説明

プリント回路板及びプリント回路板の表面処理方法

【課題】 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てはんだ濡れ性の劣化を防止し、2回目以降に該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のはんだ接合接続信頼性を確保するためのプリント回路板の提供とその表面処理技術を提供する。
【解決手段】 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を得る。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
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。
【背景技術】
【0002】
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。
【特許文献1】 特開2000−104177
【特許文献2】 特開平10−68087
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
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。
【課題を解決するための手段】
【0004】
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。
【0005】
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。
【0006】
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。
【0007】
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。
【0008】
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。
【0009】
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。
【0010】
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。
【発明の効果】
【0011】
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】
【0012】
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。
【実施例1】
【0013】
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。
【実施例2】
【0014】
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。
【0015】
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。
【0016】
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。
【0017】
【表1】

【0018】
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。
【0019】
【表2】

【産業上の利用の可能性】
【0020】
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。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
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。
【請求項2】
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。
【請求項3】
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。
【請求項4】
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。

【公開番号】特開2009−105356(P2009−105356A)
【公開日】平成21年5月14日(2009.5.14)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−300981(P2007−300981)
【出願日】平成19年10月25日(2007.10.25)
【出願人】(506356450)ホライゾン技術研究所株式会社 (8)
【Fターム(参考)】