JP2002185119A - はんだ付け構造及びはんだ付け方法 - Google Patents

はんだ付け構造及びはんだ付け方法

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JP2002185119A
JP2002185119A JP2000381031A JP2000381031A JP2002185119A JP 2002185119 A JP2002185119 A JP 2002185119A JP 2000381031 A JP2000381031 A JP 2000381031A JP 2000381031 A JP2000381031 A JP 2000381031A JP 2002185119 A JP2002185119 A JP 2002185119A
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Japan
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electronic component
lead
lead portion
substrate
soldering
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JP2000381031A
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Kenji Suzuki
健司 鈴木
Masayuki Sumi
雅之 角
Tatsuya Sekido
達哉 関戸
Tetsuya Hagiwara
哲也 萩原
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Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 鉛フリーはんだ材料を使用し、接合界面剥離
の発生を抑制できるはんだ付け構造及びはんだ付け方法
を提供する。 【解決手段】 電子部品リード部と基板ランド部とを接
合して通電させる鉛フリーはんだ接合部のフロー工法に
よるはんだ付け構造であって、電子部品リード部が、電
子部品側に凸な形状を有し、はんだ接合部フィレット形
状が、電子部品側の基板面に対して一定の傾きを有する
はんだ付け構造である。また、はんだ付けには、Sn−
Ag−Cu系鉛フリーはんだ材料を用いる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、はんだ付け構造及
びはんだ付け方法に係り、更に詳細には、鉛フリーはん
だを使用した電子部品のフロー工法によるはんだ付け構
造及びはんだ付け方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の鉛フリーはんだを使用したフロー
工法によるはんだ付けにおいては、あらかじめ基板上に
被接合部品である電子部品、例えばトランジスタ等を所
定の位置に設定し噴流装置を備えたフローはんだ付け装
置を使用し、あらかじめ溶融させた鉛フリーはんだを有
するはんだ浴槽上に基板を通過させることによりはんだ
付けを行っている。その際、接合したはんだ部のフィレ
ット形状は、はんだ浴槽の噴流量を調節することによ
り、所定の形状としていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本発明
者らによる実験によれば、現在使用されている鉛フリー
はんだの多くは共晶組成のものが多く、Sn−Pb共晶
系はんだ材料に比べて材料そのものの延性が低く、溶融
したはんだの凝固する際の冷却速度が速く、過冷却とな
った場合など電子部品との接合界面に金属間化合物を形
成し、場合によってはリフトオフと呼ばれる接合界面剥
離を引き起こす可能性があるという課題がある。
【0004】本発明は、このような従来技術の有する課
題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところ
は、鉛フリーはんだ材料を使用し、上記のような接合界
面剥離の発生を抑制できるはんだ付け構造及びはんだ付
け方法を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決すべく鋭意検討を行った結果、電子部品リード部
とはんだ接合部フィレットを一定の形状することによ
り、上記課題が解決できることを見出し、本発明を完成
するに至った。
【0006】即ち、本発明のはんだ付け構造は、電子部
品リード部と基板ランド部とを接合して通電させる鉛フ
リーはんだ接合部のフロー工法によるはんだ付け構造で
あって、上記電子部品リード部が、基板面に対して電子
部品側に、凸な形状を有し、上記電子部品リード部と上
記基板ランド部とのはんだ接合部フィレット形状が、上
記電子部品側の基板面に対して、10°〜30°の傾き
を有することを特徴とする。
【0007】また、本発明のはんだ付け方法は、上記は
んだ付け構造を形成する接合方法であって、Sn−Ag
−Cu系鉛フリーはんだ材料を用いることを特徴とす
る。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、本発明のはんだ付け構造に
ついて詳細に説明する。本発明のはんだ付け構造は、は
んだ付け被接合部である電子部品リード部と基板ランド
部を通電させる鉛フリーはんだ接合部のフロー工法によ
るはんだ付けにおいて、上記電子部品リード部が、基板
面に対して電子部品側に、凸な形状を有し、上記電子部
品リード部と上記基板ランド部とのはんだ接合部フィレ
ット形状が、上記電子部品側の基板面に対して、10°
〜30°の傾きを有する。図1は、基板と電子部品リー
ド部のはんだ接合部断面を示した模式図であり、電子基
板と電子部品リード部とが、鉛フリーはんだにより接合
されている。図1において、はんだ接合部フィレット形
状に、電子部品側の基板面に対して10°〜30°の低
い傾きを持たせることで、基板ランド部のはんだ接合長
さに対して電子部品リード部のはんだ接合長さを短くす
ることができる。本発明のはんだ付け構造は、このよう
なはんだ接合部フィレット形状を有するので、基板ラン
ド部のはんだ接合部界面に係る溶融はんだの凝固収縮応
力を低減してリフトオフの発生を抑制することができ
る。
【0009】また、上記電子部品リード部の上記凸な形
状は、上記電子部品リード部の軸心に対して垂直方向に
包囲してあらゆる角度に存在し、且つ、上記基板面に対
して電子部品側であって、上記電子部品リード部と上記
基板ランド部とのはんだ接合部以上で上記電子部品より
も下方な位置に存在しており、この上記電子部品リード
部の上記凸な形状を有する部分は、上記基板面に対して
10°〜30°のはんだ接合フィレット形状を形成する
鉛フリーはんだと接触していることが好ましい。
【0010】図2に、本発明のはんだ付け構造の一実施
形態を示した。図2において、上記凸な形状を有する部
分を除いた上記電子部品リード部のリード部軸心に垂直
な方向の幅又は直径をAとし、上記電子部品リード部を
接合するための上記基板の取り付け穴の軸心に垂直な方
向の幅又は直径をBとし、上記電子部品リード部の上記
凸な形状を有する部分のリード部軸心に対して垂直方向
の幅又は直径をCとし、1.5A≦C<Bを満たすこと
が好ましい。上記電子部品リード部に上記凸な形状を与
え、且つ、このような構造を採ることにより、上記基板
ランド部の熱容量に対して、上記電子部品リード部の熱
容量を近づけることができ、また、上記基板ランド部界
面の溶融したはんだの凝固速度と上記電子部品リード部
と溶融したはんだとの界面の凝固速度を近づけることが
でき、リフトオフの発生原因の一つである溶融はんだの
凝固収縮応力の基板ランド部への集中を緩和し、リフト
オフの発生を抑制することが可能になる。
【0011】また、上記電子部品リード部の上記凸な形
状を有する部分が、上記凸な形状を有さない電子部品リ
ード部と連続的につながって、上記基板側に向かって勾
配又はR形状を有し、この勾配又はR形状が、上記電子
リード部の軸心に対して垂直方向に包囲して全周にわた
って存在することが好ましく、更に、上記基板面に対し
て10°〜30°の傾きを有する上記はんだ接合フィレ
ット形状を形成する上記鉛フリーはんだと接触する位置
から上記電子部品までの範囲にソルダレジストを塗布す
ることが好ましい。噴流装置の噴流量によってはソルダ
レジスト部にまではんだが競り上がってしまうことを回
避し、上記基板ランド部への溶融はんだの流れ込みを促
進させる作用がある。また、ソルダレジストを塗布した
上記電子部品リード部とはんだとの接合界面が形成され
なくなる可能性を抑制し、安定した製品品質が得られ
る。
【0012】更に、上記電子部品リード部の上記凸な形
状を有する部分が、上記凸な形状を有さない部分のリー
ド材と一体成形材料で上記電子部品リード部全体を形成
してもよいし、または、上記凸な形状を有さない部分と
別体であるが、リード材は同材料であって、上記電子部
品リード部全体を形成してもよい。これら電子部品リー
ド部を、上記基板の取り付け穴の所定の位置に取り付
け、フロー工法によりはんだ付けを行うと、既製品に対
して後加工により所定の凸部を付与することが可能とな
り、特別な製造工程を経ずに安定した品質を得ることが
できる。
【0013】次に、本発明のはんだ付け方法について詳
細に説明する。本発明のはんだ付け方法は、上記はんだ
付け構造を形成する接合方法であって、主として、Sn
−Ag−Cu系鉛フリーはんだ材料を用いる。Sn−A
g−Cu系のはんだ材料を使用することにより、リフト
オフを抑制でき、安定した品質を得ることができる。
【0014】
【実施例】以下、本発明を実施例及び比較例により更に
詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定される
ものではない。
【0015】(はんだ付け構造及びその作製方法)はん
だ材料には、Sn−3.5Ag−0.75Cuの組成の
ものを使用した。基板はサブトラクティブ基板を使用
し、電子部品としては主としてラジアルタイプトランジ
スタを使用した。図2において、サブトラクティブ基板
には、1.0mmの貫通穴Bが施され、穴にはCuによ
るメッキが施されている。また、基板ランド部の最大直
径(はんだ接合される部位)Wはφ2.0mmのものを
使用した。トランジスタのリード部には、図2に示した
ように、リード部のトランジスタ側に凸な形状を有する
ものを用いた。本発明のリード部は、図2のCの部分に
おいてφ0.75mmの駄肉とDの曲率がR0.25の
形状を有するものとした。また、リード部の凸な形状部
分がはんだに接している位置からトランジスタまでの範
囲にはあらかじめソルダレジストを塗布して使用した。
はんだ付けに使用したフロー槽は溶融はんだ温度を25
0℃に設定した。はんだ付けは窒素雰囲気中で行い、基
板は120℃での予備加熱を行った。また、フラックス
としては樹脂系フラックスを使用した。フロー槽の噴流
圧は一定とし、はんだ接触時間は3.5秒間一定とし
た。
【0016】図3に、電子部品リード部のはんだ接合部
の電子部品側端部と基板のはんだ接合部端部とによりな
すはんだ付け部の角度(フィレット角度)とリフトオフ
発生高さとの関係を示した。フィレット角度が30°を
超えるとリフトオフが発生した。本発明においてはフィ
レット角度を30°以下に設定しており、リフトオフの
発生は見られなかった。また、フィレット角度10°を
下回った場合も同様にリフトオフは発生しないものの、
はんだ付け部の形状が不安定となり、場合によっては、
はんだ付け不良が発生するものがあった。
【0017】図4に、ソルダレジストを塗布した電子部
品リード部の基板側のソルダレジスト塗布下端から基板
表面までの高さをHとし、駄肉幅CとHの関係から、は
んだ接合部の品質の良否を示した。駄肉幅Cを0.6m
m<C≦1.0mmの範囲で変化させて行った。その他
は、上記条件と同じとした。駄肉幅Cが0.75mm以
下では、基板ランド部の一部が接合されないはんだ接合
不良が発生した。駄肉幅Cが0.9mmを超える場合
は、はんだフィレット形状が不安定となり、リードとは
んだ界面形成が不十分な部位が部分的に存在した。基板
表面からソルダレジスト下端までの高さHは、本発明の
規定の範囲以下では接合不良が発生し、それ以上ではリ
ードとはんだ界面形成が不十分となった。
【0018】(実施例1〜6及び比較例1〜6)表1
に、本発明の実施例1〜6及び比較例1〜6で駄肉に接
したRの大きさを変化させた場合の接合部品品質を示し
た。各実施例及び比較例において、表1に示したよう
に、駄肉幅Cは、φ0.75〜0.90mmの範囲と
し、ソルダレジストを塗布した電子部品リード部の基板
側のソルダレジスト塗布下端から基板表面までの高さH
が、0.1〜0.36mmの範囲となるようにした。実
施例1〜6の範囲では、良好なはんだ接合品質が得られ
た。比較例1〜6の範囲では、はんだ溶接部に凹凸が発
生しており、外観品質上問題がある可能性があった。以
上の実施例から、鉛フリーはんだを使用したフロー工法
によるはんだ付けにおいても、良好な接合品質が得られ
ることがわかった。
【0019】
【表1】
【0020】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電子部品リード部とはんだ接合部フィレットを一定の形
状することとしたため、鉛フリーはんだ材料を使用し、
上記のような接合界面剥離の発生を抑制できるはんだ付
け構造及びはんだ付け方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】基板と電子部品リード部のはんだ接合部断面を
示した縦断面図である。
【図2】本発明のはんだ付け構造を示す縦断面図であ
る。
【図3】フィレット角度とリフトオフ高さとの関係を示
したグラフである。
【図4】電子基板表面からソルダレジスト下端までの高
さと電子部品リード部の駄肉幅との関係からはんだ接合
部の品質良否を示したグラフである。
【符号の説明】
A 電子部品リード部の直径 B 基板の取り付け穴の直径 C 電子部品リード部駄肉部分の直径 D 電子部品リード部駄肉部分のR形状 H 電子部品リード部のソルダレジスト塗布下端から
基板表面までの高さ W はんだ接合部の直径
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) B23K 101:42 B23K 101:42 (72)発明者 関戸 達哉 神奈川県横浜市神奈川区宝町2番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 萩原 哲也 神奈川県横浜市神奈川区宝町2番地 日産 自動車株式会社内 Fターム(参考) 5E319 AA02 AB01 AC01 BB01 BB08 CC33

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電子部品リード部と基板ランド部とを接
    合して通電させる鉛フリーはんだ接合部のフロー工法に
    よるはんだ付け構造であって、 上記電子部品リード部が、基板面に対して電子部品側
    に、凸な形状を有し、 上記電子部品リード部と上記基板ランド部とのはんだ接
    合部フィレット形状が、上記電子部品側の基板面に対し
    て、10°〜30°の傾きを有することを特徴とするは
    んだ付け構造。
  2. 【請求項2】 上記電子部品リード部の上記凸な形状
    が、上記電子部品リード部の軸心に対して垂直方向に包
    囲し、 且つ、上記基板面に対して電子部品側であって、上記電
    子部品リード部と上記基板ランド部とのはんだ接合部と
    上記電子部品との間に存在し、該はんだ接合部と接触す
    ることを特徴とする請求項1記載のはんだ付け構造。
  3. 【請求項3】 上記凸な形状を有する部分を除いた上記
    電子部品リード部のリード部軸心に垂直な方向の幅又は
    直径をAとし、 上記電子部品リード部を接合するための上記基板の取り
    付け穴の軸心に垂直な方向の幅又は直径をBとし、 上記電子部品リード部の上記凸な形状を有する部分のリ
    ード部軸心に対して垂直方向の幅又は直径をCとし、 1.5A≦C<Bを満たすことを特徴とする請求項1又
    は2記載のはんだ付け構造。
  4. 【請求項4】 上記電子部品リード部の上記凸な形状を
    有する部分が、上記凸な形状を有さない電子部品リード
    部と連続的に上記基板側に向かって勾配又はR形状を有
    し、この勾配又はR形状が、上記電子リード部の軸心に
    対して垂直方向に包囲することを特徴とする請求項1〜
    3のいずれか1つの項に記載のはんだ付け構造。
  5. 【請求項5】 上記電子部品リード部の上記凸な形状を
    有する部分が、上記はんだ接合フィレット形状を形成す
    る上記鉛フリーはんだと接触する位置から上記電子部品
    までの範囲にソルダレジストが塗布されていることを特
    徴とする請求項1〜4のいずれか1つの項に記載のはん
    だ付け構造。
  6. 【請求項6】 上記電子部品リード部の上記凸な形状を
    有する部分が、リード材と一体成形材料から成り、又は
    別体であってリード材と同材料から成り、 上記基板の取り付け穴の所定の位置に上記電子部品リー
    ド部を取り付け、フロー工法によるはんだ付けを行うこ
    とを特徴とする請求項1〜5のいずれか1つの項に記載
    のはんだ付け構造。
  7. 【請求項7】 請求項1〜6のいずれか1つの項に記載
    のはんだ付け構造を形成する接合方法であって、 Sn−Ag−Cu系鉛フリーはんだ材料を用いることを
    特徴とするはんだ付け方法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100497862B1 (ko) * 2000-12-19 2005-06-29 가부시끼가이샤 도시바 부품실장기판과 그 제조방법

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