JP4844842B2

JP4844842B2 - プリント回路板及びプリント回路板の表面処理方法

Info

Publication number: JP4844842B2
Application number: JP2007300981A
Authority: JP
Inventors: 久雄石川
Original assignee: HORIZON TECHNOLOGY LABORATRY CO., LTD.
Current assignee: HORIZON TECHNOLOGY LABORATRY CO., LTD.
Priority date: 2007-10-25
Filing date: 2007-10-25
Publication date: 2011-12-28
Anticipated expiration: 2027-10-25
Also published as: JP2009105356A

Description

本発明は、プリント回路板の銅ランド部の経時的酸化変色及び腐食を防止し長期保管後も良好なはんだ付け性を維持確保するとともに、両面プリント回路板に電子部品をはんだ付けする際、片面ずつ２〜４回はんだリフロー炉を通しても銅ランド部が酸化変色せず良好なはんだ付け可能なプリント回路板の提供とその表面処理技術に関するものである。

近年、電子機器はますます高信頼性化と小型軽量化が要求され、それに用いるプリント回路板は周知の通りトランジスタ、ダイオード、ＩＣ、抵抗器、コンデンサーなどの電子素子、コネクターなどの電子部品をはんだ付けして搭載して電子回路を形成させ、半導体装置や電子装置として広く使用されている重要部品の一つであり、高品質信頼性が要求され、とりわけ銅ランド部のはんだ付け品質には厳しい信頼性が要求されている。
特に、銅ランド部はそのままでは経時的に酸化変色したり、保管環境によっては腐食を伴う品質劣化をし易く、従ってはんだ接合不良を生じやすい。このため、ベンゾトリアゾールなどの有機薬品処理による防錆処理が広く実用されているが、必ずしも充分ではなく、耐熱耐変色性がないために、例えば、両面プリント回路板や多層プリント回路板のように片面ずつプリント回路板の銅ランド部に電子素子を搭載してはんだ付けする場合、反対面の未搭載銅ランド部が酸化変色してはんだ濡れ性が劣化し、その次にこの面の該銅ランド部に電子素子を搭載してはんだ付けする際、はんだ接合不良を生じやすく電子回路としての接続信頼性が確保できないことが生ずる。
特開２０００−１０４１７７特開平１０−６８０８７

本発明は、かかるプリント回路板の銅ランド部の経時的酸化変色及び腐食を防止し長期保管後も良好なはんだ付け性を維持確保すると共に、両面プリント回路板や多層プリント回路板のように片面ずつプリント回路板の銅ランド部に電子素子を搭載してはんだ付けする場合の反対面の未搭載銅ランド部の酸化変色を防止しはんだ濡れ性劣化を抑止し、２回目以降に該銅ランド部に電子素子を搭載してはんだ付けする際のはんだ接合接続信頼性を維持できるプリント回路板の提供とその表面処理技術を提供するものである。

本発明は、プリント回路板を有機脂肪酸、またはこれにエステル合成油を配合した液体中に浸漬処理する第１工程と、有機脂肪酸チオールと乳化剤と水からなる乳化液中にプリント回路板を浸漬処理する第２工程で処理することにより、プリント回路板の銅ランド部に高温暴露後も変色し難い耐変色防錆保護皮膜を形成させ、その後の半導体素子や電子部品を該プリント回路板の銅ランド部に搭載して接続信頼性の高いはんだ接合が可能なプリント回路板とその製造技術を提供するものである。

即ち、プリント回路板を炭素数が１３〜２０の有機脂肪酸５〜８０重量％と残部エステル合成油からなる液温８０〜３００℃の溶液中で浸漬処理する第１工程と、炭素数が１３〜２０の有機脂肪酸チオールを１〜２０重量％、乳化剤０．１〜５重量％、残部水からなり、乳化粒子径が３ミクロン以下に均一に乳化させた溶液中で浸漬処理する第２工程で処理することにより、プリント回路板の銅ランド部に高温暴露後も変色し難い耐変色防錆保護皮膜を形成させることにより、長期保管後もはんだ付け性良好なプリント回路板が得られる。

更に詳しく説明すると、第１工程で用いる炭素数１２以下の有機脂肪酸では吸水性があり耐熱性が低く片面はんだ付け後の反対面が酸化変色してこの面のはんだ付け性が劣り、炭素数２１以上の有機脂肪酸では融点が高いこと及び浸透性が悪くまた取扱いし難く防錆効果も不充分になる。望ましくは炭素数１６のパルミチン酸、炭素数１８のステアリン酸が最適であり、そのいずれか１種を１０〜７０重量％と残部エステル合成油からなる液温８０〜３００℃の溶液を用いることにより、プリント回路板の銅ランド表面の清浄化と１次酸化防止保護皮膜を形成させる。該有機脂肪酸濃度については１０重量％以下でも効果はあるが、補充管理など煩雑なこと、また７０重量％以上では液粘度も高くなりプリント回路板の微細表面部への浸透性に問題を生じるため、好ましくは１０〜７０重量％である。液温は有機脂肪酸の液化溶解度と粘度の適性から下限は６０℃、また上限は発煙の問題や省エネの観点から３００℃程度であり、望ましくは８０〜２７０℃である。また、エステル合成油を混合する理由は液粘度を下げて均一な処理を行うこと及び有機脂肪酸の高温発煙性抑制にあり、その濃度は有機脂肪酸濃度で決まる。

一方、第２工程で用いる有機脂肪酸チオールとしては環状誘導体も含め各種のチオール類が使用可能であるが、色々実験して検証した結果では、パルミチン酸チオール、ステアリン酸チオールなどがプリント回路板銅ランド部の高温暴露後の耐酸化変色防錆保護効果が特に優れていた。液管理の複雑さを厭わなければ複数の有機脂肪酸チオールを混合して使用することも可能であるが、極力単一の有機脂肪酸チオールを用いることが管理上からも好ましい。その濃度は１重量％未満でも充分効果はあるが、補充頻度など液管理が煩雑なこと、また１０重量％以上では乳化作業の効率があまりよくなく、従って１〜１０重量％が望ましい。

乳化剤としては各種界面活性剤が使用できるが、より乳化粒子径を小さく安定的に乳化しプリント回路板銅ランド表面の微細な表面凹凸内部まで浸透させるためには特に非イオン性界面活性剤であるポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチエンアルキルエーテル、ポリオキシエチレン誘導体のいずれかがよく、その濃度は上記有機脂肪酸チオールの濃度にもよるが、０．５重量％未満ではでも充分効果はあるが、補充頻度など液管理が煩雑なこと、５重量％以上では乳化剤過剰で乳化粒子径が過大になり該銅ランド表面の微細な表面凹凸内部への浸透性があまりよくないため、０．５〜３重量％が望ましい。尚、乳化の際には上記有機脂肪酸チオールと乳化剤の他の残部は水である。

乳化方法は振動撹拌式乳化処理槽と該槽内に被乳化薬剤を連続循環給液するポンプ及びその配管を具備した市販のバッチ式ホモジナイザーなどの乳化機器を使用して乳化処理槽内で乳化粒子径が均一に３μｍ以下になるまで激しく振動撹拌させる。

乳化粒子径は小さければ小さいほどプリント回路板の微細凹部への浸透性に優れるので好ましく、３ミクロン以上ではプリント回路板の微細凹部への浸透が不充分なため該微細凹部が酸化変色し易く従ってはんだ濡れ性もややよくない。また、乳化粒子径を１μ未満に均一にそろえることは現行の乳化機器では技術的に難しく、従って、３μｍ以下と粒子径を限定した。

上記の工程及び処理条件で処理したプリント回路板は大気中で炉内中央ゾーンの温度が２６０℃の連続走行方式のはんだリフロー炉内を４回繰り返し通過させても表面の変色はなく、表面酸化が抑制され耐酸化性に優れている。
また、本発明品及び本発明処理方法で処理したプリント回路板と通常のベンゾトリアゾール系防錆剤で処理した通常のプリント回路板とを同一条件下で６ヶ月間通常の倉庫室内に暴露放置したところ、通常のプリント回路板の銅ランド表面が６５日程度で茶褐色に変色しそれをフラックスを使用せず２６０℃の鉛フリーはんだ（Ｓｎ／３％Ａｇ／０．５％Ｃｕ）はんだリフロー加工すると殆どはんだ濡れせずはんだが付かないのに対して、本発明の処理を施したプリント回路板の銅ランド表面は６ヵ月後においても表面酸化変色の進行は目視的に全く変化が見られず、そのまま同一条件で上記はんだリフロー加工してもはんだ濡れ性に問題はなく、該銅ランド部全面にはんだが付き接続信頼性の高いことが知見された。

実施例および比較例

比較例１

プリント回路形成後、市販のベンゾトリアゾール系溶液で酸化防錆処理を施した通常のプリント回路板を炉内中央ゾーンの温度が２６０℃の連続走行方式のはんだリフロー炉内を１５秒で通過させることを４回繰り返した。

比較例と同材質同一形状のプリント回路板をプリント回路形成後に、先ず第１工程としてステアリン酸３０重量％と残部エステル合成油からなる液温２００℃の溶液中に２０秒間該プリント回路を浸漬して銅ランド部の清浄化と１次酸化防止皮膜を形成させ、次に第２工程としてステアリン酸チオール３重量％と乳化剤としてポリオキシエチレンラウリルエーテルを１．０重量％、残部水からなる混合液を市販のホゲナイザーを用いて約１時間振動撹拌後フィルターで３ミクロン以下の乳化粒子径のものを集めた温度２５℃の乳化液中に２０秒間該プリント回路を浸漬して銅ランド部表面に耐酸化変色防錆保護皮膜を形成させた後、比較例と同一条件で炉内中央ゾーンの温度が２６０℃の連続走行方式のはんだリフロー炉内を１５秒で通過させることを４回繰り返した。

比較例と同材質同一形状のプリント回路板をプリント回路形成後に、先ず第１工程としてパルミチン酸６０重量％と残部エステル合成油からなる液温１２０℃の溶液中に１０秒間該プリント回路を浸漬して銅ランド部の清浄化と１次酸化防止皮膜を形成させ、次に第２工程としてパルミチン酸チオール５重量％と乳化剤としてポリオキシエチレンラウリルエーテルを２．０重量％、残部水からなる混合液を市販のホゲナイザーを用いて約１時間振動撹拌後フィルターで３ミクロン以下の乳化粒子径のものを集めた温度２５℃の乳化液中に１０秒間該プリント回路を浸漬して銅ランド部表面に耐酸化変色防錆保護皮膜を形成させた後、比較例と同一条件で炉内中央ゾーンの温度が２６０℃の連続走行方式のはんだリフロー炉内を１５秒で通過させることを４回繰り返した。

その結果は［表１］の通り、比較例のプリント回路板の銅ランド部表面ははんだリフロー処理１回目で既に茶褐色に酸化変色し、その後通過回数を重ねる毎に酸化変色度合いは濃くなり、酸化膜厚が厚くなっていることが確認された。

これに対して実施例１及び２のプリント回路板の銅ランド部表面では４回通過までは目視的に変色は認められず殆ど表面酸化せず、５回目で僅かに薄茶色変色が見られるのみであった。また、フラックス使用せず２６０℃の鉛フリーはんだ（Ｓｎ／３％Ａｇ／０．５％Ｃｕ）溶融浴中に浸漬した場合のはんだ付け性（濡れ性）試験をした結果は、比較例がリフロー１回後で３０％であったのに対し、実施例１，２ともはんだリフロー４回後までは１００％、５回後でも９０％であった。

一方、オージェ分析による酸化膜の厚さは［表２］の通り実施例１及び２とも比較例に較べて薄く、その差は顕著であり本発明の高温耐酸化性効果が充分実証された。

産業上の利用の可能性

以上の通り、本発明の技術は明らかに従来にない高温耐変色性、常温経時的耐変色防錆性に優れ、従って長期保存後のはんだ付け性劣化が極めて少なく、高信頼性のプリント回路板として工業的に価値が高い技術である。

Claims

プリント回路板を炭素数が１３〜２０の有機脂肪酸５〜８０重量％と残部エステル合成油からなる液温８０〜３００℃の溶液中で浸漬処理する第１工程と、炭素数が１３〜２０の有機脂肪酸チオールを１〜２０重量％、乳化剤０．１〜５重量％、残部水からなり、乳化粒子径が３ミクロン以下に均一に乳化させた溶液中で浸漬処理する第２工程で処理したプリント回路板。
前記第１工程における有機脂肪酸としてパルミチン酸、ステアリン酸のいずれか１種を１０〜７０重量％と残部エステル合成油からなる液温８０〜３００℃の溶液を用い、また前記第２工程における有機脂肪酸としてパルミチン酸チオール、ステアリン酸チオールのいずれか１種を１〜１０重量％、乳化剤として非イオン性界面活性剤であるポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチエンアルキルエーテル、ポリオキシエチレン誘導体のいずれかを０．５〜３重量％と残部水を配合して乳化粒子径が３ミクロン以下になるように均一に乳化させた溶液中で処理した請求項１のプリント回路板。
プリント回路基板を炭素数が１３〜２０の有機脂肪酸５〜８０重量％と残部エステル合成油からなる液温８０〜３００℃の溶液中で浸漬処理する第１工程と、炭素数が１３〜２０の有機脂肪酸チオールを１〜２０重量％、乳化剤０．１〜５重量％、残部水からなり、乳化粒子径が３ミクロン以下に均一に乳化させた溶液中で浸漬処理する第２工程で処理するプリント回路板の表面処理方法。
前記第１工程における有機脂肪酸としてパルミチン酸、ステアリン酸のいずれか１種を１０〜７０重量％と残部エステル合成油からなる液温８０〜３００℃の溶液を用い、また前記第２工程における有機脂肪酸としてパルミチン酸チオール、ステアリン酸チオールのいずれか１種を１〜１０重量％、乳化剤として非イオン性界面活性剤であるポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチエンアルキルエーテル、ポリオキシエチレン誘導体のいずれかを０．５〜３重量％と残部水を配合して乳化粒子径が３ミクロン以下になるように均一に乳化させた溶液中で処理する請求項３のプリント回路板の表面処理方法。