(57)【要約】【課題】本発明は、防錆処理が施された電子基板について、防錆塗料による電子基板の不具合防止とともに防錆塗料の寿命到達を早期に検知することを目的としている。【解決手段】本発明の電子基板は、表面に配線パターンが形成された基板本体１、基板本体１の表面上に形成され、腐食性物質の侵入防止機能を有するコーティング膜３、基板本体１の表面上の所定領域においてコーティング膜３の下に形成された、コーティング膜３の機能低下を検知するコーティング膜４を備えて形成される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に配線パターンが形成された基板本体と、
前記基板本体の前記表面上に形成され、腐食性物質の侵入を防止するとともに、前記の腐食性物質を吸着する機能を有する第１のコーティング膜と、
前記基板本体の前記表面上の所定領域において前記第１のコーティング膜の下に形成され、前記第１コーティング膜の腐食性物質の吸着能力低下を検知する第２のコーティング膜と、
を備える電子基板。
【請求項２】
前記第１のコーティング膜は基材樹脂とイオン交換樹脂とを含む、請求項１に記載の電子基板。
【請求項３】
前記基材樹脂はアクリル樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、オレフィン樹脂の少なくとも１つ以上を含む、請求項２に記載の電子基板。
【請求項４】
前記イオン交換樹脂は陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂の混合物を含む、請求項２に記載の電子基板。
【請求項５】
前記第２のコーティング膜は基材樹脂とイオン交換樹脂とｐＨ指示薬とを含む、請求項１に記載の電子基板。
【請求項６】
前記基材樹脂はアクリル樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、オレフィン樹脂の少なくとも１つ以上を含む、請求項５に記載の電子基板。
【請求項７】
前記イオン交換樹脂は陰イオン交換樹脂よりなる、請求項５に記載の電子基板。
【請求項８】
前記ｐＨ指示薬はクレゾールフタレイン、フェノールフタレインの少なくとも１つ以上を含む、請求項５に記載の電子基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、硫化ガスやハロゲンガスなどの腐食性ガスおよび塩害を受ける環境において使用される樹脂コーティングされた電子基板に関し、特に腐食性物質（イオン性物質）の電子基板表面への侵入による防食機能の低下検知に関する。
【背景技術】
【０００２】
温泉地域、水処理場などで発生する硫化ガス（Ｈ2Ｓ、ＳＯ）、自動車の排ガスに含まれる窒素化合物（ＮＯX）、水処理場などで発生するハロゲンガス（Ｃｌ2、ＨＣｌ）によって電子基板の構成金属、例えば配線材料である銅が腐食して断線する恐れがある。また海岸に近い地域では塩害によって銅配線の腐食、あるいは銅配線間や実装部品間で短絡してトラッキングを生じる恐れがある。
【０００３】
例えば、腐食性物質が硫化水素（Ｈ2Ｓ）の場合、電子基板表面の配線材料（銅）の腐食は次の反応式で表される。
【０００４】
Ｃｕ→Ｃｕ+＋ｅ・・・（１）
１／２０2＋Ｈ2Ｏ＋２ｅ→２ＯＨ-・・・（２）
Ｈ2Ｓ→２Ｈ+＋Ｓ2-・・・（３）
Ｃｕ+＋ＯＨ-→ＣｕＯＨ・・・（４）
２Ｃｕ+＋Ｓ2-→Ｃｕ2Ｓ・・・（５）
式（１）はＣｕの酸化反応であり、式（２）は酸素の還元反応である。なお、式（２）中の水は電子基板表面の吸着水膜である。式（３）は硫化水素の解離反応である。式（１）および式（２）によってＣｕが溶解してＣｕ+を生成し、式（２）および式（３）の生成物であるＯＨ-およびＳ2-と反応して、式（４）、式（５）に示すようにＣｕＯＨおよびＣｕ2Ｓが生成する。なお、腐食性物質は電子基板表面の吸着水膜に溶解して電解質イオンとなる。上記の硫化水素の場合は、式（３）のように吸着水膜に溶解してＨ+とＳ2-となる。
【０００５】
また例えば、腐食性物質が海塩粒子の場合、電子基板表面の例えば銅などの配線材料などが腐食するだけでなく、実装部品ピン間の電位差が駆動力となってピン間に漏洩電流が流れ、最終的にトラッキングを生じる。
【０００６】
前記の硫化ガスやハロゲンガスなどの腐食性ガスおよび海塩粒子は電子基板表面の吸着水膜に溶解し、イオン性物質になる。下記では、腐食性物質はイオン性物質と同義語である。
【０００７】
これらの腐食性物質による電子基板の不具合を防止する方法が提案されている。特許文献１ではプリント基板に防錆塗料を塗布することが記載されている。特許文献１の図１において、プリント基板１に銅箔等のパターン２を形成した後、銅箔等のパターン２上に、はんだ付けするランド部３を残して防錆力のある防錆塗料を塗布してプリント基板１の表面を防錆塗料の塗膜６で覆う。防錆塗料としてアクリル系、ウレタン系、エポキシ系、ポリエステル系、フッ素系、シリコン系を用いる。
【０００８】
【特許文献１】特開平９−３２６５４９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１における先行技術では、腐食性物質が高濃度であったり、塩害が激しい等の過酷な腐食性環境では防錆塗料の寿命が短命化する恐れがあるが、防錆塗料の寿命が明らかでないという問題があった。
【００１０】
この発明はこのような問題を解決するためになされたもので、防錆塗料による電子基板の不具合防止とともに防錆塗料の寿命到達を早期に検知することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の電子基板は、表面に配線パターンが形成された基板本体の表面上に形成され、腐食性物質の侵入を防止する第１のコーティング膜と、基板本体１の表面上の所定領域において第１のコーティング膜の下に形成され、第１コーティング膜の腐食性物質の吸着能力低下を検知する第２のコーティング膜を備えて形成される。
【発明の効果】
【００１２】
第２のコーティング膜の検知機能、例えば色変化から第１のコーティング膜の寿命到達を判断できるため、電子基板が動作不良を起こす前に電子基板の交換などの対処が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、この発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。
【００１４】
（構成）
本実施の形態における電子基板の断面図を図１に示す。
【００１５】
基板本体１の表面において、はんだ付けが行われる面をはんだ面２とする。はんだ面２の全体を覆うように腐食性物質の侵入を防止するコーティング膜３（第１のコーティング膜）が形成され、はんだ面２の一部（所定領域）において、コーティング膜３の下にコーティング膜３の腐食性物質の吸着能力低下を検知するコーティング膜４（第２のコーティング膜）が形成されている。
【００１６】
コーティング膜３は、はんだ面への腐食性物質の侵入防止の役割を果たす。このコーティング膜は基材となる樹脂とイオン交換樹脂からなる。
【００１７】
コーティング膜３の基材樹脂はイオン交換樹脂を保持するとともに、腐食性物質の電子基板表面への接触を防止するためのものであり、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン系樹脂、オレフィン系樹脂などがあげられる。コーティング膜３の基材樹脂は、これらの樹脂の少なくとも１つ以上を含む。
【００１８】
コーティング膜３中のイオン交換樹脂は、コーティング膜３の表面に付着した腐食性物質を捕捉して、電子基板表面であるはんだ面２への拡散を防止する役割を果たす。
【００１９】
イオン交換樹脂は陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂があり、これらを混合して用いる。陽イオン交換樹脂はビジニルベンゼンで架橋したポリスチレンなどの母体合成樹脂（Ｒ）に、酸性水酸基、カルボキシル基、スルホ基など酸性基（ＡＨ）が結合した高分子酸である。なお、陽イオン交換樹脂には更に強酸性と弱酸性のものがあり、いずれの陽イオン交換樹脂も使用できる。
【００２０】
強酸性陽イオン交換樹脂は、例えばスチレン−ジビニルベンゼン共重合体、フェノールホルマリン樹脂などを基体とし、イオン交換基としてスルホン酸基を持つものがあげられる。これらは、例えばアンバーライトＩＲ―１２０Ｂ（ローム・アンド・ハース社の商品名）、ダイヤイオンＳＫ−１Ａ（三菱化学（株）の商品名）、ダイヤイオンＦＭＫ−１０（三菱化学（株）の商品名）として市販されている。
【００２１】
弱酸性陽イオン交換樹脂は、例えばアクリレート又はメタクリレートとジビニルベンゼンとの共重合体などを基体とし、イオン交換基としてカルボキシル基、ホスホン基などを持つものがあげられる。これらは、例えばアンバーライトＩＲＣ−８４（ローム・アンド・ハース社の商品名）、ダイヤイオンＷＫ−１１（三菱化学（株）の商品名）として市販されている。
【００２２】
陰イオン交換樹脂は陽イオン交換樹脂と同じような母体合成樹脂（Ｒ）に、アミノ基、イミノ基、アンモニウム基など塩基性基（Ｂ）が結合した高分子塩基である。なお、陰イオン交換樹脂には強塩基性と弱酸性のものがあり、いずれの陰イオン交換樹脂も使用できる。
【００２３】
強塩基性陰イオン交換樹脂としては、例えばスチレン−ジビニルベンゼン共重合体などを基体とし、イオン交換基としてトリメチルアンモニウム基、β―ヒドロキシエチルジメチルアンモニウム基などを持つものがあげられる。これらは、例えばアンバーライトＩＲＡ−４００（ローム・アンド・ハース社の商品名）、ダイヤイオンＳＡ−１０Ｂ（三菱化学（株）の商品名）、ダイヤイオンＦＭＡ−１０（三菱化学（株）の商品名）として市販されている。
【００２４】
弱塩基性陽イオン交換樹脂は、例えばスチレン−ジビニルベンゼン共重合体、アクリレート又はメタクリレートとジビニルベンゼンの共重合体などを基体とし、イオン交換基として１級、２級及び３級アミノ基などを有するものがあげられる。これらは、例えばアンバーライトＩＲＡ−４１０（ローム・アンド・ハース社の商品名）、ダイヤイオンＦＡ−２０Ｂ（三菱化学（株）の商品名）として市販されている。
【００２５】
陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂の使用比率は、例えば陽イオン交換樹脂／陰イオン交換樹脂が重量比で約９／１〜１／９、好ましくは約２／１〜１／２の範囲とするのがいかなる腐食性物質に対しても対応できる点で好ましい。
【００２６】
イオン交換樹脂の形状は粒状であり、粒径は特に制限されないが、分散の均一性と塗布の容易性、比表面積などの点から平均粒径は約１０００μｍ以下、好ましくは約１〜１０００μｍのものが好ましい。
【００２７】
イオン交換樹脂の使用量は、塗料固形分の０．２〜９０重量％の範囲で用いる。好ましくは２０〜８０重量％である。
【００２８】
コーティング膜３の膜厚は幅広い範囲で選べばよいが、厚くしすぎると塗布後の乾きが遅くなり、また乾燥後も剥がれ易い。一方、膜厚が薄いと塗膜欠陥が発生し易くなる。コーティング膜の膜厚としては数μｍ〜数ｍｍの範囲が適当である。
【００２９】
また、図１中のコーティング膜４は、コーティング膜３が腐食性物質の捕捉容量に達した場合、腐食性物質が電子基板表面に達した時点を検知する役割を果たす。このコーティング膜４は基材となる樹脂とイオン交換樹脂とｐＨ指示薬からなる。
【００３０】
コーティング膜４の基材樹脂はイオン交換樹脂を保持するためのものであり、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン系樹脂、オレフィン系樹脂などがあげられる。コーティング膜４の基材樹脂は、これらの樹脂の少なくとも１つ以上を含む。
【００３１】
コーティング膜４のイオン交換樹脂としては陰イオン交換樹脂を用い、腐食性物質中の陰イオン(例えばＣｌ-)を捕捉してＯＨ-を放出させる役割を果たす。これによってコーティング膜４の表面はアルカリ性となり、ｐＨ指示薬が反応する。
【００３２】
陰イオン交換樹脂は母体合成樹脂（Ｒ）に、アミノ基、イミノ基、アンモニウム基など塩基性基（Ｂ）が結合した高分子塩基である。なお、陰イオン交換樹脂には強塩基性と弱酸性のものがあり、いずれの陰イオン交換樹脂も使用できる。
【００３３】
強塩基性陰イオン交換樹脂としては、例えばスチレン−ジビニルベンゼン共重合体などを基体とし、イオン交換基としてトリメチルアンモニウム基、β―ヒドロキシエチルジメチルアンモニウム基などを持つものがあげられる。これらは、例えばアンバーライトＩＲＡ−４００（ローム・アンド・ハース社の商品名）、ダイヤイオンＳＡ−１０Ｂ（三菱化学（株）の商品名）、ダイヤイオンＦＭＡ−１０（三菱化学（株）の商品名）として市販されている。
【００３４】
陰イオン交換樹脂の形状は粒状であり、粒径は特に制限されないが、分散の均一性と塗布の容易性、比表面積などの点から平均粒径は約１０００μｍ以下、好ましくは約１〜１０００μｍのものが好ましい。
【００３５】
陰イオン交換樹脂の使用量は、塗料固形分の０．２〜９０重量％の範囲で用いる。好ましくは２０〜８０重量％である。
【００３６】
ｐＨ指示薬はイオン交換性樹脂から放出されたＯＨ-を検知するために用い、指示薬との反応によって着色する。ｐＨ指示薬としてクレゾールフタレインやフェノールフタレインなどを用いる。クレゾールフタレインの場合、ＯＨ-と反応して無色から桃色に変化する。これによってコーティング膜３が寿命に達したと判断できる。ｐＨ指示薬は粒状で粒径は特に制限されないが、分散の均一性と塗布の容易性、比表面積などの点から平均粒径は約１０００μｍ以下、好ましくは約１〜１０００μｍのものが好ましい。使用量は、塗料固形分の０．２〜９０重量％の範囲で用いる。好ましくは着色を目視で容易に判断できる点で１〜８０重量％である。
【００３７】
（製法）
図１に示した電子基板の製造工程について説明する。基板本体１に部品が実装され、すなわちはんだ面２にはんだが施された後に、コーティング膜４が塗布され、その後コーティング膜３が塗布される。コーティング膜３、４の塗布方法としては、ハケ塗り、ブラシ塗り、スプレー塗布などの方法がある。
【００３８】
（動作）
図１に示した電子基板の腐食過程について、以下に示す。電子基板が腐食性物質を有する環境に置かれた場合、コーティング膜３に含まれる基材樹脂はイオン交換樹脂を保持するとともに、腐食性物質の電子基板表面への接触を防止する働きを行う。
【００３９】
また、コーティング膜３に含まれるイオン交換樹脂は、陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂を混合して用いられ、コーティング膜３の表面に付着した腐食性物質を捕捉して電子基板表面への拡散を防止する役割を果たす。しかし、補足量を超えた場合、補足できなくなった腐食性物質はコーティング膜４の表面まで到達する。
【００４０】
コーティング膜４に含まれるイオン交換樹脂としては、陰イオン交換樹脂が用いられており、陰イオン交換樹脂はコーティング膜４の表面まで到達した腐食性物質中の陰イオン（例えばＣｌ-）を捕捉してＯＨ-を放出させる働きを行う。放出されたＯＨ-は、コーティング膜４のｐＨ指示薬と反応し、コーティング膜４は着色される。
【００４１】
（効果）
腐食性物質がコーティング膜４の表面まで到達すると、コーティング膜４の色が変化し、第１のコーティング膜の寿命到達を判断できるため、電子基板が動作不良を起こす前に電子基板の交換などの対処が可能となる。
【００４２】
また、はんだ面２にはんだが施された後にコーティング膜が形成されるため、はんだ面２上のランド部も含めてコーティングすることができ、腐食性物質によるランド部の腐食を防止できる。
【００４３】
（具体例）
次に、上述した防食処理を施した電子基板を作成し、試験を行ったのでその内容を以下に示す。
【００４４】
今回作成した電子基板の断面図を図１に示す。部品実装後、基板本体１のはんだが施されているはんだ面２の端部に、ハケ塗りにて塗布を行いコーティング膜４を形成した。コーティング膜４は基材樹脂がポリウレタン、イオン交換樹脂がＯＨ-置換形イオン交換樹脂、ｐＨ指示薬がクレゾールフタレインである。これらの重量比はポリウレタンが８０％、ＯＨ-置換形イオン交換樹脂が１５％、クレゾールフタレインが５％である。また平均粒径はＯＨ-置換形イオン交換樹脂が１０μｍ、クレゾールフタレインが１０μｍである。
【００４５】
その後、はんだ面２の上にハケ塗りにて塗布を行いコーティング膜３を形成した。コーティング膜３は基材樹脂がポリウレタン、イオン交換樹脂がＨ+置換形イオン交換樹脂とＯＨ-置換形イオン交換樹脂である。これらの重量比はポリウレタンが８０％、Ｈ+置換形イオン交換樹脂とＯＨ-置換形イオン交換樹脂の合計が２０%であり、平均粒径は１０μｍである。
【００４６】
上記した構成の電子基板について、中性塩水サイクル試験方法（ＪＩＳＧ０５９４）を用いて複合サイクル試験を行った。その結果、コーティング膜４が桃色に着色した。これはコーティング膜３の塩分（電解質イオン）捕捉量を越えたために、捕捉できなくなった塩分がコーティング膜４の表面まで達した後、ＯＨ-置換形イオン交換樹脂との接触によってＯＨ-が生成したために、クレゾールフタレインが着色したものと考えられる。
【００４７】
以上のように、本発明によって腐食性物質による電子基板の不具合を効果的に防止できるとともに、コーティング膜４の色変化からコーティング膜３の寿命到達を判断できた。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施の形態に係る電子基板の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４９】
１  基板本体、２  はんだ面、３，４  コーティング膜。
【図１】
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