リフロー後の半田濡れ性について

質問

文面が長くて恐縮です。
FR-4の両面基板にクリーム半田を印刷した後、部品を実装しリフロー炉に通しますが、基板のAuメッキランドの半田が弾かれた状態になります。
場所にもよりますが、ランドの1/3程度にしか半田が濡れて無く、残り2/3は表面にフラックスの膜が乗ったAuメッキ表面が見える状態です。
（1/3の部分に半田が集まった状態）
Auメッキ厚は0.03～0.04μｍ付近（測定値）で、Ni厚は5μｍ程度です。
リフロー炉のゾーンは4つで、半田は鉛フリータイプのクリーム半田を使用しております。

基板は中国から購入している物で、日本購入の物からは上記のような症状の物は発生しておりません。（メッキ厚は同じレベルです。）
メッキの表面をEPMAや赤外分光などを使用して調査してみましたが、何も検出されませんでした。また、クリーム半田についても、数社の物を試してみて
濡れ性が最も良い物を採用しております。
リフロー炉のプロファイルについても、条件を振ってみて最適な条件を出したつもりです。”基板のメッキ厚が薄すぎると半田の濡れ性を阻害する
要因になる”、との日本の基板メーカーからの情報を元に、0.05μｍ程度までAuメッキを厚くしてみましたが、あまり改善したとは思えません。
（基板メーカーでの洗浄工程の水の分析も実施）

ただ、現在解っているのは、基板のロットによるバラツキが多少有る事と、メッキ表面を消しゴムで擦るか、プラズマ洗浄で処理すれば、濡れ性は改善されると言う事だけです。しかしながら、プラズマ洗浄装置は高価な為、直ぐ導入という訳には行きませんし、消しゴムでは工数が非常にかかる状態です。（今は消しゴム方式で凌いでおりますが･･･）

どなたか上記と同じ様な内容で困った経験がある方や、他に半田濡れ性に効果的な方法をご存知な方がおりましたらご指導お願いします。

回答No.2

noname#230359 · ベストアンサー

（基板ということは無電解Ni／Auめっきでしょうか？）

まず、Auは半田濡れが良く、Niは半田濡れしないことを頭に置いて下さい。

中国製品のみや、洗浄や研磨により改善していることから、半田濡れが悪い原因として次のことが考えられます。
?Auめっき表面の異物（油脂・ホコリなど）
?Auめっき表面のNi酸化膜（中国からの輸送の際に酸化膜が形成。）
?最終水洗不足による水シミ、または水質が悪い

《解説》
?これが問題なら、スプレー水洗→脱脂→水洗×２→湯洗→乾燥　といった工程があれば解決できると思います。ただし、この工程を入れるのも相当大変かと思います・・・。

?Au自体は酸化しないと思いますが、下地Niは酸化膜を非常に酸化しやすいです。
　Auめっきはフラッシュめっきのようですので、下地Niの状態が良くないと、Niの凹凸や微小ピットの影響でAuめっきがつきにくく、ミクロ的に見て下地のNiが露出している箇所がでてきます。また、長時間放置することで金属同士の拡散が起き、Niが表面に出てくる可能性もあります。
　特に無電解めっきですと、電解めっきほど緻密なめっき皮膜が得られないため、この問題が起きやすいと思います。
　膜厚は、マクロ的に測定するため、この部分は見つけられないと思います。
　Ni酸化膜の除去となると、酸処理（?の工程の脱脂を酸に変える）やプラズマ洗浄が有効だと思いますが、こちらも導入が大変です。

?膜厚だけに気を取られ、水洗がおろそかになっている場合があります。特に水質を考えずに最終水洗をおこなうと、必ず表面に不溶性不純物が残り、それを除去するのは困難です。最終水洗は、純水を用いた湯洗および即座の乾燥が最も良いと考えます。（乾燥温度はできる限り低く設定）

　以上、めっき業者からの視点で長々と書きましたが、実装業者で処理を行おうとすると、とてつもない労力と費用が必要になります。できるなら、めっき業者に監査員を送り、悪いところを徹底的に改善してもらうしかないと思います。
　一応、めっきの工程や、めっきが終わってからの日数を調べて見た方が良いと思います。

お礼

ご回答有難うございます。ご指摘頂きました???におきまして、?につきましては、超音波洗浄（溶剤は代替フロンなどやIPA、トルエンを使用）を行ってみましたが、今一つ効果が有りませんでした。MEKやアセトンなどによって拭き取りを行っても、濡れ性に与える変化が少ない事から、?については可能性が少ないと考えておりました。?につきましては、乾燥などの条件までは調査しておりませんでした。早速問い合わせてみます。また水質の調査は行っているので問題無いと考えておりましたが、常に問題無いとは限らない訳なので（特に中国では）、この辺りはもう一度調査が必要ですね。
やはり?が一番可能性としては高いのでしょうか。確かにEPMAでの調査ではマッピングにNiの分布が一様に現れておりましたが、仰るとおりAuメッキ厚が薄いので観察時の電圧にもよりますが、良品との劇的な差が出ない為判断が難しいところです。

大変ご無沙汰しておりました。また、その節は大変お世話になりました。
大分時間が経過してしまいましたが、何とか現状安定しております。
結局実施した事は、メッキ厚みのUPと、基板メーカーに出向いて
工程の確認を行いました。（実はこれが一番効いたりします）
無電解メッキの為、まして中国生産品である事から、なかなか
狙い値には達してはおりませんが、（あまり厚くすると単価にも跳ね返って
来る事から）測定値で0.05～0.07μm程度と言ったところです。
また、この時期は日本も中国も気温が下がってくる事から
基板メッキ表面が酸化し難い事もあろうかと思いますが、
現状、様子見の状態です。

中国で実装を開始して十数年が経過しますが、当時かと比較したら
はるかに良くなっては来ていると思いますが、まだまだ分野によっては
中国製品は”安かろう悪かろう”といわざる得ない状況です。
安い物を購入して、日本で手間を掛けていたのでは本末転倒です。
いかにして納入メーカー側に協力してもらい、良い物を納めてもらうか
これにつきますね。

いろいろご指導頂き有難うございました。

回答No.1

noname#230359

ブラックパッドとは様子が異なるようですね。
回答にはなりませんが気になる点があります。
分析しても何も出なかったとありますが、消しゴムで擦ると改善されるという事は
消しゴムで「何か」を除去したから濡れたと考えるべきです。
つまり、分析でこの「何か」を見つける事が出来なかっただけで
何も無かったとう訳ではないはずです。
ちゃんとした分析屋に頼むべきです。

私は東レリサーチをよく使います。

しかし、分析結果を元に不具合とどう因果関係を結びつけるかは
依頼者の力量も必要です。

お礼

ご指摘頂き有難うございます。確かに消しゴムで擦れば良くなる結果から、私も表面には何らかの付着物が存在するものと考えておりました。それでEPMAなどで観察を行ってみたわけですが、当初はその道の専門と思われる国内取引先の基板メーカーに、厚かましさを重々承知の上で調査の依頼を行いましたが、やはり他社製（外国製）という事もあり、なかなか調査が進まなかった経緯がありました。（半田メーカーも同様）他に調査を受けてもらえるような機関がありましたら、ご存知でしたらご紹介頂けますでしょうか？

大変ご無沙汰しておりました。また、その節は大変お世話になりました。
大分時間が経過してしまいましたが、何とか現状安定しております。
結局実施した事は、メッキ厚みのUPと、基板メーカーに出向いて
工程の確認を行いました。（実はこれが一番効いたりします）
無電解メッキの為、まして中国生産品である事から、なかなか
狙い値には達してはおりませんが、（あまり厚くすると単価にも跳ね返って
来る事から）測定値で0.05～0.07μm程度と言ったところです。
また、この時期は日本も中国も気温が下がってくる事から
基板メッキ表面が酸化し難い事もあろうかと思いますが、
現状、様子見の状態です。

中国で実装を開始して十数年が経過しますが、当時かと比較したら
はるかに良くなっては来ていると思いますが、まだまだ分野によっては
中国製品は”安かろう悪かろう”といわざる得ない状況です。
安い物を購入して、日本で手間を掛けていたのでは本末転倒です。
いかにして納入メーカー側に協力してもらい、良い物を納めてもらうか
これにつきますね。

いろいろご指導頂き有難うございました。