JP2007173672A - 無鉛はんだのリフローはんだ処理方法及びフローはんだ処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】無鉛はんだ処理を行った場合においても、はんだ未着や部品実装不良を容易に防止することができるプリント配線板の無鉛はんだ処理方法の提供。
【解決手段】表面実装部品の実装パッドに対する無鉛はんだのリフローはんだ処理方法であって、少なくとも、プリント配線板の外層に所望のソルダーレジストパターンを形成する工程と、当該ソルダーレジストから露出している実装パッドの表面を酸処理する工程と、当該実装パッドの酸化を防止するためのプリフラックス処理を行う工程と、当該実装パッド上に無鉛はんだペーストを印刷形成した後、リフローはんだ処理を行う工程とを有して、かつ当該酸処理が、酸化膜を除去すると共に表面に緻密な凹凸を形成するものであるリフローはんだ処理方法。
【選択図】図１

Description

本発明はプリント配線板に対する無鉛はんだのリフローはんだ処理方法及びフローはんだ処理方法に関する。

近年、プリント配線板に電子部品を実装する手段として、環境を考慮した無鉛はんだを用いるのが一般的となっているが、当該無鉛はんだ（例えば、Ｓｎ−Ａｇ系はんだ、Ｓｎ−Ｚｎ系はんだ等）は、従来のＳｎ−Ｐｂ系はんだと比較して表面張力が高く、濡れ広がり性が悪いため、ソルダーレジストから露出している実装パッドやスルーホール等に対するはんだ未着や、電子部品の実装不良が発生し易いという不具合を有していた。

特に、図２に示したような挿入部品１３の実装においては、スルーホール７内に無鉛はんだ１１が十分に上がらず、当該スルーホール７のラウンド７ａ（部品面側のラウンド）の表面を完全にカバーリングできなかったため、ソルダーレジスト８により、当該ラウンド７ａの露出面積を少なくする｛あるいは部品実装後、防水性樹脂でプリント配線板の全体を被覆する（図示せず）｝などの酸化防止対策を講じなければならなかった。

このような不具合を解消する案として、はんだ処理の際に用いられるポストフラックスの活性化を上げて、無鉛はんだの濡れ広がり性を向上させるという提案がされているが、絶縁性に問題が残るため、実用化が困難であった。

そこで、このような不具合の解消を目的とするものとして、例えば下記特許文献１に記載の発明が既に報告されている。

即ち、実装パッドやスルーホール等を含んだ配線パターンの表面に対して、有機酸、硫酸、過酸化水素等のマイクロエッチング処理を行うことによって、当該配線パターンの表面に緻密な凹凸を形成し、次いで、ソルダーレジストの形成を行った後、無鉛はんだによるはんだ処理（所謂表面実装部品のリフローはんだ処理及び挿入部品のフローはんだ処理）を行うというものである。

このように、配線パターン（実装パッドやスルーホールを含む）の表面に緻密な凹凸が形成された状態ではんだ処理を行うようにしたことから、毛細管現象の作用により無鉛はんだの濡れ広がり性が向上するため、はんだ未着不良を防止することができ（スルーホール内へのはんだ上り性もよくなる）、また、はんだと実装パッドの接触面積が大きくなるため（即ち両者の接着強度が増す）、部品の実装不良を抑制することができる（因みに、ソルダーレジストと配線パターンとの密着性も向上できるというメリットを有する）。

しかし、上記はんだ処理工程においては、配線パターン表面に形成されている凹凸の緻密性が失われ、無鉛はんだの十分な濡れ広がり性を得ることができず、また、部品の実装不良を防止することができなかった。

即ち、ソルダーレジストの形成前に形成される凹凸は、実際にははんだ処理前に行われるプリフラックス処理の前処理（例えば、過硫酸系、硫酸過水系等の酸処理）によって、その緻密性が失われてしまい（当該酸処理は、実装パッドやスルーホール表面に形成される酸化膜を除去するタイプであるため、ソルダーレジスト前に形成された凹凸を平滑化してしまう）、結果、はんだ未着が発生したり、部品の実装不良が発生したりするというものであった。
特開２００４−１５３２１５

本発明は上記不具合を解消するためになされたもので、無鉛はんだ処理を行った場合においても、はんだ未着や部品実装不良を容易に防止することができるプリント配線板の無鉛はんだ処理方法（リフローはんだ処理及びフローはんだ処理）を提供することを課題とする。

本発明は、表面実装部品の実装パッドに対する無鉛はんだのリフローはんだ処理方法であって、少なくとも、プリント配線板の外層に所望のソルダーレジストパターンを形成する工程と、当該ソルダーレジストから露出している実装パッドの表面を酸処理する工程と、当該実装パッドの酸化を防止するためのプリフラックス処理を行う工程と、当該実装パッド上に無鉛はんだペーストを印刷形成した後、リフローはんだ処理を行う工程とを有し、かつ当該酸処理が、酸化膜を除去すると共に表面に緻密な凹凸を形成するものであることを特徴とするリフローはんだ処理方法により上記課題を解決したものである。

これにより、凹凸の緻密性が失われることがなくなるため、はんだ未着や部品の実装不良を防止することができる。

また、本発明は、前記リフローはんだ処理方法において、リフローはんだ処理を、窒素雰囲気内で行うことを特徴とする。

これにより、高温のはんだ処理となる無鉛はんだ処理においても、露出している配線パターン表面（スルーホール含む）が酸化するのを防止できるため、より良好なリフローはんだ処理を行うことができる。

また、本発明は、前記リフローはんだ処理方法において、無鉛はんだペーストの印刷前又は印刷後に、ポストフラックスを塗布形成することを特徴とする。

これにより、無鉛はんだの濡れ広がり性がより向上するため、はんだ未着や部品実装不良をより確実に防止することができる。

また、本発明は、挿入部品の実装パッドに対する無鉛はんだのフローはんだ処理方法であって、少なくとも、プリント配線板の外層に所望のソルダーレジストパターンを形成する工程と、当該ソルダーレジストから露出しているスルーホールとそのラウンドの表面を酸処理する工程と、当該スルーホールとそのラウンドの酸化を防止するためのプリフラックス処理を行う工程と、当該スルーホールに挿入部品のリードを挿入した後、フローはんだ処理を行う工程とを有し、かつ当該酸処理が、酸化膜を除去すると共に表面に緻密な凹凸を形成するものであることを特徴とするフローはんだ処理方法により上記課題を解決したものである。

これにより、スルーホールの部品面側のラウンド上にも容易にはんだが形成できるため、当該ラウンドへの酸化防止対策を講ずる必要がなくなる。

また、本発明は、前記フローはんだ処理方法において、フローはんだ処理を、窒素雰囲気内で行うことを特徴とする。

これにより、無鉛はんだを用いたフローはんだ処理においても、大気中での処理と比較して確実に配線パターン表面の酸化を防止できるため、より良好なフローはんだ処理を行うことができる。

本発明によれば、プリント配線板に対し、無鉛はんだを用いてはんだ処理を行った場合においても、はんだ未着や部品実装不良を容易に防止することができる。

本発明の実施の形態を図１を用いて説明する。尚、本実施の形態においては、表面実装部品と挿入部品が混在したプリント配線板のリフローはんだ処理及びフローはんだ処理工程の例を用いることとする。

図１は、絶縁層１の表裏に配線パターン６が形成された両面プリント配線板Ｐの製造工程及び無鉛はんだを用いたはんだ処理工程を示したもので、まず、図１（ａ）に示したように、絶縁層１の表裏に銅箔などの金属箔２が積層された両面銅張り積層板３を用意し、図１（ｂ）に示したように、ドリル加工やレーザ加工などによって、所望の位置に貫通孔４を穿孔する。

次に、図１（ｃ）に示したように、デスミア処理により当該貫通孔４の内壁をクリーニングした後、無電解めっき及び電解めっき処理（例えば、無電解銅めっき、電解銅めっき）を行うことによって、貫通孔４を含んだ全面にめっき５（例えば銅めっき）を析出させ、次いで、図１（ｄ）に示したように、一般的なサブトラクティブ法等の手法により、スルーホール７を含んだ配線パターン６を形成する。

次に、配線パターン６（実装パッド６ａ等も含む）表面に対してウエットブラストやバフ研磨等の物理研磨、あるいは当該物理研磨を行った後、硫酸等の酸処理を行うことによって、当該配線パターン６の酸化膜除去と粗化を行い（当該粗化処理は、配線パターンとソルダーレジストの密着性を上げるために行うもので、後のマイクロエッチング処理で得られる凹凸ほど緻密ではないため、説明の便宜上、当該粗化処理による凹凸は図示していない）、次いで、図１（ｅ）に示したように、所望のパターンからなるソルダーレジスト８を形成する。

次に、図１（ｆ）に示したように、有機酸等の酸処理（マイクロエッチング処理）を行うことによって、当該ソルダーレジスト８から露出している実装パッド６ａ、スルーホール７とそのラウンド７ａ（以降これを「実装パッド６ａ等」と呼ぶことにする）表面の酸化膜を除去するとともに当該表面に緻密な凹凸９を形成し、次いで、防錆処理を行った後、はんだ処理を行うまでの間に、実装パッド６ａ等が酸化しないように、あるいは、はんだの濡れ広がり性を上げるために、図１（ｇ）に示したように、図１（ｆ）のプリント配線板のソルダーレジストから露出している実装パッド６ａ等の表面、あるいはプリント配線板の全面（図面には、ソルダーレジストから露出している部分にのみ塗布した例を示した）にプリフラックス１０の塗膜を形成する。

次に、実装パッド６ａに無鉛はんだペーストを印刷形成した後、当該無鉛はんだペーストが印刷された実装パッド６ａ上に表面実装部品１２を配置し、次いで、リフローはんだ処理を行うことによって、当該実装パッド６ａに無鉛はんだ１１を介して表面実装部品１２を実装する。

ここで、無鉛はんだペーストを印刷する前、あるいは印刷した後にポストフラックス処理を行うことが、当該リフローはんだ処理の際のはんだ濡れ広がり性をより向上させる上で好ましい。

次に、スルーホール７に挿入部品１３のリード１３ａを挿入し、次いで、ポストフラックス処理を行った後、無鉛はんだ１１を用いたフローはんだ処理を行うことによって、表面実装部品１２及び挿入部品１３が実装された図１（ｈ）のプリント配線板Ｐを得る。

ここで、当該はんだ処理（上記リフローはんだ処理及びフローはんだ処理）は、窒素雰囲気中で行うのが、実装パッド６ａやスルーホール７等の酸化を防止し、良好なはんだ処理を容易に行う上で好ましい｛無鉛はんだ（例えば、Ｓｎ−Ａｇ系はんだ、Ｓｎ−Ｚｎ系はんだ等）を用いたはんだ処理では、Ｓｎ−Ｐｂ系はんだの処理と比較して高温の処理となるため、従来通り大気中で処理した場合、配線パターン表面が酸化し易くなる｝。

本発明の注目すべき点は、プリフラックス処理工程の前処理として、緻密な凹凸（例えば、毛細管現象の作用を得易いとされる１〜３μｍ程度の凹凸）を形成できる有機酸系等のマイクロエッチング処理を行うようにした点である。

これにより、従来の過硫酸系や硫酸過水系などの酸処理を行うことによって低下していた凹凸の緻密性を維持することができるため、無鉛はんだによるはんだ処理を良好に行うことができる（即ち、はんだ未着不良や電子部品の実装不良を防止することができる）。

尚、本発明を説明するに当たって、貫通スルーホールを有する両面プリント配線板を例にして説明したが、必要に応じて構成を変更することももちろん可能である。

本発明のはんだ処理方法を示す概略断面工程説明図。 従来のはんだ処理方法によって得られたプリント配線板を示す概略断面説明図。

符号の説明

１：絶縁層
２：金属箔
３：両面銅張り積層板
４：貫通孔
５：めっき
６：配線パターン
６ａ：実装パッド
７：スルーホール
７ａ：ラウンド
８：ソルダーレジスト
９：凹凸
１０：プリフラックス
１１：無鉛はんだ
１２：表面実装部品
１３：挿入部品
１３ａ：リード
Ｐ：プリント配線板

Claims (5)

1. 表面実装部品の実装パッドに対する無鉛はんだのリフローはんだ処理方法であって、少なくとも、プリント配線板の外層に所望のソルダーレジストパターンを形成する工程と、当該ソルダーレジストから露出している実装パッドの表面を酸処理する工程と、当該実装パッドの酸化を防止するためのプリフラックス処理を行う工程と、当該実装パッド上に無鉛はんだペーストを印刷形成した後、リフローはんだ処理を行う工程とを有し、かつ当該酸処理が、酸化膜を除去すると共に表面に緻密な凹凸を形成するものであることを特徴とするリフローはんだ処理方法。
2. 当該リフローはんだ処理を、窒素雰囲気内で行うことを特徴とする請求項１に記載のリフローはんだ処理方法。
3. 当該無鉛はんだペーストの印刷前又は印刷後に、ポストフラックスを塗布形成することを特徴とする請求項１又は２に記載のリフローはんだ処理方法。
4. 挿入部品の実装パッドに対する無鉛はんだのフローはんだ処理方法であって、少なくとも、プリント配線板の外層に所望のソルダーレジストパターンを形成する工程と、当該ソルダーレジストから露出しているスルーホールとそのラウンドの表面を酸処理する工程と、当該スルーホールとそのラウンドの酸化を防止するためのプリフラックス処理を行う工程と、当該スルーホールに挿入部品のリードを挿入した後、フローはんだ処理を行う工程とを有し、かつ当該酸処理が、酸化膜を除去すると共に表面に緻密な凹凸を形成するものであることを特徴とするフローはんだ処理方法。
5. 当該フローはんだ処理を、窒素雰囲気内で行うことを特徴とする請求項４に記載のフローはんだ処理方法。

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