JP2002178140A - 鉛フリーはんだ用のリフロー方法 - Google Patents
鉛フリーはんだ用のリフロー方法Info
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- JP2002178140A JP2002178140A JP2000384586A JP2000384586A JP2002178140A JP 2002178140 A JP2002178140 A JP 2002178140A JP 2000384586 A JP2000384586 A JP 2000384586A JP 2000384586 A JP2000384586 A JP 2000384586A JP 2002178140 A JP2002178140 A JP 2002178140A
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- lead
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- preheating
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 基板上の均熱性を損なうことなくフラックス
への熱的ダメージを大幅に低減できる鉛フリーはんだ用
のリフロー方法を提供する。 【解決手段】 溶融温度が１９５〜２２０℃の範囲にあ
る鉛フリーはんだを用いたプリント基板のフロー方法で
ある。ここで、第１段目のプリレヒートは、温度１４０
〜１５０℃、時間２０〜６０ｓｅｃとし、且つ、第２段
目のプリヒートは、温度１８０〜２００℃、時間４０〜
８０ｓｅｃとした。上記温度プロファイルにより、はん
だペースト中に含まれるフラックスへの熱的ダメージを
大幅に低減でき、且つ、リフローピーク温度における基
板上の均熱性も十分得ることができるため、大気リフロ
ーにおいても安定したはんだ付けが可能となる。
への熱的ダメージを大幅に低減できる鉛フリーはんだ用
のリフロー方法を提供する。 【解決手段】 溶融温度が１９５〜２２０℃の範囲にあ
る鉛フリーはんだを用いたプリント基板のフロー方法で
ある。ここで、第１段目のプリレヒートは、温度１４０
〜１５０℃、時間２０〜６０ｓｅｃとし、且つ、第２段
目のプリヒートは、温度１８０〜２００℃、時間４０〜
８０ｓｅｃとした。上記温度プロファイルにより、はん
だペースト中に含まれるフラックスへの熱的ダメージを
大幅に低減でき、且つ、リフローピーク温度における基
板上の均熱性も十分得ることができるため、大気リフロ
ーにおいても安定したはんだ付けが可能となる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、鉛フリーはんだを
使用した場合のリフロー方法に関し、特に、はんだの濡
れ性向上に効果的なリフロー方法に関するものである。
使用した場合のリフロー方法に関し、特に、はんだの濡
れ性向上に効果的なリフロー方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、電子機器の小型・軽量化や高性能
化に伴い、部品実装においても高密度化が進み、プリン
ト基板上のランドに直接電子部品（ベアチップ等）を実
装するＳＭＴ（Surface Mount Technology）が主流とな
ってきている。
化に伴い、部品実装においても高密度化が進み、プリン
ト基板上のランドに直接電子部品（ベアチップ等）を実
装するＳＭＴ（Surface Mount Technology）が主流とな
ってきている。
【０００３】前記したＳＭＴ実装とは、はんだ粒子とフ
ラックス（ロジン、活性剤、チクソ剤を溶かした溶剤）
を混練したはんだペーストを印刷によってプリント基板
のはんだ付けランドに塗布し、ランド上に部品を置いた
後、基板全体（若しくは部分的）を加熱してはんだを溶
かすことにより、電子部品とプリント基板のランドを電
気的に接続するという実装技術である。
ラックス（ロジン、活性剤、チクソ剤を溶かした溶剤）
を混練したはんだペーストを印刷によってプリント基板
のはんだ付けランドに塗布し、ランド上に部品を置いた
後、基板全体（若しくは部分的）を加熱してはんだを溶
かすことにより、電子部品とプリント基板のランドを電
気的に接続するという実装技術である。
【０００４】従来では、はんだ材として主に錫鉛共晶合
金が使用されてきたが、近年、環境保護等の問題から鉛
使用に対する規制が厳しく求められるようになり、最近
では、電子部品の実装に用いるはんだ材も、鉛を使用し
ない鉛フリーはんだ（一般的なものとしては、Ｓｎ−Ａ
ｇ−Ｃｕ系のはんだ）へと移行しつつある。
金が使用されてきたが、近年、環境保護等の問題から鉛
使用に対する規制が厳しく求められるようになり、最近
では、電子部品の実装に用いるはんだ材も、鉛を使用し
ない鉛フリーはんだ（一般的なものとしては、Ｓｎ−Ａ
ｇ−Ｃｕ系のはんだ）へと移行しつつある。
【０００５】従来、錫鉛共晶はんだによるリフローで
は、はんだ材の融点１８３℃に対してリフローピーク温
度を２２０℃程度に設定して行うのが一般的であった。
このような温度プロファイルでは融点とリフローピーク
温度の差が大きいため（この場合、３７℃）、温度プロ
ファイルをある程度ラフに設定してもプリント基板全体
のはんだ材を十分溶融させることができたため、安定し
たはんだ付けが行えた。
は、はんだ材の融点１８３℃に対してリフローピーク温
度を２２０℃程度に設定して行うのが一般的であった。
このような温度プロファイルでは融点とリフローピーク
温度の差が大きいため（この場合、３７℃）、温度プロ
ファイルをある程度ラフに設定してもプリント基板全体
のはんだ材を十分溶融させることができたため、安定し
たはんだ付けが行えた。
【０００６】ところが、上記組成等の鉛フリーはんだ
は、融点がおよそ２２０℃と錫鉛共晶はんだに比べてか
なり高くなっている。マウント部品の耐熱性を考慮する
とリフローピーク温度は２３０〜２４０℃程度に抑える
必要があるが、はんだ材の融点２２０℃とのマージンが
１０〜２０℃と小さくなってしまう。従ってリフローピ
ーク温度における均熱化を図り基板上の温度差を極力小
さくしないと、リフロー温度の不十分な箇所においては
んだの未融解が発生し、適正なはんだ付けができなくな
るという問題が有る。
は、融点がおよそ２２０℃と錫鉛共晶はんだに比べてか
なり高くなっている。マウント部品の耐熱性を考慮する
とリフローピーク温度は２３０〜２４０℃程度に抑える
必要があるが、はんだ材の融点２２０℃とのマージンが
１０〜２０℃と小さくなってしまう。従ってリフローピ
ーク温度における均熱化を図り基板上の温度差を極力小
さくしないと、リフロー温度の不十分な箇所においては
んだの未融解が発生し、適正なはんだ付けができなくな
るという問題が有る。
【０００７】このため、従来では、鉛フリーはんだを用
いてリフローを行う場合、図２に示すようなプリヒート
期間を持つ温度プロファイルを採用し、この中で、例え
ば、プリヒート温度を１８０〜１９０℃と高めに、且
つ、プリヒート時間を９０〜１２０ｓｅｃと長めに設定
し、図３の破線Ｂで示すように、基板上の熱容量の大き
な部品の温度と実線Ａで示す熱容量の小さな部品の温度
の差を極力小さくすることにより、リフロー時の温度不
均一に起因するはんだ付け品質の問題を回避するように
していた。
いてリフローを行う場合、図２に示すようなプリヒート
期間を持つ温度プロファイルを採用し、この中で、例え
ば、プリヒート温度を１８０〜１９０℃と高めに、且
つ、プリヒート時間を９０〜１２０ｓｅｃと長めに設定
し、図３の破線Ｂで示すように、基板上の熱容量の大き
な部品の温度と実線Ａで示す熱容量の小さな部品の温度
の差を極力小さくすることにより、リフロー時の温度不
均一に起因するはんだ付け品質の問題を回避するように
していた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】ところが、プリヒート
温度を上記のように高く設定すると、その分はんだペー
スト中のフラックスに対する熱負荷が大きくなってしま
い、本来、ロジンが主成分のフラックスの耐熱性には限
界があることから、図２の温度プロファイルでは、プリ
ヒート中の熱的ダメージによってフラックスの活性力が
全て失われ、適正なはんだ付けができなくなるという危
険性があった。最近ではフラックスの改良が進み、高
温、長時間のプリヒートにあってもその活性力が持続で
きる高温はんだ用のフラックスが実用化されてはいるも
のの、はんだ付け品質の向上の面からリフロー時の基板
上の均熱性を追求すればする程、フラックスに対して厳
しい温度プロファイルとなってしまう。
温度を上記のように高く設定すると、その分はんだペー
スト中のフラックスに対する熱負荷が大きくなってしま
い、本来、ロジンが主成分のフラックスの耐熱性には限
界があることから、図２の温度プロファイルでは、プリ
ヒート中の熱的ダメージによってフラックスの活性力が
全て失われ、適正なはんだ付けができなくなるという危
険性があった。最近ではフラックスの改良が進み、高
温、長時間のプリヒートにあってもその活性力が持続で
きる高温はんだ用のフラックスが実用化されてはいるも
のの、はんだ付け品質の向上の面からリフロー時の基板
上の均熱性を追求すればする程、フラックスに対して厳
しい温度プロファイルとなってしまう。
【０００９】本発明は、上記従来方法の問題点に鑑みて
成されたもので、基板上の均熱性を損なうことなくフラ
ックスへの熱的ダメージを大幅に低減し、安定したはん
だ付けを実現する鉛フリーはんだ用のリフロー方法を提
供することを目的としている。
成されたもので、基板上の均熱性を損なうことなくフラ
ックスへの熱的ダメージを大幅に低減し、安定したはん
だ付けを実現する鉛フリーはんだ用のリフロー方法を提
供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】すなわち、請求項１に記
載の本発明は、溶融温度が１９５〜２２０℃の範囲にあ
る鉛フリーはんだを用いたプリント基板のリフロー方法
において、プリヒート時の温度プロファイルを２段階と
し、第１段目のプリヒート温度を１４０〜１５０℃、第
２段目のプリヒート温度を１８０〜２００℃としたこと
を特徴としている。また、請求項２に記載の本発明は、
前記第１段目のプリヒート時間を２０〜６０ｓｅｃと
し、第２段目のプリヒート時間を４０〜８０ｓｅｃとし
たことを特徴としている。
載の本発明は、溶融温度が１９５〜２２０℃の範囲にあ
る鉛フリーはんだを用いたプリント基板のリフロー方法
において、プリヒート時の温度プロファイルを２段階と
し、第１段目のプリヒート温度を１４０〜１５０℃、第
２段目のプリヒート温度を１８０〜２００℃としたこと
を特徴としている。また、請求項２に記載の本発明は、
前記第１段目のプリヒート時間を２０〜６０ｓｅｃと
し、第２段目のプリヒート時間を４０〜８０ｓｅｃとし
たことを特徴としている。
【００１１】プリヒート時の温度と時間を上記範囲に規
定してリフローすることにより、はんだペースト中に含
まれるフラックスへの熱的ダメージを大幅に低減でき、
且つ、リフローピーク温度における基板上の均熱性も十
分得ることができるため、大気リフローにおいても安定
したはんだ付けが可能となる。
定してリフローすることにより、はんだペースト中に含
まれるフラックスへの熱的ダメージを大幅に低減でき、
且つ、リフローピーク温度における基板上の均熱性も十
分得ることができるため、大気リフローにおいても安定
したはんだ付けが可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、図１に基づいて本発明の実
施形態を説明する。図１は本発明によるリフロー温度プ
ロファイルを示している。
施形態を説明する。図１は本発明によるリフロー温度プ
ロファイルを示している。
【００１３】本発明は、溶融温度が１９５〜２２０℃の
範囲にある鉛フリーはんだを使用した場合のリフローの
方法である。
範囲にある鉛フリーはんだを使用した場合のリフローの
方法である。
【００１４】本実施形態では、従来の１段階プリヒート
と相違し、２段階のプリヒート（予備加熱）、を設
け、プリヒートおよびを経た後にリフローピーク温
度にて本加熱を行ってはんだ材を溶融させるというリフ
ロー形態を採っている。
と相違し、２段階のプリヒート（予備加熱）、を設
け、プリヒートおよびを経た後にリフローピーク温
度にて本加熱を行ってはんだ材を溶融させるというリフ
ロー形態を採っている。
【００１５】ここでは、プリヒートの温度と時間を因子
として、はんだのぬれ率（溶けたはんだ材の基板面への
ゆきわたり易さ）と基板上の均熱との有意差を検定し、
その結果からはんだ付け品質において実用レベルと考え
られる基準、ぬれ率≧７０％、均熱≦１０℃を満足でき
る各因子を推定し、図１に示す温度プロファイルを設定
した。
として、はんだのぬれ率（溶けたはんだ材の基板面への
ゆきわたり易さ）と基板上の均熱との有意差を検定し、
その結果からはんだ付け品質において実用レベルと考え
られる基準、ぬれ率≧７０％、均熱≦１０℃を満足でき
る各因子を推定し、図１に示す温度プロファイルを設定
した。
【００１６】すなわち、第１段目のプリヒート（プリヒ
ート）は、温度を１４０〜１５０℃、時間を２０〜６
０ｓｅｃとし、且つ、第２段目のプリヒート（プリヒー
ト）は、温度を１８０〜２００℃、時間を４０〜８０
ｓｅｃとした。また、本加熱はマウント部品の耐熱性を
考慮した従来通りのピーク温度２３０〜２４０℃に設定
した。
ート）は、温度を１４０〜１５０℃、時間を２０〜６
０ｓｅｃとし、且つ、第２段目のプリヒート（プリヒー
ト）は、温度を１８０〜２００℃、時間を４０〜８０
ｓｅｃとした。また、本加熱はマウント部品の耐熱性を
考慮した従来通りのピーク温度２３０〜２４０℃に設定
した。
【００１７】このように、プリヒートを２段階にするこ
とによって、はんだペースト中に含まれるフラックスへ
の熱負荷を大幅に低減することができ、フラックスの活
性力を失わせることなく、大気リフローにおいても安定
したはんだ付けが可能となる。また、温度プロファイル
を上記範囲内に設定することにより、鉛フリーはんだ用
の温度プロファイルに要求されるリフローピーク温度に
おける均熱性も十分得られるものである。
とによって、はんだペースト中に含まれるフラックスへ
の熱負荷を大幅に低減することができ、フラックスの活
性力を失わせることなく、大気リフローにおいても安定
したはんだ付けが可能となる。また、温度プロファイル
を上記範囲内に設定することにより、鉛フリーはんだ用
の温度プロファイルに要求されるリフローピーク温度に
おける均熱性も十分得られるものである。
【００１８】〔実施例〕本発明の温度プロファイル（実
施例）の効果を確認するため、従来の温度プロファイル
（比較例）によるものとのはんだのぬれ性について比較
試験を行った。尚、ぬれ性の比較については、（リフロ
ー後のぬれ広がりの面積）／（リフロー前の印刷時の面
積）からぬれ率を算出した。
施例）の効果を確認するため、従来の温度プロファイル
（比較例）によるものとのはんだのぬれ性について比較
試験を行った。尚、ぬれ性の比較については、（リフロ
ー後のぬれ広がりの面積）／（リフロー前の印刷時の面
積）からぬれ率を算出した。
【００１９】尚、比較試験は下記の条件で行い、その結
果を表１に示した。 （１）鉛フリーはんだ：Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系を使用。 （２）基板：Ｃｕのベタパターンを使用し、基板上に直
径６．５ｍｍの円形状にペーストはんだを印刷した。 （３）温度プロファイルの条件 比較例：プリヒートは１９０℃／１２０ｓｅｃ、ピーク
温度は２３５℃とした。実施例：第１段目のプリヒート
は１５０℃／４０ｓｅｃ、第２段目のプリヒートは１９
０℃／５０ｓｅｃ、ピーク温度は２３５℃とした。
果を表１に示した。 （１）鉛フリーはんだ：Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系を使用。 （２）基板：Ｃｕのベタパターンを使用し、基板上に直
径６．５ｍｍの円形状にペーストはんだを印刷した。 （３）温度プロファイルの条件 比較例：プリヒートは１９０℃／１２０ｓｅｃ、ピーク
温度は２３５℃とした。実施例：第１段目のプリヒート
は１５０℃／４０ｓｅｃ、第２段目のプリヒートは１９
０℃／５０ｓｅｃ、ピーク温度は２３５℃とした。
【００２０】
【００２１】表１によれば、本発明の温度プロファイル
でリフローを行った場合は、４つのサンプルでばらつき
はあるものの、平均値で従来の温度プロファイルに比較
して約３倍のぬれ率（すなわち、ぬれ面積）となる良好
な結果が得られた。これは本発明の温度プロファイルの
方が従来方法に比べてはんだペースト中のフラックスへ
与える熱的ダメージが小さくでき、フラックスの活性力
が失われなかったことを意味している。
でリフローを行った場合は、４つのサンプルでばらつき
はあるものの、平均値で従来の温度プロファイルに比較
して約３倍のぬれ率（すなわち、ぬれ面積）となる良好
な結果が得られた。これは本発明の温度プロファイルの
方が従来方法に比べてはんだペースト中のフラックスへ
与える熱的ダメージが小さくでき、フラックスの活性力
が失われなかったことを意味している。
【００２２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の鉛フリー
はんだ用のリフロー方法によれば、ペースト中に含まれ
るフラックスへの熱的ダメージを大幅に低減でき、且
つ、リフローピーク温度における基板上の均熱性も十分
得ることができるため、大気リフローにおいても安定し
たはんだ付けが可能となる。これにより、従来の錫鉛共
晶はんだの代替えとすることができ、近年の環境保護等
における鉛使用の規制に大きく寄与できるものである。
はんだ用のリフロー方法によれば、ペースト中に含まれ
るフラックスへの熱的ダメージを大幅に低減でき、且
つ、リフローピーク温度における基板上の均熱性も十分
得ることができるため、大気リフローにおいても安定し
たはんだ付けが可能となる。これにより、従来の錫鉛共
晶はんだの代替えとすることができ、近年の環境保護等
における鉛使用の規制に大きく寄与できるものである。
【図１】本発明に係る鉛フーリはんだ用のリフロー温度
プロファイルを示す図である。
プロファイルを示す図である。
【図２】従来の鉛フーリはんだ用のリフロー温度プロフ
ァイルを示す図である。
ァイルを示す図である。
【図３】図２のリフロー温度プロファイルにおけるマウ
ント部品の温度プロファイルを示す図である。
ント部品の温度プロファイルを示す図である。
Claims (2)
- 【請求項１】 溶融温度が１９５〜２２０℃の範囲にあ
る鉛フリーはんだを用いたプリント基板のリフロー方法
において、 プリヒート時の温度プロファイルを２段階とし、第１段
目のプリヒート温度を１４０〜１５０℃、第２段目のプ
リヒート温度を１８０〜２００℃としたことを特徴とす
る鉛フリーはんだ用のリフロー方法。 - 【請求項２】 前記第１段目のプリヒート時間を２０〜
６０ｓｅｃとし、第２段目のプリヒート時間を４０〜８
０ｓｅｃとしたことを特徴とする請求項１に記載の鉛フ
リーはんだ用のリフロー方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000384586A JP2002178140A (ja) | 2000-12-19 | 2000-12-19 | 鉛フリーはんだ用のリフロー方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000384586A JP2002178140A (ja) | 2000-12-19 | 2000-12-19 | 鉛フリーはんだ用のリフロー方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002178140A true JP2002178140A (ja) | 2002-06-25 |
Family
ID=18852001
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000384586A Pending JP2002178140A (ja) | 2000-12-19 | 2000-12-19 | 鉛フリーはんだ用のリフロー方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002178140A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2401338A (en) * | 2003-05-07 | 2004-11-10 | Visteon Global Tech Inc | Solder reflow system and method with at least two preheating levels |
| US7838411B2 (en) * | 2006-12-04 | 2010-11-23 | Semiconductor Manufacturing International (Shanghai) Corporation | Fluxless reflow process for bump formation |
-
2000
- 2000-12-19 JP JP2000384586A patent/JP2002178140A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2401338A (en) * | 2003-05-07 | 2004-11-10 | Visteon Global Tech Inc | Solder reflow system and method with at least two preheating levels |
| GB2401338B (en) * | 2003-05-07 | 2005-07-20 | Visteon Global Tech Inc | Vector transient reflow of solder for controlling substrate warpage |
| US7026582B2 (en) | 2003-05-07 | 2006-04-11 | Visteon Global Technologies, Inc. | Vector transient reflow of lead free solder for controlling substrate warpage |
| US7838411B2 (en) * | 2006-12-04 | 2010-11-23 | Semiconductor Manufacturing International (Shanghai) Corporation | Fluxless reflow process for bump formation |
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