンダ粉末定着部に界面活性剤を配合した水溶性フラックス組成物を塗布し、次にハンダ粉末をリフローさせ、その後フラックス残渣を水で洗浄することを特徴とするハンダ回路基板の製造方法、
［２］ 電子部品類の金属回路露出部に、金属と作用して粘着性を発現する粘着性付与化合物の少なくとも一種を含む組成物で処理して粘着性を付与し、ハンダ粉末を付着させ、次いでこれを加熱定着した後、該ハンダ粉末定着部に対応して他の実装用部品類を位置合せ配置し、界面活性剤を配合した水溶性フラックス組成物を該他の実装用部品類の配置の前又は後に塗布し、ハンダ粉末をリフローさせ、その後フラックス残渣を水で洗浄することを特徴とする電子回路基板の製造方法。

［３］ 水溶性フラックスにグリコールを添加することを特徴とする上記［１］または［２］に記載のハンダ回路基板の製造方法、
［４］ 活性剤、水または水溶性有機溶剤からなる組成物に界面活性剤（ノニオン系）を配合したことを特徴とする水溶性フラックス組成物、
［５］ 水溶性フラックス組成物の配合比が、活性剤１０質量量部に対して、水または水溶性有機溶剤が３０質量部〜１００質量部の範囲内、界面活性剤（ノニオン系）が５質量部〜２０質量部の範囲内に配合したことを特徴とする水溶性フラックス組成物、及び
［６］ 上記［５］に記載の水溶性フラックス組成物１００重量部に、グリコールを１０質量部〜４０質量部の範囲内を配合したことを特徴とする水溶性フラックス組成物、を開発することにより上記の課題を解決した。

本発明の製造方法は、洗浄性の改善された界面活性剤またはそれとグリコールを配合した水溶性フラックス組成物をリフロー工程で使用することにより、リフロー後の回路基板の洗浄性を大きく高めることが可能となり、洗浄後に残留するフラックスが減少し、長期間にわたり腐食が少なく、絶縁不良の発生が少ない信頼性が非常に高いハンダ回路基板、電子回路基板が得ることができるようになった。

本発明の対象とする電子部品類としては、例えばプリント配線板、各種実装用部品類があり、プリント配線板の例としては、プラスチック基板、プラスチックフィルム基板、ガラス布基板、紙基材エポキシ樹脂基板、セラミックス基板等に金属版を積層した基板あるいは金属基材にプラスチックあるいはセラミックス等を被覆した絶縁基板上に適当な方法により回路を形成した片面電子部品類、両面プリント配線板、多層プリント配線板あるいはフレキシブルプリント配線板に適用できる。又各種実装用部品類としては、例えばＩＣ素子類（ベアチップ、各種パッケージ類）、抵抗、コンデンサー等をあげることができる。

電子部品類の回路を形成する金属としてはほとんどの場合銅が主として用いられており、本発明の粘着性付与化合物に対してもっとも好ましい金属材料であるが、他の金属であっても良い。他の金属にあっては該粘着性が銅に比して弱い傾向がある。

本発明で使用する粘着性付与化合物としては金属と作用して粘着性を発現する化合物であれば特に限定はないが、例えば、
一般式（１）で表されるベンゾトリアゾール系誘導体、

一般式（２）で表されるナフトトリアゾール系誘導体、

一般式（３）で表されるイミダゾール系誘導体、

一般式（４）で表されるベンゾイミダゾール系誘導体、

一般式（５）で表されるメルカプトベンゾチアゾール系誘導体、

一般式（６）で表されるベンゾチアゾールチオ脂肪酸系誘導体など、

Ｎ，Ｓ，Ｏ，Ｐなどの元素を有する有機化合物が特に好ましい。

これら粘着性付与化合物を処理する方法として水溶液の形で浸漬またはスプレー法などを適用する場合、該粘着性付与化合物の少なくとも一つを水に溶解する為に、酸性、好ましくはｐＨ３〜５程度の微酸性に調整した組成物を用いる。塗布法を適用する場合においては、浸漬またはスプレー法で用いる組成物にカルボキシメチルセルローズ誘導体の如き増粘剤を添加し、インキ状にして用いると使い易い。この際溶液の濃度は、好ましくは全体として０．０５質量％乃至２０質量％くらいのものが使用し易い。

処理温度は室温よりは若干加温したほうが粘着成膜の生成速度、生成量もよく、粘着性付与化合物濃度、金属の種類になどにより変わり限定的でないが、一般的には３０℃乃至６０℃くらいの範囲が好適である。浸漬時間は限定的でないが、作業効率から５秒乃至５分間位の範囲になるように他の条件を調整することが好ましい。

なおこの場合、ハンダ回路形成用組成物中に銅イオンとして１００〜１０００ｐｐｍを共存させるときは粘着性膜の生成速度、生成量などの生成効率が高まるので好ましい。

処理すべき電子部品類は他の金属回路部分はレジストまたは樹脂等で覆われハンダ回路の部分の金属回路のみが露出した状態にしておき、ハンダ回路形成用組成物で処理する。

ここで使用する前述の粘着性付与化合物を含む組成物中に浸漬、スプレーまたは塗布し、これを適宜溶媒による洗浄、乾燥を経て金属露出面のみに粘着性を付与する。次にこの電子部品類にハンダ粉末をふりかけ、粘着面に付着させ、余分のハンダ粉末を除いた後、加熱処理をする。

ハンダを定着するための加熱処理温度は、好ましくは５０〜２５０℃に設定されるが、加熱定着温度が低いときは、時間を長く設定し、加熱定着温度が高いときは短くすることは必要であって、ハンダ粉末が溶融し流出しない条件を選ぶことが必要である。
然る後、水溶性フラックス組成物を塗布し、次いでリフローを行い残留するフラックスを水で洗浄しハンダ回路を形成させる。更には、該ハンダ粉末の定着処理後、他の電子部品類を該ハンダ粉末パターンに対応して位置合せ後配置し、水溶性フラックス組成物の塗布は該他の電子部品類の配置前又は後で行い、これをリフローし残留するフラックスを水で洗浄することにより効率よく精密に他の電子部品類を、信頼性を確保しつつ搭載できる。この際に使用するハンダの材質としては鉛系の共晶合金や、銀入り、ビスマス入り等の鉛フリー合金である、Ｓｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ｚｎ系、Ｓｎ−Ｂｉ系合金を、用途により任意に選択できる。

上記の水溶性フラックスとは、活性剤に水または水溶性有機溶媒を添加したものである。活性剤とは、アミンとアミノ酸の無機酸塩（例えば、ジメチルアミンまたはグルタミン酸の塩酸塩、ピリジンの臭化水素酸塩）、アミンとアミノ酸の有機酸塩（例えば、グルタミン酸のシュウ酸塩、ジメチルアミンのコハク酸塩）、有機酸（例えば、グリコール酸、乳酸、リンゴ酸、ギ酸、酢酸、シュウ酸、マロン酸、コハク酸）、無機酸（例えば、フッ化水素酸、塩化水素酸、臭化水素酸、よう化水素酸、ホウフッ化水素酸、リン酸、塩化亜鉛、塩化アンモン、塩化ナトリウム、塩化第１スズ、フッ化塩化第１スズ、フッ化ナトリウム）等である。この中で特に、アミンとアミノ酸の無機酸塩やアミンとアミノ酸の有機酸塩を用いるのが好ましい。また水溶性有機溶剤としては、炭素数１〜３のアルコール類、または高沸点アルコールエーテル類に、グリセリン、ポリエチレン、ポリプロピレン、フェニルエーテルを添加したものを用いることができる。

本発明の製造方法に用いる水溶性フラックスとしては、活性剤１０質量部に、水または水溶性有機溶媒を、好ましくは３０質量部〜１００質量部の範囲内、より好ましくは、５０質量部〜９０質量部の範囲内で含むのが好ましい。水溶性有機溶媒の添加量が１００質量部より高くなると、リフロー時のフラックスの効果が低くなり、添加量が３０質量部より少なくなると、リフロー後のフラックスの残存量が多くなる。

本発明の水溶性フラックス組成物においては、ハンダ粉末定着部に塗布漏れのないようにフラックスの塗布の均一性の確保、並びにリフロー後のフラックス残渣の除去率を高めるために界面活性剤を配合する。界面活性剤としては市販のものが使用できるが、特にノニオン系の界面活性剤を用いるのが好ましく、例えば、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレン２級アルコールエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンステロールエーテル、ポリオキシエチレンラノリン誘導体、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンブロックコポリマー、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンアルキルエーテルを用いるのが好ましい。

本発明の製造方法に用いる水溶性フラックスへの界面活性剤の添加量は、界面活性剤１０質量部あたりで、好ましくは５質量部〜２０質量部の範囲内、より好ましくは、８質量部〜１５質量部の範囲内である。界面活性剤の添加量が２０質量部より高くなると、フラックスの効果が低くなり、添加量が５質量部より少なくなると、界面活性剤の添加効果が不十分となる。

本発明の製造方法では、前記の界面活性剤配合水溶性フラックス組成物に、洗浄性を高めるためにさらにグリコールを添加するのが好ましい。グリコールとは、エチレングリコール、プロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコールなどであり、本発明では特にエチレングリコール、ポリエチレングリコールを用いるのが好ましい。
本発明の製造方法に用いる水溶性フラックス組成物へのグリコールの添加量は、水溶性フラックス１００質量部に、１０質量部〜４０質量部の範囲内、好ましくは、１５質量部〜３５質量部の範囲内である。グリコールの添加量が４０質量部より高くなると、フラックスの性能が低くなり、添加量が１０質量部より少なくなると、グリコールの添加効果が不十分となり、ハンダ粉末の溶融性とフラックスの洗浄性が悪くなる。

フラックスを塗布した後、リフロー炉等を用いてハンダ粉末を溶融し、残留するフラックスを水で洗浄し、電子部品類回路の金属露出面に高精細かつ均一な厚みを有するフラックスのない信頼性が高いハンダ回路を形成させることができる。また、ハンダブリッジなどのおそれなく、高実装密度で他の電子部品類を搭載することができる。

（実施例１）
０．２５ｍｍピッチのＴＡＢ部品を接続するため、対応する０．２５ｍｍピッチ銅パッド部の銅を露出させたプリント配線板を、酢酸によりｐＨを約４に調整した２−ドデシルイミダゾール１質量部水溶液中に４０℃、３０ｓｅｃ浸漬し、水洗、乾燥し、銅パッド部表面に選択的に粘着性物質層を形成させた。該プリント配線板に平均粒径約５０μｍの共晶ハンダ粉末をふりかけ、余分のハンダ粉末をエアで飛ばして粘着性物質部分に選択的に付着させ高精細なハンダパターンを得た。

該電子部品類を１７０℃、３０ｓｅｃ、加熱定着した後、微量な不必要部のハンダ粉末をハケで除去し、水溶性フラックスとして、ジメチルアミン臭化水素酸塩１０質量部にイソプロピルアルコール８０質量部を添加したもの１０質量部に、塗布の均一性と洗浄性を高める目的で界面活性剤としてポリオキシエチレンアルキルエーテルを１．５質量部とポリエチレングリコールを３．５質量部添加したフラックスを塗布した後、２３０℃、１分間リフロー炉に入れハンダ粉末を溶融してハンダ回路基板を製造した。得られたハンダ回路基板は、銅パッド部表面に均一かつ高精細な厚さ３０μｍのハンダ回路を有する回路基板であった。このハンダ回路基板を水で洗浄後、回路基板の表面やスルーホール内を観察したところ、フラックスの残留物は観察されなかった。また、回路基板のイオン残渣をオメガメータで測定した結果、１μｇ・ＮａＣｌ／インチ²であり、問題のないレベルであった。

（実施例２〜４）
表１に示すように、水溶性フラックス、界面活性剤およびグリコールを配合した水溶性フラックス組成物を用い、実施例１と同様な条件でハンダ粉末の溶融性、フラックス残渣の状況（外観検査）及びイオン残渣を測定した。結果を表１に示す。

（比較例１）
実施例１において、水溶性フラックス組成物に界面活性剤を添加せず、他の条件は同様にしてハンダ回路基板を製造した。このハンダ回路基板を水で洗浄後、回路基板の表面を観察したところ、フラックスの残留物が観察された。またオメガメータでイオン残渣を測定した結果、４０μｇ・ＮａＣｌ／インチ²であった。

本発明は電子部品類の配線回路部金属表面に、均一かつ高精細なハンダ粉末の回路（例えば、プリント回路板に電子部品を取りつけるため、金属回路のパッド面にあらかじめハンダ薄層を形成したもの）を、簡便な洗浄工程のみで、残留するフラックスを低減させた回路基板の製造する及び該ハンダ粉末を定着した電子部品に他の電子部品を効率よく搭載することができる。
該回路基板等は洗浄後に残留するフラックスが極めて少ないため、長期間にわたり腐食が少なく、絶縁不良の発生が少ない信頼性が非常に高いハンダ回路基板、電子回路基板の製造に適用できる。

Claims (6)

1. 電子部品類の金属回路露出部に、金属と作用して粘着性を発現する粘着性付与化合物の少なくとも一種を含む組成物で処理して粘着性を付与し、ハンダ粉末を付着させ、次いでこれを加熱定着した後、該ハンダ粉末定着部に界面活性剤を配合した水溶性フラックス組成物を塗布し、次にハンダ粉末をリフローさせ、その後フラックス残渣を水で洗浄することを特徴とするハンダ回路基板の製造方法。
2. 電子部品類の金属回路露出部に、金属と作用して粘着性を発現する粘着性付与化合物の少なくとも一種を含む組成物で処理して粘着性を付与し、ハンダ粉末を付着させ、次いでこれを加熱定着した後、該ハンダ粉末定着部に対応して他の実装用部品類を位置合せ配置し、界面活性剤を配合した水溶性フラックス組成物を該他の実装用部品類の配置の前又は後に塗布し、ハンダ粉末をリフローさせ、その後フラックス残渣を水で洗浄することを特徴とする電子回路基板の製造方法。
3. 水溶性フラックスにグリコールを添加することを特徴とする請求項１または２に記載のハンダ回路基板の製造方法。
4. 活性剤、水または水溶性有機溶剤からなる組成物に界面活性剤（ノニオン系）を配合したことを特徴とする水溶性フラックス組成物。
5. 水溶性フラックス組成物の配合比が、活性剤１０質量量部に対して、水または水溶性有機溶剤が３０質量部〜１００質量部の範囲内、界面活性剤（ノニオン系）が５質量部〜２０質量部の範囲内に配合したことを特徴とする水溶性フラックス組成物。
6. 請求項５に記載の水溶性フラックス組成物１００重量部に、グリコールを１０質量部〜４０質量部の範囲内を配合したことを特徴とする水溶性フラックス組成物。