JP2009088454A - プリント回路基板への電子部品の実装方法及びプリント回路基板 - Google Patents

Abstract

【課題】 複数回のはんだ付けを行う工程において、最初のはんだ付け工程後に、長時間保管しても良好なはんだ付け性を維持することができるプリント回路基板への電子部品の実装方法及びプリント回路基板を実現する。
【解決手段】 プリフラックス処理によりランド部１２に保護被膜１３が形成されたプリント回路基板１０を用意し、酸化雰囲気に保持することにより保護被膜１３の下にランド部１２を被覆する酸化被膜１４を形成する。これにより、ポストフラックスを含んだクリームはんだ１５を用いて最初のはんだ付けを行う工程において活性剤成分が飛散してランド部１２に再付着しても、ランド部１２の表面に活性剤成分が直接接触することがないため、最初のはんだ付け後に長時間保管しても、活性剤成分が雰囲気中の水分等と反応することによるランド部１２の酸化の進行を防止することができる。
【選択図】 図２

Description

この発明は、はんだ付けによるプリント回路基板への電子部品の実装方法及びそれに用いるプリント回路基板に関する。

プリント回路基板に電子部品をはんだ付けにより実装する場合、配線と電子部品とを接合するランド部において十分な接合強度を有することが要求される。このため、従来より、ランド部に表面処理を施し、はんだのぬれ性を良好に維持することが行われている。
例えば、特許文献１には、半導体装置のプリント回路基板に対するはんだ実装工程において、プリント回路基板の銅回路部分を酸化などの腐食を防止するために、水溶性プリフラックス処理が施されたプリント回路基板を用いる方法が開示されている。
ここで、水溶性プリフラックス処理とは、イミダゾール化合物などを含んだ水溶液にプリント回路基板を浸漬することにより銅回路部分に保護被膜を形成する処理である。水溶性プリフラックス処理により形成された保護被膜（プリフラックス膜）によって、銅回路部分を大気や水分を遮断することができるので、はんだの良好なぬれ性を維持することができる。
特開２００１−３２９３７８号公報

水溶性プリフラックス処理が施されたプリント回路基板にはんだ付けを行うときには、ランド部に実装部品とはんだを供給し、ランド部表面の酸化物を除去するポストフラックスを用いてぬれ性を確保し、はんだ付けを行う方法が用いられている。ポストフラックスは、例えば、塩素や臭素等を主体としたハロゲン系活性剤やロジン、あるいは有機酸などの活性剤成分を含んでいる。
複数回はんだ付けを行う場合には、リフロー工程などにより最初のはんだ付けを行うと、プリフラックス膜が熱分解して厚さが減少するとともに、ポストフラックスから蒸散した活性剤成分、例えば、塩素がランド部に再付着する。すると、ランド部表面に銅のハロゲン化物が形成され、時間の経過に伴い雰囲気中の水分等と反応してランド部表面の酸化が進行する。そのため、フロー工程などによる２回目のはんだ付けを実施するまでに長時間が経過した場合（例えば、１０日）には、ランド部表面において酸化膜が成長し、はんだのぬれ性が低下し、はんだ付け不良が生じるという問題があった。

そこで、この発明では、複数回のはんだ付けを行う工程において、最初のはんだ付け工程後に、長時間保管しても良好なはんだ付け性を維持することができるプリント回路基板への電子部品の実装方法及びそれに用いるプリント回路基板を実現することを目的とする。

この発明は、上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、回路パターンを形成する銅箔と、この銅箔と電子部品との接合を行うランド部とを備え、プリフラックス処理により前記ランド部に保護被膜が形成されたプリント回路基板を用意し、前記プリント回路基板を酸化雰囲気に保持することにより前記ランド部に形成された保護被膜の下に前記ランド部を被覆する酸化被膜を形成する工程と、ハロゲン系の活性剤を含有するポストフラックスを含んだはんだペーストを用いて、最初のはんだ付けを行う工程と、最初のはんだ付けに続き、２回目以降のはんだ付けにより電子部品を前記プリント回路基板に実装する工程と、を備えた、という技術的手段を用いる。

請求項１に記載の発明によれば、プリフラックス処理によりランド部に保護被膜が形成されたプリント回路基板を用意し、プリント回路基板を酸化雰囲気に保持することによりランド部に形成された保護被膜の下にランド部を被覆する酸化被膜を形成する工程により、ランド部を被覆する酸化被膜を形成することができるので、続くハロゲン系の活性剤を含有するポストフラックスを含んだはんだペーストを用いて、最初のはんだ付けを行う工程において、活性剤成分が飛散してランド部に再付着した場合でも、ランド部の表面に活性剤成分が直接接触することがない。
これにより、最初のはんだ付けから２回目のはんだ付けまでの間、長時間保管していた場合でも、活性剤成分が雰囲気中の水分等と反応してランド部の酸化が進行することを防止することができるので、２回目以降のはんだ付けにより電子部品をプリント回路基板に実装する工程においても、はんだの良好なぬれ性、つまり、良好なはんだ付け性を維持することができる。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載のプリント回路基板への電子部品の実装方法において、前記プリフラックス処理は、イミダゾ−ル系フラックスを用いた水溶性プリフラックス処理である、という技術的手段を用いる。

請求項２に記載の発明によれば、プリフラックス処理は、イミダゾ−ル系フラックスを用いた水溶性プリフラックス処理であるため、イミダゾール化合物を含有する水溶液にプリント回路基板を浸漬するだけで、ランド部に選択的に保護被膜を形成することができ、ランド部表面を容易に保護することができる。

請求項３に記載の発明では、請求項１または請求項２に記載のプリント回路基板への電子部品の実装方法において、前記最初のはんだ付けは、リフロー法で行う、という技術的手段を用いる。

請求項３に記載の発明のように、最初のはんだ付けをリフロー法で行うと、加熱時間が長く、ポストフラックスの塗布範囲も広いために活性剤成分の飛散の影響を受けやすいので、活性剤成分の飛散の影響を効果的に防止することができる本発明を好適に用いることができる。

請求項４に記載の発明では、請求項１ないし請求項３のいずれか１つに記載のプリント回路基板への電子部品の実装方法において、前記ポストフラックスは、塩素系活性剤とロジンとを含有する、という技術的手段を用いる。

請求項４に記載の発明のように、ポストフラックスとして、ランド部の表面清浄効果の高い塩素系活性剤とロジンとを含有するポストフラックスを用いると、ランド部のぬれ性を向上させることができるので、好適である。

請求項５に記載の発明では、請求項１ないし請求項３のいずれか１つに記載のプリント回路基板への電子部品の実装方法において、前記ポストフラックスは、塩素系活性剤と有機酸とを含有する、という技術的手段を用いる。

請求項５に記載の発明のように、ポストフラックスとして、ランド部の表面清浄効果の高い塩素系活性剤と有機酸とを含有するポストフラックスを用いると、ランド部のぬれ性を向上させることができるので、好適である。

請求項６に記載の発明では、回路パターンを形成する銅箔と、この銅箔と電子部品との接合を行うランド部とを備え、複数回のはんだ付けにより電子部品の実装を行う工程に供するプリント回路基板であって、前記ランド部に、プリフラックス処理により形成された保護被膜と、前記保護被膜を形成した後に、前記プリント回路基板を酸化雰囲気に保持することにより前記保護被膜の下に前記ランド部を被覆して形成された酸化被膜と、が形成されている、という技術的手段を用いる。

請求項６に記載の発明によれば、複数回のはんだ付けにより電子部品の実装を行う工程に供するプリント回路基板のランド部に、プリフラックス処理により形成された保護被膜と、保護被膜を形成した後にプリント回路基板を酸化雰囲気に保持することにより保護被膜の下にランド部を被覆して形成された酸化被膜が形成されているため、ハロゲン系の活性剤を含有するポストフラックスを含んだはんだペーストを用いて最初のはんだ付けを行い、活性剤成分が飛散してランド部に再付着した場合でも、ランド部の表面に活性剤成分が直接接触することがない。
これにより、最初のはんだ付けから２回目のはんだ付けまでの間、長時間保管していた場合でも、活性剤成分が雰囲気中の水分等と反応してランド部の酸化が進行することを防止することができるので、２回目以降のはんだ付けにより電子部品をプリント回路基板に実装する工程においても、はんだの良好なぬれ性、つまり、良好なはんだ付け性を維持することができる。

この発明に係るプリント回路基板への電子部品の実装方法について、図を参照して説明する。ここでは、最初のはんだ付けをリフロー工程で、２回目のはんだ付けをフロー工程で行う場合を例に説明する。
図１及び図２は、プリント回路基板への電子部品の実装工程のうち最初のはんだ付けまでの工程を示す説明図である。図３は、最初のはんだ付け後に長時間保持した場合に、プリント回路基板の酸化処理が酸化被膜の厚さに及ぼす影響を示す説明図である。図４は、最初のはんだ付け後に長時間保持した場合に、プリント回路基板の酸化処理がランド部の平衡ぬれ力に及ぼす影響を示す説明図である。
なお、図１及び図２では、説明のために一部を拡大し、一部を省略して示している。

本発明のプリント回路基板への電子部品の実装は、以下の工程により行う。
まず、図１（Ａ）に示すように、回路パターンを形成する銅箔１１と、この銅箔と電子部品２０との接合を行うランド部１２とを備えたプリント回路基板１０を用意する。ランド部１２の一部はスルーホール１６として形成されている。このプリント回路基板１０には、水溶性プリフラックス処理によりランド部１２に約０．２μｍの保護被膜１３が形成されている。
水溶性プリフラックス処理は、ベンゼン上に窒素原子を含む含窒素芳香複素環化合物であるイミダゾール化合物、銅イオン及び有機酸の混合水溶液にプリント回路基板１０を浸漬することにより行う。水溶性プリフラックス処理では、プリント回路基板１０を水溶液に浸漬するだけで選択的にランド部１２に保護被膜１３を形成することができ、容易にランド部１２表面を保護することができる。

次に、水溶性プリフラックス処理を施したプリント回路基板１０を恒温恒湿槽において、高温多湿の酸化雰囲気、例えば、温度４０℃、湿度９０％ＲＨで９６時間保持する。プリント回路基板１０を酸化雰囲気で長時間保持すると、酸素や水分が保護被膜１３を透過してランド部１２の表面に到達し、図１（Ｂ）に示すように、厚さ１０ｎｍ程度の銅の酸化被膜１４が形成される。

このように、保護被膜１３の下に酸化被膜１４が形成されたプリント回路基板１０をはんだ付け工程に供する。

最初のはんだ付けは、リフロー法により行う。リフロー法は、まず、図２（Ａ）に示すように、プリント回路基板１０のランド部１２に、塩素や臭素等を主体としたハロゲン系活性剤などの活性剤成分と、主成分がアビエチン酸などの有機カルボン酸類からなるロジンまたは有機酸と、からなるポストフラックスを含んだクリームはんだ１５をメタルマスクを介して印刷する。ここで、ハロゲン系活性剤として、ランド部の表面清浄効果の高い塩素系活性剤を好適に用いることができる。

次に、クリームはんだ１５の上に電子部品２０を載置した後に、リフロー炉中で加熱する。プリント回路基板１０がリフロー炉中で加熱されると、ポストフラックスが溶解し、活性剤成分によりランド部１２に形成されている保護被膜１３と酸化被膜１４とが溶解除去される。これにより、ランド部１２において銅の清浄な面が露出されるため、図２（Ｂ）に示すように、溶融したクリームはんだ１５のランド部１２に対するぬれ性を確保してはんだ付けを行うことができる。

ここで、リフロー法による最初のはんだ付けを行うと、はんだ付けを行わなかったランド部１２においても保護被膜１３が熱分解して厚さが減少するとともに、ポストフラックスから蒸散した活性剤成分、例えば、塩素Ｃｌが未接合のランド部１２に再付着する。

２回目のはんだ付けは、フロー法により行う。フロー法では、スルーホール１６などのランド部１２にポストフラックスを塗布した後に、溶融はんだ浴の表層にプリント回路基板１０の下面を接触させることによりはんだ付けを行う。これにより、電子部品がプリント回路基板１０の両面に実装される。

上述の工程によれば、最初のはんだ付けを行う前に、ランド部１２の表面に酸化被膜１４が形成されているため、最初のはんだ付けにおいて塩素Ｃｌなどの活性剤成分が飛散して再付着する際に、保護被膜１３が熱分解して消失する部分が存在しても、酸化被膜１４に遮断されて、ランド部１２の表面に直接接触することを防止することができる。
これにより、ランド部１２表面に銅のハロゲン化物（塩化物）が形成されて時間の経過に伴い雰囲気中の水分等と反応してランド部１２表面の酸化が進行するという現象を防止することができる。

図３は、リフロー法による最初のはんだ付け後に１０日間大気中で放置した後に、還元電位法にてランド部１２表面に形成された酸化被膜１４の厚さを測定した結果を示す。酸化被膜１４はＣｕＯとＣｕ_２Ｏとから形成されており、両者を合わせた厚さは、プリント回路基板１０に酸化処理を施していない場合に１５〜１６ｎｍであるのに対し、プリント回路基板１０に酸化処理を施した場合では９〜１１ｎｍである。表面処理を施したプリント回路基板１０の方が、ランド部１２表面に形成される酸化被膜の厚さが薄くなっている。
つまり、ランド部１２表面をあらかじめ酸化させ薄い酸化被膜１４を形成しておくことにより、はんだ付け後に長時間保管した場合の活性剤成分による酸化の進行を防止することができる。

図４には、リフロー法によるはんだ付けを行った後のプリント回路基板１０から未接合のランド部１２を含む小片を切り出して、メニスコグラフによりはんだの平衡ぬれ力を測定した結果を示す。プリント回路基板１０に酸化処理を施していない場合の平衡ぬれ力は０．８ｍＮ以下であるのに対し、酸化処理を施した場合では０．９ｍＮ以上であり、酸化処理を施したプリント回路基板１０の方が、平衡ぬれ力が高くなっている。
つまり、表面処理を施したプリント回路基板１０の方が、ランド部１２におけるはんだのぬれ性が良好である。

以上より、ランド部１２表面をあらかじめ酸化させて保護被膜１３の下に薄い酸化被膜１４、例えば、厚さ１０ｎｍ程度の酸化被膜１４を形成しておくことにより、はんだ付け後に長時間保管した場合の活性剤成分による酸化の進行を防止することができ、良好なぬれ性を維持することができる。

［最良の実施形態の効果］
プリフラックス処理によりランド部１２に保護被膜１３が形成されたプリント回路基板１０を用意し、プリント回路基板１０を酸化雰囲気に保持することによりランド部１２に形成された保護被膜１３の下にランド部１２を被覆する酸化被膜１４を形成することができるので、続くハロゲン系の活性剤を含有するポストフラックスを含んだクリームはんだ１５を用いて、リフロー法により最初のはんだ付けを行う工程において、活性剤成分が飛散してランド部１２に再付着した場合でも、ランド部１２の表面に活性剤成分が直接接触することがない。
これにより、最初のはんだ付けから２回目のフロー法によるはんだ付けまでの間、長時間保管していた場合でも、活性剤成分が雰囲気中の水分等と反応してランド部１２の酸化が進行することを防止することができるので、２回目以降のはんだ付けにより電子部品２０をプリント回路基板１０に実装する工程においても、はんだの良好なぬれ性、つまり、良好なはんだ付け性を維持することができる。

［その他の実施形態］
（１）上述した実施形態では、プリント回路基板１０の酸化条件として、高温高湿の酸化雰囲気を採用したが、これに限定されるものではなく、ランド部１２表面に薄い酸化被膜１４が形成することができれば、他の処理条件を採用することもできる。例えば、高温乾燥雰囲気下で保持してもよいし、保護被膜１３を透過してランド部１２に到達する酸化溶液で処理してもよい。

（２）上述した実施形態では、最初のはんだ付けとして、加熱時間が長く、ポストフラックスの塗布範囲も広いために活性剤成分の飛散の影響を受けやすいリフロー法を用いたが、これに限定されるものではなく、例えば、フロー法に適用することもできる。

（３）上述した実施形態では、２回目のはんだ付けとして、フロー法を用いたが、これに限定されるものではなく、例えば、リフロー法やこて付けにも適用することができる。
また、はんだ付けの回数は２回以上でも良く任意である。

プリント回路基板への電子部品の実装工程のうち最初のはんだ付けまでの工程を示す説明図である。 プリント回路基板への電子部品の実装工程のうち最初のはんだ付けまでの工程を示す説明図である。 最初のはんだ付け後に長時間保持した場合に、プリント回路基板の酸化処理が酸化被膜の厚さに及ぼす影響を示す説明図である。 最初のはんだ付け後に長時間保持した場合に、プリント回路基板の酸化処理がランド部の平衡ぬれ力に及ぼす影響を示す説明図である。

符号の説明

１０ プリント回路基板
１１ 銅箔
１２ ランド部
１３ 保護被膜
１４ 酸化被膜
１５ クリームはんだ
２０ 電子部品

Claims (6)

1. 回路パターンを形成する銅箔と、この銅箔と電子部品との接合を行うランド部とを備え、プリフラックス処理により前記ランド部に有機被膜が形成されたプリント回路基板を用意し、
   前記プリント回路基板を酸化雰囲気に保持することにより前記ランド部に形成された保護被膜の下に前記ランド部を被覆する酸化被膜を形成する工程と、
   ハロゲン系の活性剤を含有するポストフラックスを含んだはんだペーストを用いて、最初のはんだ付けを行う工程と、
   最初のはんだ付けに続き、２回目以降のはんだ付けにより電子部品を前記プリント回路基板に実装する工程と、を備えたことを特徴とするプリント回路基板への電子部品の実装方法。
2. 前記プリフラックス処理は、イミダゾ−ル系フラックスを用いた水溶性プリフラックス処理であることを特徴とする請求項１に記載のプリント回路基板への電子部品の実装方法。
3. 前記最初のはんだ付けは、リフロー法で行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプリント回路基板への電子部品の実装方法。
4. 前記ポストフラックスは、塩素系活性剤とロジンとを含有することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１つに記載のプリント回路基板への電子部品の実装方法。
5. 前記ポストフラックスは、塩素系活性剤と有機酸とを含有することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１つに記載のプリント回路基板への電子部品の実装方法。
6. 回路パターンを形成する銅箔と、この銅箔と電子部品との接合を行うランド部とを備え、複数回のはんだ付けにより電子部品の実装を行う工程に供するプリント回路基板であって、
   前記ランド部に、
   プリフラックス処理により形成された有機被膜と、
   前記有機被膜を形成した後に、前記プリント回路基板を酸化雰囲気に保持することにより前記有機被膜の下に前記ランド部を被覆して形成された酸化被膜と、が形成されていることを特徴とするプリント回路基板。

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