JP2003181631A - 鉛フリーはんだを用いたフローはんだ付け方法およびその装置並びに実装構造体 - Google Patents

鉛フリーはんだを用いたフローはんだ付け方法およびその装置並びに実装構造体

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    • H01R4/625—Soldered or welded connections

Abstract

(57)【要約】 【課題】リフトオフという現象が生じるのを著しく低減
し、しかも接続部の高信頼性を確保できるようにした鉛
フリーはんだを使用して実装基板（挿入実装部品）への
フローはんだ付けを行う方法およびその装置を提供する
ことにある。 【解決手段】本発明は、実装部品のリードを上面側から
基板に形成されたスルーホールに挿入した実装基板１１
の下面を、前記チャンバー１内に設けられたフローはん
だ付け部３において溶融した鉛フリーはんだ噴流との接
触によってフローはんだ付けを行うフローはんだ付け工
程と、該フローはんだ付け工程で鉛フリーによるフロー
はんだ付けされて搬送される実装基板の下面に、前記チ
ャンバー内の不活性ガス雰囲気を循環冷却して前記チャ
ンバー内に前記フローはんだ付け部に隣接して設けられ
た吹き付け部４ａで吹き付けて冷却する冷却工程とを有
する鉛フリーはんだを用いたフローはんだ付け方法およ
びその装置である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、毒性の少ない鉛フ
リーはんだ合金を用いた電子回路基板の製造方法と、そ
の装置、及びこれを用いた実装構造体に関するものであ
る。この鉛フリーはんだ合金は、有機基板等の回路基板
への電子部品の接続に適用でき、２２０℃付近でのはん
だ付けに用いられているＳｎ−３７Ｐｂ（単位：質量
％）はんだの代替品である。
【０００２】
【従来の技術】Ｓｎ，Ａｇ，Ｃｕ，ＢｉおよびＺｎ等で
構成される一般的な鉛フリーはんだは、従来のＳｎ−Ｐ
ｂ系の鉛含有はんだと比べて回路基板上の銅電極への濡
れ性が悪く、これは鉛フリーはんだが大気中の酸素によ
る電極の酸化の影響を強く受けることが知られている。
【０００３】また、この濡れの悪さが、挿入実装部品を
基板に固定するスルーホールという銅電極を伴った貫通
穴の中のはんだの流れ込みのし易さに大きな影響を与え
ることも知られている。例えば、濡れが悪くなるとスル
ーホールへのはんだの流れ込み量が少なくなり、はんだ
はスルーホールを通して基板上面まで揚がらなくなり、
フローアップ率が低下することになる。このフローアッ
プ率は、基板下面からはんだが揚がったところまでの長
さを基板下面から基板上面までの長さで割った値で定義
される。このように、フローアップ率が低下すると、挿
入実装部品のリードを少ないはんだで固定することにな
るため、接続部の信頼性を低下させることになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、接続部の高
信頼化をはかるためにはこのフローアップ率がおおむね
８０％あれば良いとされている。そのため、鉛フリーは
んだ対応フローはんだ付け装置では、はんだ付けを酸素
濃度がおおむね１％以下の窒素等の不活性雰囲気で行う
必要があり、はんだ付け部は窒素等の不活性ガスを充満
させるための不活性ガス雰囲気チャンバー内で行うこと
が必要となる。
【０００５】また、鉛フリーはんだを使用して挿入実装
部品のフローはんだ付けを行うと、接続部のはんだが基
板の銅電極から剥がれるリフトオフという現象が起きる
ことがわかっており、これを抑制するためにははんだ付
け直後に基板を急冷する必要があるため大量の冷媒を吹
き付けなくてはいけないという課題がある。また、はん
だ付けを窒素等の不活性雰囲気内で行うため、この冷媒
はこの不活性雰囲気と同じ流体に限定されてしまうとい
う課題も有している。
【０００６】また、鉛フリーはんだを使用して挿入実装
部品のフローはんだ付けを行う装置において、多品種の
実装基板に対応できるように、フローはんだ付け条件を
頻繁に変更することも要求されてきてきる。
【０００７】本発明の目的は、上記課題を解決すべく、
リフトオフという現象が生じるのを著しく低減し、しか
も接続部の高信頼性を確保できるようにした鉛フリーは
んだを使用して実装基板（挿入実装部品）へのフローは
んだ付けを行う方法およびその装置を提供することにあ
る。
【０００８】また、本発明の他の目的は、リフトオフと
いう現象が生じるのを著しく低減し、しかも接続部の高
信頼性を確保でき、しかも、多品種の実装基板に対応で
きるようにフローはんだ付け条件を頻繁に変更可能に１
枚の実装基板の生産時間をできるだけ短くした鉛フリー
はんだを使用して実装基板（挿入実装部品）へのフロー
はんだ付けを行う装置およびその方法を提供することに
ある。
【０００９】また、本発明の他の目的は、リフトオフと
いう現象が生じるのを著しく低減し、しかも接続部の高
信頼性を確保でき、しかも、窒素等の不活性ガス雰囲気
を形成するチャンバーを小型化した鉛フリーはんだを使
用して実装基板（挿入実装部品）へのフローはんだ付け
を行う装置およびその方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、実装部品を上面側から基板に実装した
（例えば実装部品のリードを上面側から基板に形成され
たスルーホールに挿入した）実装基板を鉛フリーはんだ
を用いて不活性ガス雰囲気のチャンバー内でフローはん
だ付けする方法において、前記実装基板を前記チャンバ
ーの入口から搬入する搬入工程と、該搬入工程で搬入さ
れた実装基板の下面を、前記チャンバー内に設けられた
予備加熱部において予備加熱する予備加熱工程と、該予
備加熱工程で予備過熱されて搬送される実装基板の下面
を、前記チャンバー内に設けられたフローはんだ付け部
において溶融した鉛フリーはんだ噴流との接触によって
フローはんだ付けを行うフローはんだ付け工程と、該フ
ローはんだ付け工程で鉛フリーによるフローはんだ付け
されて搬送される実装基板の下面に、前記チャンバー内
の不活性ガス雰囲気を循環冷却して前記チャンバー内に
前記フローはんだ付け部に隣接して設けられた吹き付け
部で吹き付けて冷却する冷却工程と、該冷却工程で下面
が冷却された実装基板を前記チャンバーの出口から搬出
する搬出工程とを有することを特徴とする鉛フリーはん
だを用いたフローはんだ付け方法である。
【００１１】また、本発明は、実装部品を上面側から基
板に実装した（例えば、実装部品のリードを上面側から
基板に形成されたスルーホールに挿入した）実装基板を
鉛フリーはんだを用いて不活性ガス雰囲気のチャンバー
内でフローはんだ付けする装置において、前記実装基板
を、前記チャンバーの入口から出口へと搬送する搬送手
段を設け、該搬送手段で前記チャンバーの入口から搬入
された実装基板の下面を予備加熱する予備加熱部と、該
予備加熱部で予備過熱されて前記搬送手段で搬送される
実装基板の下面を溶融した鉛フリーはんだ噴流との接触
によってフローはんだ付けを行うフローはんだ付け部
と、該フローはんだ付け部で鉛フリーによるフローはん
だ付けされて前記搬送手段で搬送される実装基板の下面
に、前記チャンバー内の不活性ガス雰囲気を循環冷却し
て吹き付ける吹き付け部を有する冷却部とを前記チャン
バー内に設けたことを特徴とする鉛フリーはんだを用い
たフローはんだ付け装置である。
【００１２】また、本発明は、前記鉛フリーはんだを用
いたフローはんだ付け方法およびその装置において、更
に、前記搬入工程の前に、前記実装基板の下面にフラッ
クスを塗布するフラックス塗布工程を有することを特徴
とする。
【００１３】また、本発明は、前記鉛フリーはんだを用
いたフローはんだ付け方法およびその装置における、前
記冷却工程において、前記吹き付け部に隣接して不活性
ガスを吸い込む吸気口を設けて該吸気口から前記吹き付
け部へと前記チャンバー内の不活性ガス雰囲気を循環冷
却して吹き付けることを特徴とする。また、本発明は、
前記鉛フリーはんだを用いたフローはんだ付け方法およ
びその装置における、前記冷却工程において、前記吹き
付け部から前記実装基板の下面への冷却された不活性ガ
スの吹き付けを断続的に行うことを特徴とする。また、
本発明は、前記鉛フリーはんだを用いたフローはんだ付
け方法およびその装置における、前記冷却工程において、
前記不活性カ゛ス雰囲気の循環冷却を送風機および冷却装
置により行うことを特徴とする。また、本発明は、前記
鉛フリーはんだを用いたフローはんだ付け方法およびそ
の装置において、前記チャンバーの入口および出口に、
実装基板を搬送可能で、少なくとも冷却時には前記チャ
ンバー内に大気の流入を抑制する機構若しくは装置を設
けたことを特徴とする。また、本発明は、前記鉛フリー
はんだを用いたフローはんだ付け方法およびその装置に
おいて、前記チャンバーの入口および出口に、前記チャ
ンバー内に大気の流入を抑制する不活性ガスカーテンを
設けたことを特徴とする。また、本発明は、前記鉛フリ
ーはんだを用いたフローはんだ付け方法およびその装置
において、前記実装基板を搬送ホルダーに搭載して搬送
し、該搬送ホルダーが前記チャンバーの入口および出口
に位置するとき前記チャンバー内に大気の流入を抑制す
るように構成したことを特徴とする。
【００１４】また、本発明は、前記鉛フリーはんだを用
いたフローはんだ付け方法およびその装置において、前
記実装基板を搬送ホルダーに搭載して前記搬送手段によ
り搬送するように構成し、該搬送ホルダーが前記チャン
バーの入口および出口に待機できるステーションを設け
たことを特徴とする。また、本発明は、前記鉛フリーは
んだを用いたフローはんだ付け方法およびその装置にお
いて、前記実装基板を搬送ホルダーに搭載して前記搬送
手段として搬送コンベアにより搬送するように構成し、
前記搬送ホルダーにおいて前記搬送コンベアの移動に伴
って生じる形状の変化に倣う構造を有することを特徴と
する。
【００１５】また、本発明は、前記鉛フリーはんだを用
いたフローはんだ付け方法およびその装置において、前
記搬送ホルダーを搬送する搬送手段（搬送コンベア）の
たるみ等により搬送ホルダーと搬送手段との接触が不十
分となることによる搬送ホルダーのすべりを低減し、搬
送不良を防止するために、搬送ホルダーにおける搬送手
段との接触部分が搬送手段のたるみ等の形状（搬送手段
の移動に伴って生じる形状の変化）に倣う構造を有する
ことを特徴とする。また、本発明は、前記鉛フリーはん
だを用いたフローはんだ付け方法を用いてフローはんだ
付けを行った実装構造体である。
【００１６】以上説明したように、本発明によれば、実
装基板の下面冷却時にチャンバー内に発生する不活性ガ
ス雰囲気の流れや、チャンバーの入口と出口付近の大気
の流れをできるだけ小規模化することができ、しかも実
装基板の下面の冷却を効率よく行うことができ、リフト
オフという現象が生じるのを著しく低減し、しかも接続
部の高信頼性を確保できる効果が得られる。
【００１７】
【発明の実施の形態】本発明に係る鉛フリーはんだを用
いたフローはんだ付け方法およびその装置の実施の形態
について、図面を用いて説明する。
【００１８】本発明は、図１〜図５、図８に示すよう
に、不活性雰囲気チャンバー１内への大気吸い込みの主
原因となっている基板１１の下面を冷却するときに、チ
ャンバー１内に発生する不活性雰囲気の流れや、チャン
バー１に設けられた基板１１の入口１ａと出口１ｂの付
近の大気の流れをできるだけ小規模化するものである。
【００１９】そこで、本発明に係る鉛フリーはんだを用
いたフローはんだ付け装置は、挿入実装部品（図示せ
ず）のリードを基板の上面側より挿入された実装基板１
１を搬送する基板搬送コンベア２１と、該基板搬送コン
ベア２１で搬送される実装基板１１の上面および下面を
取り囲むように、窒素ガス等の不活性ガス雰囲気で構成
されるチャンバー１とが設けられる。該チャンバー１の
入口１ａおよび出口１ｂの各々の近傍には、上面側に櫛
歯状の拡散防止フィン１ｃ、１ｄが設けられ、下面側に
櫛歯状の拡散防止フィン１ｅ、１ｆが設けられている。
実装基板１１の上面側には、挿入実装部品のリードが基
板に挿入されている関係で、実装基板１１が通れるよう
に上面側の拡散防止フィン１ｃ、１ｄの下端と基板搬送
コンベア２１との間隙を広く形成している。下面側の拡
散防止フィン１ｅ、１ｆの上端と基板搬送コンベア２１
との間隙を狭く形成している。フラックス塗布工程でフ
ラックスが塗布された実装基板１１は、基板搬送コンベ
ア２１によって入口１ａから不活性ガス雰囲気内のチャ
ンバー１内に搬入される。
【００２０】ヒータ（基板予備加熱部）２は、フラック
スが塗布されて搬入された実装基板１１の下面を予備加
熱するもので、チャンバー１内の実装基板１１の下面側
に設けられる。
【００２１】フローはんだ付け部３は、上記ヒータ２に
よって予備加熱された実装基板１１の下面を鉛フリーの
はんだ噴流を用いてフローはんだ付けするものであり、
溶融はんだを噴出させてはんだ付け部を荒らす一次側の
ノズル部３ａと、溶融はんだを形成する溶融はんだ部３
ｂとで構成される。即ち、フローはんだ付け部３は、溶
融した鉛フリーはんだ噴流を実装基板１１の下面に接触
させてフローはんだ付けを行う。
【００２２】基板下面冷却部４は、フローはんだ付け部
３でフローはんだ付けされた実装基板１１の下面にチャ
ンバー１内の不活性ガスを吹き付けて冷却するもので、
図１〜図５に示すように、チャンバー１に１つの吹き付
けノズル４ａを２つの吸気口４ｂで挟み込んだもので構
成され、フローはんだ付け部３に隣接して取り付けられ
る。このように、基板下面冷却部４における吹き付けノ
ズル４ａ、および吸気口４ｂの開口部形状は、ともに長
方形となっている。
【００２３】この構造により、吹き付けノズル４ａから
出た窒素等の不活性ガスは、実装基板１１の下面を冷却
後、すぐに吹き付けノズル４ａの両隣にある吸気口４ｂ
から送風機４ｃによって回収され、チラー(冷却装置)４
ｄ等によって冷却後、再び実装基板１１の下面の冷却に
再利用されることになる。
【００２４】ただし、実装基板１１の下面の冷却で、リ
フトオフを抑制するためには、冷媒が室温の窒素の場
合、毎分数ｍ3程度の流量が必要であり、これを常時行
うことはチャンバー１内の不活性雰囲気を安定させるの
を妨げることになるため、この実装基板１１の下面の冷
却は、実装基板１１がフローはんだ付け部３にてはんだ
付けを行われた直後から一定時間行う断続使用とするこ
とが望ましい。
【００２５】また、この実装基板１１の下面冷却機構４
の断続使用に伴い、送風機４ｃのスイッチをオン・オフ
する必要が生じることになる。しかし、これによりスイ
ッチをオンにしてから風量が安定するまでの時間やスイ
ッチをオフにしてから風量が０になるまでの時間も使用
することになり、冷却効率が悪くなる。
【００２６】そのため、図２に示すように、上記吹き付
けノズル４ａにシャッター４ｅを設け、あらかじめ実装
基板１１の下面の冷却部４に実装基板がさしかかる数秒
前に、送風機４ｃのスイッチをオンにしておき、実装基
板１１の前縁が冷却部４にさしかかると同時に上記シャ
ッター４ｅを開き、実装基板１１の後縁が冷却部４を通
過すると同時に上記シャッター４ｅを閉じ、送風機４ｃ
のスイッチをオフにする構造とするのが望ましい。
【００２７】次に、実装基板２１の下面冷却時におい
て、図４に示すように、実装基板１１が搬入されるチャ
ンバー１の入口１ａや搬出される出口１ｂに大気の吸い
込みを抑制する開閉弁若しくは開閉シャッター１ｇを閉
じて、チャンバー１の内部を外部と遮断して密閉するこ
とにより、チャンバー１の入口１ａと搬出される出口１
ｂの付近における大気の流れをできるだけ少なくして、
拡散防止フィン１ｃ〜１ｆの基板搬送方向の長さを短く
して不活性ガス雰囲気にするチャンバー１を小規模にす
ることができる。
【００２８】図５の場合は、チャンバー１の入口１ａお
よび出口１ｂに、不活性ガス発生ノズル１ｈを設けて、
チャンバー１の内部を外部と遮断すべく、窒素等の不活
性ガスカーテンを構成したものである。
【００２９】また、図６に示すような基板ホルダー１０
１を使用して基板１１を搬送する場合は、図７に示すよ
うに、大気の吸い込みを抑制する弁１０１ｂ等を上記基
板搬送ホルダー側に設け、基板搬送ホルダー１０１内の
実装基板１１がはんだ付けされる際、他のホルダー１０
１の内、２個のホルダー１０１がそれぞれチャンバー１
の入口１ａおよび出口１ｂに設けられたステーション２
２にて待機するか、あるいは１個のホルダー１０１がチ
ャンバー１の入口１ａあるいは出口１ｂに設けられたス
テーション２２にて待機することにより、不活性ガス雰
囲気のチャンバー１の内部を外部から遮断することが可
能となる。
【００３０】図８は、基板搬送ホルダー１０１内の実装
基板１１がはんだ付け部３ではんだ付けされる際、２個
の基板搬送ホルダー１０１がそれぞれチャンバー１の入
口１ａおよび出口１ｂに設けられたステーション２２に
て待機している様子を示す。
【００３１】しかし、以上のような方法で基板搬送ホル
ダー１０１がはんだ付け装置内の搬送コンベア２１上で
発進、停止を繰り返す場合、基板搬送ホルダー１０１が
搬送コンベアの動きの変化に追従できず、基板搬送ホル
ダー１０１がすべりを起こすことが考えられる。これ
は、搬送コンベア２１にたるみ等が発生するためであ
り、これにより基板搬送ホルダー１０１と搬送コンベア
２１との接触が不十分となるからである。
【００３２】また、このすべりは、ブリッジという微細
はんだ付け部におきるショートを防止するために意図的
にはんだ付け部３の搬送コンベア２１に登り勾配を設け
ている装置の場合に起きやすくなる。そこで、このすべ
りを防止するには、基板搬送ホルダー１０１における搬
送コンベア２１との接触部分が、搬送コンベア２１のた
るみ等の形状に倣う構造をもつ必要がある。また、基板
搬送ホルダー１０１を２本のチェーン型搬送コンベアを
使って搬送する場合には、各コンベアのたるみ量に差異
が生じ各コンベアの平行度が損なわれることもあり、こ
のことも基板搬送ホルダー１０１と上記チェーン型搬送
コンベアとの接触を不十分にする原因となる。
【００３３】そこで、図９に示すように、基板搬送ホル
ダー１０１の搬送コンベア接触部１０１ａの片方を、可
動式の接触部１０１ｃで構成することにより、２本の搬
送コンベアの平行度が損なわれた場合でも、基板搬送ホ
ルダー１０１と搬送コンベア２１との接触を十分に確保
することが可能となる。
【００３４】また、図１０に示す構成において、図１に
示す構成と相違する点は、吸気口４ｂ’をフローはんだ
付け部３の真上の実装基板１１の上面側に設け、該吸気
口４ｂを送風機４ｃと接続するように構成した。なお、
吹き付けノズル４ａは、図１に示すのと同様に、フロー
はんだ付け部３に近接して設けた。その結果、チャンバ
ー１内の窒素等の不活性ガスは、フローはんだ付け部３
の直上の吸気口４ｂ’から送風機４ｃによって回収さ
れ、チラー(冷却装置)４ｄ等によって冷却後、実装基板
１１の下面の冷却に利用されることになる。なお、この
構成においても、図２および図３に示すように、吸気口
４ｂ’および吹き付けノズル４ａにシャッター４ｅを設
けてもよい。また、図４および図５に示すように、チャ
ンバー１の入口１ａおよび出口１ｂに開閉弁若しくは開
閉シャッター１ｇおよび／または不活性ガスシャワー１
ｈを設けてもよい。
【００３５】
【実施例】［第１の実施例］使用した基板１１ａは、厚
さ１．６ｍｍ程度、層数１２、スルーホール内径０．８
ｍｍ程度である。また、この基板１１ａには、先の工程
でＱＦＰ（Quad Flatpack Package）−ＬＳＩ等が接続
されている。次に、フローはんだ付けされるプラスチッ
ク製コネクタ、４００ピンＰＧＡ（Pin Grid Array pac
kage）−ＬＳＩ等の端子を、基板１１ａの上面からスル
ーホールへと差し込み、取り付けた。以上により、フロ
ーはんだ付けされる実装基板１１が用意され、フローは
んだ付け装置の前工程であるフラックス塗布工程におい
て実装基板１１のフローはんだ付け部にフラックスが塗
布されることになる。
【００３６】そして、使用した本発明に係るフローはん
だ付け装置は、実装基板１１をホルダーを介さず直接搬
送するタイプのものとし、実装基板１１は、フラックス
塗布部（図示せず）、図１０に示すように、フローはん
だ付け装置を構成すべくチャンバー１内に設けられた基
板予備加熱部２、フローはんだ付け部３、基板下面冷却
部４の順に通過するようになっている。また、チャンバ
ー１は、基板予備加熱部２、フローはんだ付け部３、お
よび基板下面冷却部４を包み込む構造となっている。
【００３７】他、フローはんだ付けに関する条件は次の
とおりである。フラックス塗布方法は、スプレー式と
し、基板単位面積当たりの塗布量は１５０ｃｃ／ｍ2で
ある。基板予備加熱は、基板予備加熱部２において、３
００℃程度のシーズヒータにて約３０秒間行われた。フ
ローはんだ付け部３において、フローはんだ付けに使用
したはんだ組成は、鉛フリーであるＳｎ−３Ａｇ−０．
５Ｃｕ（単位：ｍａｓｓ％）、はんだ温度は２５０℃程
度である。
【００３８】基板下面冷却部４において、使用される冷
却風はチャンバー内の窒素雰囲気を利用して行うことと
し、冷却風は、図１０に示すように、フローはんだ付け
部３の直上である実装基板１１の上面側のチャンバーに
設けられた吸気口４ｂ’から吸引したチャンバー内の窒
素雰囲気を送風機４ｃで送風し、チラー４ｄによって室
温まで冷却したものをフローはんだ付け部３に隣接して
設けられた冷却風吹き付けノズル４ａから実装基板１１
に吹き付けることとした。また、この冷却は、実装基板
１１が冷却部４に存在する間行われ、その流量は２ｍ3
／分程度とした。また、基板搬送コンベア２１の速度は
全工程で１．２ｍ／分とした。
【００３９】この結果、フローはんだ付けされた４００
ピンＰＧＡ−ＬＳＩの接続部のリフトオフ発生率は約
０．１％、プラスチック製コネクタでは約０．５％とな
ることがわかった。
【００４０】また、フローはんだ付け時のチャンバー内
酸素濃度は、目標１００００ｐｐｍ（１％）に対して約
８０００ｐｐｍで、目標をかろうじて満足する結果が得
られた。その結果、濡れ性の指標である目標フローアッ
プ率８０％に到達しない接続部が、約１０％存在した。
フローアップ率は、スルーホールの長さ（ほぼ基板の板
厚に相当する。）を１００％としたフローはんだの濡れ
性の指標である。目標フローアップ率８０％は、スルー
ホールの長さの８０％がフローはんだでぬれることを意
味する。そして、この濡れ性は、チャンバー内酸素濃度
に関係することになる。
【００４１】［第２の実施例］第２の実施例において、
上記第1の実施例と相違する点は、図２および図３に示
す基板下面冷却部４を使用したことにある。
【００４２】基板予備加熱は、第1の実施例と同様に、
３００℃のシーズヒータにて約３０秒間行われた。ま
た、第1の実施例と同様に、フローはんだ付けに使用し
たはんだ組成は、鉛フリーであるＳｎ−３Ａｇ−０．５
Ｃｕ（単位：ｍａｓｓ％）、はんだ温度は２５０℃であ
る。
【００４３】そして、図２および図３に示すように、基
板下面冷却部４に使用される冷却風はチャンバー内の窒
素雰囲気を利用して行うこととし、冷却風は、チャンバ
ー１に接続された２つの吸気口４ｂから吸引した雰囲気
を送風機４ｃで送風し、チラー４ｄにて室温まで冷却し
たものをチャンバー１に接続された冷却風吹き付けノズ
ル４ａから実装基板１１の下面に吹き付けることとし、
冷却風吹き付けノズル４ａは２つの吸気口４ｂに挟まれ
た構造となっている。また、この冷却は、第1の実施例
と同様に、実装基板１１が冷却部４に存在する間行わ
れ、その流量は２ｍ3／分とした。また、基板搬送コン
ベア２１の速度は第1の実施例と同様にした。その結
果、フローはんだ付けされた４００ピンＰＧＡ−ＬＳＩ
の接続部のリフトオフ発生率は約０．１％、プラスチッ
ク製コネクタでは約０．５％となることがわかった。
【００４４】また、２つの吸気口４ｂを冷却風吹き付け
ノズル４ａの両側に設けたことにより、はんだ付け時の
チャンバー内酸素濃度は、目標１００００ｐｐｍ（１
％）に対して約５０００ｐｐｍで、充分目標を満足させ
ることができた。その結果、めれ性の指標である目標フ
ローアップ率８０％に到達しない接続部を、第1の実施
例に比べて、約５％と半減することができた。
【００４５】［第３の実施例］第３の実施例において、
第２の実施例と相違する点は、図４または図５に示すよ
うに、チャンバー１の入口１ａと出口１ｂの両方に窒素
カーテン１ｈまたはシャッター１ｇを取り付けたことに
ある。
【００４６】基板予備加熱は、第１および第２の実施例
と同様に、３００℃のシーズヒータにて約３０秒間行わ
れた。そして、第１および第２の実施例と同様に、フロ
ーはんだ付けに使用したはんだ組成は、鉛フリーである
Ｓｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕ（単位：ｍａｓｓ％）、はん
だ温度は２５０℃である。実装基板１１の下面の冷却
は、第２の実施例と同様に行われた。また、基板搬送コ
ンベア２１の速度も、第１および第２の実施例と同様に
した。その結果、フローはんだ付けされた４００ピンＰ
ＧＡ−ＬＳＩの接続部のリフトオフ発生率は約０．１
％、プラスチック製コネクタでは約０．５％となること
がわかった。
【００４７】また、はんだ付け時のチャンバー内酸素濃
度は、チャンバー出口１ａと入口１ｂに設置した窒素カ
ーテン１ｈを常時使用し、シャッター１ｇを常時開けた
状態で目標１００００ｐｐｍに対して一桁低い約１００
０ｐｐｍが得られ、チャンバー入口１ａと出口１ｂに設
置した窒素カーテン１ｈを常時不使用とし、実装基板１
１または実装基板を搭載した基板搬送ホルダー１０１が
チャンバー入口１ａと出口１ｂを通過する時のみシャッ
ター１ｇを開けると目標１００００ｐｐｍに対して約５
％の低い約５００ｐｐｍが得られた。その結果、濡れ性
の指標である目標フローアップ率８０％に到達しない接
続部を、第２の実施例に比べて、約３％と更に低減する
ことができた。
【００４８】［第４の実施例］第４の実施例において、
第２の実施例と相違する点は、図８に示すように、実装
基板１１を基板搬送ホルダー１０１で搬送する方式にし
て、チャンバー１の入口１ａおよび出口１ｂにおいて待
機する基板搬送ホルダー１０１でチャンバー内に大気の
入り込みを抑制するように構成することにある。
【００４９】フローはんだ付け装置としては、実装基板
１１を基板搬送ホルダー１０１で搬送する方式のもので
ある。そして、基板装着部（図示せず）にて、実装基板
１１を基板搬送ホルダー１０１に装着後、実装基板１１
は基板搬送ホルダー１０１と共に搬送されてフラックス
塗布部（図示せず）を経て、チャンバー１の入口１ａに
到達し、次いで、チャンバー1内の基板予備加熱部２、
フローはんだ付け部３、基板下面冷却部４を経てチャン
バー１の出口１ｂから搬出され、再び上記基板装着部に
戻るようになっている。
【００５０】また、基板予備加熱、フローはんだ付けお
よび基板下面冷却の３つの工程は、図８に示すように、
一本の独立制御可能なコンベア２１上で行われ、そして
このコンベア２１は１つのチャンバー１によって囲まれ
ている。そして、コンベア２１の両端すなわちチャンバ
ー入口１ａと出口１ｂには、基板搬送ホルダー１０１が
停留できるステーション２２が設けられている。これに
より、まず、フローはんだ付けを行う実装基板１１を搬
送しているホルダー（これをホルダーＡとする。）１０
１がチャンバー１に入る前はチャンバー入口１ａと出口
１ｂの２箇所のステーション２２にホルダー１０１が存
在し、チャンバー１への大気の入り込みを抑制してい
る。
【００５１】次に、ホルダーＡがチャンバー入口１ａに
近づくと、チャンバー出口１ｂにて待機していたホルダ
ー１０１は基板装着部（図示せず）へ向けて動き出し、
チャンバー入口１ａのステーション２２にて待機してい
たホルダー１０１は、こんどはチャンバー出口１ｂへ向
けて動き出し、そこで待機する。また、ホルダーＡの後
ろからは、別のホルダーがホルダーＡの追従を開始す
る。
【００５２】そして、ホルダーＡがチャンバー内へ入り
込み、フローはんだ付けが行われると、追従していたホ
ルダーはチャンバー入口１ａのステーション２２にて待
機する。そして、この追従していたホルダー１０１に実
装基板１１が搬送されているなら、この後、チャンバー
内でホルダーＡの場合と同様にフローはんだ付けが行わ
れていく。このため、ホルダー１０１がチャンバー１内
に存在するときには、低酸素濃度を維持してはんだ付け
を行うことが可能となる。
【００５３】基板予備加熱は、第１〜第３の実施例と同
様に、３００℃のシーズヒータにて行うこととし、この
シーズヒータ上に実装基板１１を最短で３０秒間、最長
で５０秒間の任意の時間停留させることによって行う。
なお、停留時間は実装基板１１の熱容量によって決まる
ものであり、熱容量が大きい実装基板ほど長くなる。フ
ローはんだ付けに使用したはんだ組成およびはんだ温度
は、第１〜第３の実施例と同様である。基板下面冷却
も、第２および第３の実施例と同様に行う。
【００５４】さらに、フローはんだ付け部３から基板下
面冷却部４までの基板搬送コンベアの速度は最低で１．
２ｍ／分、最高で１．６ｍ／分で任意の速度で搬送可能
にした。なお、この搬送速度は実装基板１１の耐熱性に
よって決まるものであり、実装基板にフローはんだ付け
の熱影響を受けて壊れやすい部品等があると、基板搬送
速度を高くして実装基板が溶融はんだから受ける総熱量
を小さくしなければならない。
【００５５】ここで、前述した３種類の基板はんだ付け
条件を表１に示す。
【００５６】
【表１】 この結果、実装基板のはんだ付けにおけるサイクルタイ
ムは約２分となり、約２分ごとに基板予備加熱条件や、
基板搬送速度条件の異なる多種の基板を連続的に生産す
ることができた。また、それぞれの実装基板にフローは
んだ付けされた４００ピンＰＧＡ−ＬＳＩの接続部のリ
フトオフ発生率は約０．１％、プラスチック製コネクタ
では平均で約０．５％となることがわかった。そして、
はんだ付け時のチャンバー内酸素濃度を約５０００ｐｐ
ｍ以下にして、目標フローアップ率８０％に到達しない
接続部を平均で約５％に抑えることが可能であることも
わかった。
【００５７】［第５の実施例］第５の実施例において、
第４の実施例と相違する点は、図９に示すように、基板
ホルダー１０１における搬送コンベアとの接触部分１０
１ａの片方を、可動式の接触部１０１ｃで構成すること
により、搬送コンベア２１のたるみ等の形状（搬送コン
ベア２１の移動に伴って生じる形状の変化）に倣う構造
を採用し、基板搬送ホルダー１０１を搬送する搬送コン
ベア２１のたるみ等の形状の変化により基板搬送ホルダ
ーと搬送コンベアとの接触が不十分となることによる基
板搬送ホルダーのすべりを低減し、搬送不良を防止する
ことにある。
【００５８】実施例４の場合では、この基板搬送ホルダ
ーにすべりが生じ、基板搬送速度が不均一となることが
ある。そして、これがフローはんだ付け部３にてはんだ
付けが行われている最中に起きると、基板のある部分に
おいて遅い搬送速度ではんだ付けが行われてしまい、そ
の部分にはんだから過剰な熱量が供給されることにな
る。その結果、厚さ１．６ｍｍ、層数１２、スルーホー
ル内径０．８ｍｍであり、先の工程でＱＦＰ−ＬＳＩ等
が接続されている基板に、基板搬送速度設定値を１．２
ｍ／分とし、はんだ温度２５０℃でフローはんだ付けを
した場合、該ＱＦＰ−ＬＳＩの剥がれが０．５％程度の
確率で発生した。
【００５９】また、剥がれの生じた接続部にははんだ中
のＳｎ、Ａｇと、ＱＦＰ−ＬＳＩのリードに含まれてい
るＰｂによって構成される低融点相が偏析しており、こ
の部分には、はんだから過剰な熱量が供給されているこ
とがわかった。そこで、前述の方法により改良を施した
基板搬送ホルダー１０１を用いてフローはんだ付けを行
った。その結果、該ＱＦＰ−ＬＳＩの剥がれの発生確率
は０．１％以下に低減した。
【００６０】以上説明したように、本発明に係る実施の
形態によれば、実装基板下面に冷却風を吹き付ける吹き
付けノズル４ａと、冷却用の窒素等の不活性雰囲気をチ
ャンバー１から吸引する吸気口４ｂとを隣接させる方法
や、チャンバー１の入口１ａや出口１ｂに弁、シャッタ
ー１ｇあるいは窒素等の不活性ガスのカーテン１ｈを用
いる方法、さらには、チャンバー１の入口１ａや出口１
ｂから大気が入り込むのを抑制する弁１０１ｂ等を基板
搬送ホルダー１０１に設け、１個の基板搬送ホルダー内
の実装基板１１がフローはんだ付けされる際、他のホル
ダーの内、２個のホルダーがそれぞれチャンバーの入口
１ａおよび出口１ｂに設けられたステーション２２にて
待機するか、あるいは１個のホルダー１０１がチャンバ
ーの入口１ａあるいは出口１ｂに設けられたステーショ
ン２２にて待機する方法により、鉛フリーはんだを使用
したフローはんだ付けに適した酸素濃度約１％以下の不
活性雰囲気をはんだ付け部にて実現することが可能とな
る。
【００６１】また、本発明に係る実施の形態によれば、
安定した窒素等の不活性雰囲気の中でのはんだ付けやリ
フトオフ等の対策が必要な鉛フリーはんだのフローはん
だ付けに対応しながら、基板のはんだ付け条件変更を頻
繁に行う場合において、装置フローはんだ付け部を取り
囲む窒素等の不活性ガス雰囲気のチャンバーを上記の如
く小型化することによって、実装基板が装置内に長く留
まらないようにして、回路基板の多品種の生産を行うた
めに１枚の基板生産時間をできるだけ短くすることが可
能となる。
【００６２】
【発明の効果】本発明によれば、鉛フリーはんだを使用
して実装基板（挿入実装部品）へのフローはんだ付けを
行う際、リフトオフという現象が生じるのを著しく低減
し、しかも接続部の高信頼性を確保することができる効
果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る鉛フリーはんだを使用したフロー
はんだ付け装置の第２の実施例である一つの吹き付け部
（例えば吹き付けノズル）を２つの吸気口で挟み込んだ
構造の基板下面冷却部を持つ不活性ガス雰囲気チャンバ
ーの側面図である。
【図２】本発明に係るシャッターを設けた基板下面冷却
部を示す側面図である。
【図３】図２の平面図である。
【図４】本発明に係る鉛フリーはんだを使用したフロー
はんだ付け装置の第３の実施例である大気の吸い込みを
抑制する弁若しくはシャッターを不活性ガス雰囲気チャ
ンバーの入口と出口に取り付けた状態を示す側面図であ
る。
【図５】本発明に係る鉛フリーはんだを使用したフロー
はんだ付け装置の第３の実施例である大気の吸い込みを
抑制する不活性ガスカーテンを不活性ガス雰囲気チャン
バーの入口と出口に取り付けた状態を示す側面図であ
る。
【図６】基板搬送ホルダーの概略図である。
【図７】大気の吸い込みを抑制する弁を取り付けた基板
搬送ホルダーの概略図である。
【図８】本発明に係る鉛フリーはんだを使用したフロー
はんだ付け装置の第３の実施例である大気の吸い込みを
抑制する弁を取り付けた基板搬送ホルダーが不活性ガス
雰囲気チャンバーの入口と出口のステーションにて待機
している様子を示した側面図である。
【図９】２本の搬送コンベアの平行度が損なわれた場合
にも基板搬送ホルダーと搬送コンベアとの接触を十分に
確保するために片方の搬送コンベア接触部を可動式とし
た基板搬送ホルダーの概略図である。
【図１０】本発明に係る鉛フリーはんだを使用したフロ
ーはんだ付け装置の第１の実施例である基板下面冷却部
を持つ不活性ガス雰囲気チャンバーの側面図である。
【符号の説明】
１…不活性ガス雰囲気チャンバー、１ａ…チャンバーの
入口、１ｂ…チャンバーの出口、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１
ｆ…拡散防止フィン、１ｇ…弁またはシャッター、１ｈ
…不活性ガスカーテン、２…基板予備加熱部、３…フロ
ーはんだ付け部、３ａ…溶融はんだ、４…基板下面冷却
部、４ａ…吹き付けノズル（吹き付け部）、４ｂ…吸気
口、４ｃ…送風機、４ｄ…チラー、４ｅ…シャッター、
１１…実装基板、２１…基板搬送コンベア（搬送手
段）、２２…ステーション、１０１…基板搬送ホルダ
ー、１０１ａ…搬送コンベア接触部、１０１ｂ…弁、１
０１ｃ…搬送コンベア可動式接触部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大村 智之 神奈川県横浜市戸塚区戸塚町216番地 株 式会社日立製作所通信事業部内 (72)発明者 中野 朝雄 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 Ｆターム(参考） 4E080 AA01 AB05 AB06 BA07 5E319 AA03 AC01 BB01 CC24 CD35 GG03

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】実装部品を上面側から基板に実装した実装
    基板を鉛フリーはんだを用いて不活性ガス雰囲気のチャ
    ンバー内でフローはんだ付けする方法において、 前記実装基板を、前記チャンバーの入口から搬入する搬
    入工程と、 該搬入工程で搬入された実装基板の下面を、前記チャン
    バー内に設けられた予備加熱部において予備加熱する予
    備加熱工程と、 該予備加熱工程で予備過熱されて搬送される実装基板の
    下面を、前記チャンバー内に設けられたフローはんだ付
    け部において溶融した鉛フリーはんだ噴流との接触によ
    ってフローはんだ付けを行うフローはんだ付け工程と、 該フローはんだ付け工程で鉛フリーによるフローはんだ
    付けされて搬送される実装基板の下面に、前記チャンバ
    ー内の不活性ガス雰囲気を循環冷却して前記チャンバー
    内に前記フローはんだ付け部に近接あるいは隣接して設
    けられた吹き付け部で吹き付けて冷却する冷却工程と、 該冷却工程で下面が冷却された実装基板を前記チャンバ
    ーの出口から搬出する搬出工程とを有することを特徴と
    する鉛フリーはんだを用いたフローはんだ付け方法。
  2. 【請求項２】更に、前記搬入工程の前に、前記実装基板
    にフラックスを塗布するフラックス塗布工程を有するこ
    とを特徴とする請求項１記載の鉛フリーはんだを用いた
    フローはんだ付け方法。
  3. 【請求項３】前記冷却工程において、前記吹き付け部に
    近接あるいは隣接して不活性ガスを吸い込む吸気口を設
    けて該吸気口から前記吹き付け部へと前記チャンバー内
    の不活性ガス雰囲気を循環冷却して吹き付けることを特
    徴とする請求項１記載の鉛フリーはんだを用いたフロー
    はんだ付け方法。
  4. 【請求項４】前記冷却工程において、前記吹き付け部か
    ら前記実装基板の下面への冷却された不活性ガスの吹き
    付けを断続的に行うことを特徴とする請求項１または２
    または３記載の鉛フリーはんだを用いたフローはんだ付
    け方法。
  5. 【請求項５】前記冷却工程において、前記不活性ガス雰
    囲気の循環冷却を送風機および冷却装置により行うこと
    を特徴とする請求項１または２または３または４記載の
    鉛フリーはんだを用いたフローはんだ付け方法。
  6. 【請求項６】前記チャンバーの入口および出口に、実装
    基板を搬送可能で、少なくとも冷却時には前記チャンバ
    ー内に大気の流入を抑制する機構若しくは装置を設けた
    ことを特徴とする請求項１または２または３または４記
    載の鉛フリーはんだを用いたフローはんだ付け方法。
  7. 【請求項７】前記チャンバーの入口および出口に、前記
    チャンバー内に大気の流入を抑制する不活性ガスカーテ
    ンを設けたことを特徴とする請求項１または２または３
    または４記載の鉛フリーはんだを用いたフローはんだ付
    け方法。
  8. 【請求項８】前記実装基板を搬送ホルダーに搭載して搬
    送し、該搬送ホルダーが前記チャンバーの入口および出
    口に位置するとき前記チャンバー内に大気の流入を抑制
    するように構成したことを特徴とする請求項１または２
    または３または４記載の鉛フリーはんだを用いたフロー
    はんだ付け方法。
  9. 【請求項９】請求項１乃至８の何れか一つに記載の鉛フ
    リーはんだを用いたフローはんだ付け方法を用いてフロ
    ーはんだ付けを行った実装構造体。
  10. 【請求項１０】実装部品を上面側から基板に実装した実
    装基板を鉛フリーはんだを用いて不活性ガス雰囲気のチ
    ャンバー内でフローはんだ付けする装置において、 前記実装基板を、前記チャンバーの入口から出口へと搬
    送する搬送手段を設け、 該搬送手段で前記チャンバーの入口から搬入された実装
    基板の下面を予備加熱する予備加熱部と、該予備加熱部
    で予備過熱されて前記搬送手段で搬送される実装基板の
    下面を溶融した鉛フリーはんだ噴流との接触によってフ
    ローはんだ付けを行うフローはんだ付け部と、該フロー
    はんだ付け部で鉛フリーによるフローはんだ付けされて
    前記搬送手段で搬送される実装基板の下面に、前記チャ
    ンバー内の不活性ガス雰囲気を循環冷却して吹き付ける
    吹き付け部を有する冷却部とを前記チャンバー内に設け
    たことを特徴とする鉛フリーはんだを用いたフローはん
    だ付け装置。
  11. 【請求項１１】更に、前記チャンバーに実装基板を搬入
    する前に、前記実装基板にフラックスを塗布するフラッ
    クス塗布装置を設けたことを特徴とする請求項１０記載
    の鉛フリーはんだを用いたフローはんだ付け装置。
  12. 【請求項１２】前記冷却部において、前記吹き付け部に
    近接あるいは隣接して不活性ガスを吸い込む吸気口を設
    けたことを特徴とする請求項１０記載の鉛フリーはんだ
    を用いたフローはんだ付け装置。
  13. 【請求項１３】前記冷却部において、前記吹き付け部か
    ら前記実装基板の下面への冷却された不活性ガスの吹き
    付けを断続的に行うように構成したことを特徴とする請
    求項１０または１１または１２記載の鉛フリーはんだを
    用いたフローはんだ付け装置。
  14. 【請求項１４】前記冷却部において、前記不活性ガス雰
    囲気の循環冷却を行うように送風機および冷却装置を設
    けたことを特徴とする請求項１０または１１または１２
    または１３記載の鉛フリーはんだを用いたフローはんだ
    付け装置。
  15. 【請求項１５】前記チャンバーの入口および出口に、実
    装基板を搬送可能で、少なくとも冷却時には前記チャン
    バー内に大気の流入を抑制する機構若しくは装置を設け
    たことを特徴とする請求項１０または１１または１２ま
    たは１３記載の鉛フリーはんだを用いたフローはんだ付
    け装置。
  16. 【請求項１６】前記チャンバーの入口および出口に、前
    記チャンバー内に大気の流入を抑制する不活性ガスカー
    テンを設けたことを特徴とする請求項１０または１２ま
    たは１３または１４記載の鉛フリーはんだを用いたフロ
    ーはんだ付け装置。
  17. 【請求項１７】前記実装基板を搬送ホルダーに搭載して
    前記搬送手段により搬送するように構成し、前記搬送ホ
    ルダーが前記チャンバーの入口および出口に位置すると
    き前記チャンバー内に大気の流入を抑制するように構成
    したことを特徴とする請求項１０または１１または１２
    または１３記載の鉛フリーはんだを用いたフローはんだ
    付け装置。
  18. 【請求項１８】前記実装基板を搬送ホルダーに搭載して
    前記搬送手段により搬送するように構成し、前記搬送ホ
    ルダーが前記チャンバーの入口および出口に待機できる
    ステーションを設けたことを特徴とする請求項１０また
    は１１または１２または１３記載の鉛フリーはんだを用
    いたフローはんだ付け装置。
  19. 【請求項１９】前記実装基板を搬送ホルダーに搭載して
    前記搬送手段として搬送コンベアにより搬送するように
    構成し、前記搬送ホルダーにおいて前記搬送コンベアの
    移動に伴う形状の変化に倣う構造を有することを特徴と
    する請求項１０または１１または１２または１３記載の
    鉛フリーはんだを用いたフローはんだ付け装置。
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