JP2000252615A - 水溶性のフラックスおよび金属ペースト - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 使用開始時から粘度が安定し、転写量のばら
つきが少ない水溶性のフラックスおよび金属ペーストを
提供することを目的とする。 【解決手段】 半田接合に先立って接合部に転写により
塗布される水溶性のフラックスおよびこの水溶性のフラ
ックスに半田や錫、鉛、銀、銅などの金属粒子を含有さ
せた金属ペーストにおいて、フラックス中に当初から含
まれる水分量を表す使用開始時の初期含水率が重量％で
１％以上であるようにする。これにより、使用開始当初
の初期状態からフラックスの粘度を安定させることがで
き、従来必要とされた粘度を安定させるための予備的な
スキージング動作に必要な時間を短縮することができる
とともに、転写量のばらつきを減少させることができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半田接合に用いら
れる水溶性のフラックスおよび金属ペーストに関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】電子部品の実装方法として半田接合を用
いる方法が広く用いられている。半田接合に際しては、
半田接合性を向上させる目的でフラックスを半田接合部
に供給することが行われる。このフラックス供給の方法
として、転写による方法やスクリーン印刷による方法が
知られている。これらの方法では、転写対象物を接触さ
せるためのフラックス膜を形成することや、スクリーン
マスク上でフラックスを掻き寄せてパターン孔を介して
フラックスを印刷するなど、フラックスをスキージによ
って移動させるスキージングが行われる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年半田接
合用のフラックスとして、水溶性のフラックスが用いら
れるようになっている。この水溶性のフラックスは、半
田接合後の洗浄を水系洗浄法によって行えるよう水溶性
の物質を主成分としたものである。この水溶性のフラッ
クスは、使用開始後充分なスキージング時間が経過しな
い間はフラックスの粘度が安定せず、テーブル上に均一
な膜厚のフラックス膜を形成することが困難であった。
このため、転写対象物をこのフラックス膜に接触させて
フラックスを転写する際の転写量のばらつきや、スクリ
ーン印刷における印刷量のばらつきを生じるという問題
点があった。また、この問題は、半田接合の際に水溶性
のフラックスに半田粒子などの金属粒子を含有させた金
属ペーストを用いる場合にも共通するものであった。

【０００４】そこで本発明は、使用開始時から粘度が安
定し、転写量や印刷量のばらつきが少ない水溶性のフラ
ックスおよび金属ペーストを提供することを目的とす
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の水溶性の
フラックスは、半田接合に用いられる水溶性のフラック
スであって、使用開始時の初期含水率が重量％で１％以
上である。

【０００６】請求項２記載の金属ペーストは、半田接合
に用いられる水溶性のフラックスに金属粒子を含有させ
た金属ペーストであって、前記フラックスの使用開始時
の初期含水率が重量％で１％以上である。

【０００７】請求項３記載の金属ペーストは、請求項２
記載の金属ペーストであって、前記金属粒子は、錫、
鉛、亜鉛、金、銀、銅、アンチモン、インジウム、およ
びビスマスのうちいずれか１種類以上を含む。

【０００８】本発明によれば、水溶性のフラックスの初
期含水率を重量％で１％以上とすることにより、初期状
態における粘度を安定させて使用開始時から転写量のば
らつきを減少させることができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】（実施の形態１）図１は本発明の
実施の形態１の半田ボールの搭載装置の平面図、図２、
図３は同半田ボールの搭載装置のフラックス供給部の断
面図、図４、図５は同半田ボールの搭載方法の工程説明
図、図６（ａ）は同水溶性のフラックスの粘度変化を示
すグラフ、図６（ｂ）は同水溶性のフラックスの含水率
変化を示すグラフ、図７は同半田ボールの搭載作業の要
素動作を示すフロー図である。本実施の形態１は、半田
ボールのワークの電極への搭載に際し、転写対象物であ
る半田ボールにフラックスを転写するものである。

【００１０】まず図１を参照して半田ボールの搭載装置
について説明する。図１において、基台１の中央部には
搬送路２が設けられている。搬送路２はワーク３を搬送
し、搬送路２にはワークの位置決め部が設けられてい
る。位置決め部にて位置決めされたワーク３上には、半
田ボールが搭載される。

【００１１】基台１上面の両端部には、Ｙ軸テーブル４
およびガイド部５が配設されている。Ｙ軸テーブル４は
Ｙ軸モータ４ａ、送りねじ４ｃ、およびガイドレール４
ｂを備えており、ガイド部５はガイドレール５ａを備え
ている。Ｙ軸テーブル４およびガイド部５にはＸ軸テー
ブル６が架設されており、Ｙ軸モータ４ａを駆動して送
りねじ４ｃを回転させることにより、Ｘ軸テーブル６は
ガイドレール４ｂ，５ａに沿って水平移動する。

【００１２】Ｘ軸テーブル６はＸ軸モータ６ａ、送りね
じ６ｃおよびガイドレール６ｂを備えており、Ｘ軸テー
ブル６にはガイドレール６ｂに沿って水平方向に移動自
在な、作業ヘッドである保持ヘッド７が装着されてい
る。Ｘ軸モータ６ａを駆動して送りねじ６ｃを回転させ
ることにより、保持ヘッド７は水平方向に移動する。

【００１３】搬送路２の手前側には、ボール供給部９が
配設されている。ボール供給部９には半田ボール８（図
２参照）が多数貯溜されている。保持ヘッド７を移動さ
せてボール供給部９上に位置させ、そこで保持ヘッド７
に上下動作を行わせることにより、保持ヘッド７はその
下面に半田ボール８を吸着して保持する。すなわち、保
持ヘッド７は半田ボール８を吸着するボール吸着動作を
行う。

【００１４】ボール供給部９の側方には、フラックス供
給部１０が配設されている。フラックス供給部１０は、
テーブル１１およびテーブル１１上で水平方向に移動す
るスキージヘッド１２を備えている。テーブル１１上に
フラックスを供給した状態でスキージヘッド１２をテー
ブル１１上で摺動させることにより、テーブル１１上で
はフラックスが延展されてフラックス膜が形成される。
すなわち、フラックス供給部１０はフラックスの成膜動
作を行う。

【００１５】このフラックス膜に対して半田ボール８を
保持した保持ヘッド７を下降させて半田ボール８をフラ
ックス膜に接触させることにより、半田ボール８にはフ
ラックスが転写される。すなわち保持ヘッド７はフラッ
クスの転写動作を行う。そしてフラックスが転写された
半田ボール８を保持した保持ヘッド７をワーク３上に移
動させ、ここで上下動作を行わせることにより、保持ヘ
ッド７はワーク３に半田ボール８を搭載する。すなわち
保持ヘッド７は半田ボール８の搭載動作を行う。

【００１６】ボール供給部９とフラックス供給部１０の
間、フラックス供給部１０と搬送路２の間、および搬送
路２とボール供給部９の間の保持ヘッド７の移動経路に
は、それぞれ保持ヘッド７に吸着された半田ボール８の
吸着状態や有無を検査するボール検査部１３，１４，１
５が配設されている。ボール供給部９から半田ボール８
を吸着した保持ヘッド７のボール吸着異常がボール検査
部１３によって検出された場合には、保持ヘッド７をボ
ール供給部９に戻して再度吸着動作を行わせる。またフ
ラックス転写後の半田ボール８を保持した保持ヘッド７
のボール吸着異常がボール検査部１４によって検出され
た場合、またはワーク３への搭載動作において搭載され
ずに保持ヘッド７に残留する残留ボールがボール検査部
１５にて検出された場合には、保持ヘッド７を搬送路２
の後方に配置された廃棄箱１６上に移動させ、保持して
いる半田ボール８を廃棄させる。

【００１７】次に図２を参照してフラックス供給部１０
について説明する。図２において、テーブル１１の上面
は平坦な底面１１ａを有する容器となっており、底面１
１ａ上にはフラックス２３が供給される。ここで図６を
参照して本実施の形態１で使用される水溶性フラックス
の性状について説明する。図６（ａ），（ｂ）のグラフ
は、本実施の形態１のフラックス２３（実線で示す）
と、従来の水溶性のフラックス（破線で示す）につい
て、スキージング時間経過にともなう粘度変化および含
水率変化の状態を示したものである。フラックス２３
は、初期含水率が重量％で１％以上に設定されており、
従来の水溶性フラックスが０．２％の初期含水率である
のと比較して初期含水率を大きくしたものとなってい
る。

【００１８】図６（ａ）に示すように、破線で示す従来
のフラックスでは、掻き寄せ動作や成膜動作などのスキ
ージング動作開始後約１時間の初期状態においては粘度
が安定せず、安定した転写を行うことができない。そし
て図６（ｂ）に示すように、スキージング動作が約１時
間経過して、フラックスが大気中の水分を吸収すること
により含水率が１％を超えるようになってはじめて安定
した粘度が得られていた。すなわち、従来の水溶性フラ
ックスでは、安定した転写を行うためには、実際の転写
動作を開始するまでに、約１時間の予備的なスキージン
グ動作を必要としていた。

【００１９】これに対し、本実施の形態１のフラックス
２３では、図６（ａ）に示すように粘度は当初から安定
した転写が可能な粘度範囲内にある。これにより、粘度
を所定範囲に安定させるために必要な予備的なスキージ
ング動作の時間を大幅に短縮することができる。したが
って、従来必要とされていた転写動作開始前の準備に時
間を費やすことなく、安定した品質の転写を行うことが
できる。

【００２０】なお、この水溶性のフラックス２３の利点
は実施の形態１のような転写を対象とした用途に限定さ
れず、例えばスクリーン印刷のようにスキージング動作
を行って印刷を行うような場合にも同様の効果を得るこ
とができる。すなわち、本印刷を行う前の予備的なスキ
ージングの時間を短縮して効率を向上させることができ
る。

【００２１】再び図２において、テーブル１１上には、
スキージヘッド１２が配設されており、スキージヘッド
１２のブラケット２０の下部には送りねじ２５が螺入し
たナット２４が結合されている。送りねじ２５の端部に
はプーリ２６が結合されており、プーリ２６とモータ２
９の軸端のプーリ２７にはベルト２８が調帯されてい
る。モータ２９を駆動することにより、送りねじ２５は
回転し、これによりナット２４とともにブラケット２０
は水平方向に移動する。ブラケット２０の上面には２つ
のシリンダ２１が配設され、各シリンダ２１のロッド２
１ａの下端部にはスキージ２２ａ，２２ｂが装着されて
いる。

【００２２】ここで、図３を参照してスキージ２２ａ，
２２ｂによるフラックスの掻き寄せ動作および成膜動作
について説明する。シリンダ２１を駆動することによ
り、スキージ２２ａ，２２ｂは下降するが、このときス
キージ２２ａ，２２ｂは底面１１ａに対してそれぞれ所
定隙間ｔ１，ｔ２を保つようにシリンダ２１のロッド２
１ａの下降限が設定されている。

【００２３】したがって、スキージ２２ｂを下降させて
スキージヘッド１２を矢印ａ方向に移動させると、フラ
ックス２３は所定膜厚ｔ２で掻き寄せられる。そしてス
キージ２２ｂを上昇させスキージ２２ａを下降させた状
態で、スキージヘッド１２を矢印ｂ方向に移動させる
と、底面１１ａ上にｔ２よりも薄い所定膜厚ｔ１のフラ
ックス膜２３ａが形成される。このフラックス膜２３ａ
の膜厚ｔ１は、図２に示すように転写対象物である半田
ボール８にフラックス２３を転写するのに適切な膜厚に
設定される。スキージ２２ｂによって行われるフラック
ス２３の掻き寄せは、フラックス膜を形成する成膜動作
を円滑に行わせるための予備的な動作である。

【００２４】再び図３に戻り、半田ボールの搭載装置の
制御系について説明する。モータ駆動部３０はスキージ
移動用のモータ２９を駆動する。シリンダ駆動部３２は
スキージ昇降用のシリンダ２１を駆動する。保持ヘッド
駆動部３５は、保持ヘッド７を駆動する。モータ駆動部
３０、シリンダ駆動部３２および保持ヘッド駆動部３５
は制御部３１によって制御される。操作・入力部３３
は、操作指令や後述する運転モード切り換え時の入力を
行う。表示部３４は操作・入力用の操作画面を表示す
る。

【００２５】この半田ボールの搭載装置は上記の様に構
成されており、以下動作について各図を参照して説明す
る。まず図７を参照して半田ボールの搭載作業を構成す
る要素動作について説明する。本実施の形態では、これ
らの要素動作を通常の動作シーケンスに従ってすべて行
わせることも、また特定要素動作のみを行わせることも
できる。

【００２６】図７において、第１に保持ヘッド７により
ボール供給部９の半田ボール８を吸着して保持するボー
ル吸着動作（ＳＴ１）が行われる。これと並行してフラ
ックス供給部１０においてはテーブル１１上でフラック
ス２３を掻き寄せる掻き寄せ動作（ＳＴ２）およびフラ
ックス２３を所定膜厚のフラックス膜２３ａに形成する
成膜動作（ＳＴ３）が繰り返し行われている。そしてこ
の後に、図４に示すように半田ボール８をフラックス供
給部１０のフラックス膜２３ａに接触させて、半田ボー
ル８にフラックス２３を転写する転写動作が行われ（Ｓ
Ｔ４）、この後に半田ボール８をワーク３に搭載する搭
載動作が行われる（ＳＴ５）。この一連のフローは通常
の動作フローであり、成膜動作および転写動作を含め半
田ボール８の搭載に必要な全ての動作を行わせる運転モ
ード（第１の運転モード）となっている。

【００２７】図５は転写動作から搭載動作に至る一連の
動作を示している。図５（ａ）に示すように保持ヘッド
７を半田ボール８の下面がテーブル１１に当接するまで
下降させて、フラックス膜２３ａに半田ボール８を接触
させ、次いで図５（ｂ）に示すように保持ヘッド７を上
昇させる。これにより半田ボール８に転写されたフラッ
クス２３ｃは半田ボール８とともに上昇する。そして図
５（ｃ）に示すように、この半田ボール８をワーク３の
電極３ａに位置合わせして下降させることにより、半田
ボール８は電極３ａとの接合面にフラックス２３ｃを介
在させた状態で電極３ａ上に搭載される。

【００２８】本実施の形態では、前述の第１の運転モー
ドによって半田ボールの搭載に必要な全ての動作を行わ
せる前に、図７に示す各要素動作のうち、フラックス供
給部１０で行われる掻き寄せ動作と成膜動作のみの予備
的なスキージング動作を予め所定時間の間繰り返し行わ
せるようにしている。この動作はフラックスの粘度を安
定させるために行われる予備的なスキージング動作（第
２の運転モード）である。本実施の形態では、フラック
ス２３の初期含水率が１％以上であり、当初から安定し
た粘度となっているので、予備的なスキージング動作に
要する時間は極めて短く、転写工程全体の所要時間を短
縮して生産性を向上させることができる。

【００２９】そして保持ヘッド７に保持された半田ボー
ル８にフラックス２３を転写する際には、フラックス２
３は既に安定した適正粘度となっており、転写作業の開
始直後においてもフラックスの粘度に起因する転写不良
を生じることがない。なお、本実施の形態１では、転写
対象物としての半田ボールにフラックスを転写する例を
示したが、転写対象物はこれに限定されず電子部品に形
成された半田バンプなどのバンプが転写対象物であって
もよい。この場合には、電子部品を保持した保持ヘッド
をフラックス供給部に対して下降させることによりフラ
ックス膜にバンプを接触させ、バンプにフラックスを転
写する。また転写対象物として半田ボール以外に、銅や
銀などの金属でもよい。

【００３０】（実施の形態２）図８は本発明の実施の形
態２のフラックスの転写装置の断面図、図９は同フラッ
クスの転写方法の工程説明図である。本実施の形態２
は、実施の形態１と同様のフラックス供給部のフラック
スを転写対象物である転写ピンに転写し、この転写され
たフラックスをワークの電極に塗布するものであり、こ
の塗布工程は半田ボールのワークへの搭載に先立って行
われる。

【００３１】図８において、実施の形態１と同様のフラ
ックス供給部１０のテーブル１１上には、フラックス膜
２３ａが形成されている。フラックス供給部１０に対し
て、作業ヘッドである転写ヘッド４０を下降させ、図９
（ａ）に示すように転写ヘッド４０に備えられた転写ピ
ン４１をフラックス膜２３ａに接触させる。次いで転写
ピン４１を上昇させることにより、図９（ｂ）に示すよ
うに転写ピン４１の下端部にはフラックス２３ｄが転写
される。

【００３２】この後、転写ヘッド４１を塗布対象物であ
るワーク３上に移動させる。そして図９（ｃ）に示すよ
うに転写ピン４１を電極３ａに位置合わせして下降さ
せ、転写ピン４１の下端部に付着したフラックス２３ｄ
を電極３ａの表面に付着させる。この後、図９（ｄ）に
示すように転写ピン４１を上昇させることにより、フラ
ックス２３ｄは転写ピン４１から分離して電極３ａに塗
布される。

【００３３】本実施の形態２におけるフラックスの転写
動作に先立って、テーブル１１上ではフラックスの掻き
寄せ動作と成膜動作が所定時間の間繰り返し周期的に行
われる。これにより、実施の形態１と同様にフラックス
２３の粘度を安定させ、フラックス２３を転写ピン４１
に安定して転写することができる。

【００３４】なお、本実施の形態１及び２では、半田接
合に水溶性のフラックスを用いる例を示しているが、同
様の水溶性のフラックスに、錫、鉛、亜鉛、金、銀、
銅、アンチモン、インジウム、およびビスマスのうちい
ずれか１種類以上を含む金属粒子を含有させた金属ペー
ストを用いることにより、接合対象の半田溶融時に金属
ペースト中の金属粒子が溶融半田を電極などの接合部に
導くセルフアライメント効果を得ることができる。この
場合においても、水溶性のフラックスの初期含水率が１
％以上であることから、転写動作開始直後から金属ペー
ストの粘度を安定させて転写量のばらつきを減少させる
ことが出来る。

【００３５】

【発明の効果】本発明によれば、水溶性のフラックスの
初期含水率を１％以上としたので、使用開始当初から粘
度を安定させることができ、予備的なスキージング動作
に必要とされる時間を短縮して生産性を向上させること
ができるとともに、転写動作開始直後から粘度を安定さ
せて転写量のばらつきを減少させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１の半田ボールの搭載装置
の平面図

【図２】本発明の実施の形態１の半田ボールの搭載装置
のフラックス供給部の断面図

【図３】本発明の実施の形態１の半田ボールの搭載装置
のフラックス供給部の断面図

【図４】本発明の実施の形態１の半田ボールの搭載方法
の工程説明図

【図５】本発明の実施の形態１の半田ボールの搭載方法
の工程説明図

【図６】（ａ）本発明の実施の形態１の水溶性のフラッ
クスの粘度変化を示すグラフ （ｂ）本発明の実施の形態１の水溶性のフラックスの含
水率変化を示すグラフ

【図７】本発明の実施の形態１の半田ボールの搭載作業
の要素動作を示すフロー図

【図８】本発明の実施の形態２のフラックスの転写装置
の断面図

【図９】本発明の実施の形態２のフラックスの転写方法
の工程説明図

【符号の説明】

３ ワーク ３ａ 電極 ８ 半田ボール ９ ボール供給部 １０ フラックス供給部 ２２ａ、２２ｂ スキージ ２３ フラックス ２３ａ フラックス膜

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半田接合に用いられる水溶性のフラックス
   であって、使用開始時の初期含水率が重量％で１％以上
   であることを特徴とする水溶性のフラックス。
2. 【請求項２】半田接合に用いられる水溶性のフラックス
   に金属粒子を含有させた金属ペーストであって、前記フ
   ラックスの使用開始時の初期含水率が重量％で１％以上
   であることを特徴とする金属ペースト。
3. 【請求項３】前記金属粒子は、錫、鉛、亜鉛、金、銀、
   銅、アンチモン、インジウム、およびビスマスのうちい
   ずれか１種類以上を含むことを特徴とする請求項２記載
   の金属ペースト。