JP2004319726A - Soldered connection, method for soldering, and apparatus for manufacturing electronic component by using them - Google Patents

Soldered connection, method for soldering, and apparatus for manufacturing electronic component by using them Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a soldered connection using a zinc-based lead-free solder high in bonding strength, to provide a method for performing the soldering, and to provide an apparatus for manufacturing electronic components by using them. <P>SOLUTION: A first alloy layer 30 mainly comprising a tin-copper alloy and tin is formed on a soldering pad 2, and the first alloy layer 30 is positioned between a zinc-based lead-free solder layer 33 and the soldering pad 2. In this way, a soldered connection using a zinc-based lead-free solder high in bonding strength is realized. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、錫と亜鉛との合金を含んだ鉛フリーはんだを用いて電子部品をはんだ付けするはんだ付け接続とそのはんだ付け方法およびそれを用いた電子部品の製造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年環境保護の観点より、人体に悪影響を及ぼす恐れのある鉛を含まないはんだへの要求が大きくなってきた。しかし鉛を含まないはんだは、錫・銀系はんだに見られるように一般的にその融点が従来の錫・鉛系のはんだに比べて高くなる。そこで本説明においては鉛を含まないはんだとして、融点を錫・鉛系はんだと略同じとすることができる亜鉛系鉛フリーはんだ（以降亜鉛系鉛フリーはんだという）を用いたはんだ付け接続について述べるものである。
【０００３】
以下、従来のはんだ付け接続について図面を用いて説明する。図１９は従来のはんだ付け接続の説明図である。図１９において、１は、プリント基板である。このプリント基板１の所定の位置には、銅箔がエッチングされて形成されたはんだ付けパッド２が配置されている。３は、プリント基板１とはんだ付けパッド２の双方共に貫通して形成された孔であり、パッド２の略中央部に設けられている。
【０００４】
４は、リード付部品の電解コンデンサ（電子部品の一例として用いた）である。この電解コンデンサ４には、リード部５を有し、そのリード部５が孔３を貫通するようにして挿入されている。そしてこれらのはんだ付けパッド２とリード部５とが亜鉛系鉛フリーはんだ６で接続されているものであった。
【０００５】
しかし、一般的にこのような挿入タイプの電解コンデンサ４は加熱によって寿命が短くなったり、使用されている樹脂の熱的限界が低いなどの理由により、従来の錫・鉛共晶はんだと同等以下の温度でリフローはんだ付けすることが必要である。なお、この亜鉛系鉛フリーはんだ６は、錫と亜鉛とが主成分であり、その成分構成を、錫が８９重量％、亜鉛が８重量％、ビスマスが３重量％とすることによってその融点を１９７℃としてある。
【０００６】
図２０は、従来のはんだ付け接続のフローチャートである。図２０において１０は亜鉛系の鉛フリーはんだ６をプリント基板１へ塗布する塗布工程である。この塗布工程１０では、１．２ミリ厚の金属製プレートによって前記亜鉛系の鉛フリーはんだ６がプリント基板１上に印刷される。
【０００７】
１１は、塗布工程の後で、前記亜鉛系の鉛フリーはんだ６が印刷されたプリント基板１の孔３に電解コンデンサ４を挿入する部品挿入工程である。そして、この部品挿入工程１１の後のリフロー工程１２によって加熱し、前記亜鉛系の鉛フリーはんだ６をはんだ付けパッド２にはんだ付けするものであった。このリフロー工程１２により図２１に示されるように、はんだ付けパッド２と亜鉛系の鉛フリーはんだ６との層の間に銅と亜鉛の合金層２０が約４μｍの厚みで形成され、はんだ付けされるわけである。ここで、この銅と亜鉛の合金層２０にはＣｕ５Ｚｎ８とＣｕＺｎの合金が含まれるものである。ここで、図２１に示した模式図では、各層間に明らかな境界線があるが、これは説明を判りやすくするために便宜上このような境界線を設けたが、実際にはこのように明確な境界はなく、徐々にその成分比率が変化するものである。ただし本説明においては、一般的にＳＥＭ写真などによって判別できる範囲を層として境界線を設けて表している。
【０００８】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【０００９】
【特許文献１】
特開平９−１７４２７８号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来のはんだ付け接続において形成される錫と亜鉛との合金層２０には、Ｃｕ５Ｚｎ８とＣｕＺｎの合金が含まれるものであり、これらの合金２０は熱的に不安定な合金である。
【００１１】
つまり、高温環境下（例えば１２５℃）において、亜鉛系鉛フリーはんだ６中の亜鉛が消費され、図２２に示すように、錫と亜鉛との合金層２０ａは成長する。そして、この成長がある一定の厚みまで進むとその成長は止まる。なお、実験においては、この厚みは約１８μｍまで成長することが確認されている。すると今度は、銅と亜鉛との合金２０が亜鉛濃度が下がった鉛フリーはんだ６へ拡散し、この層２０ａは徐々に破壊していく（図２２に示される）。なお、この状態は、１２５℃の条件下で約３００時間の短期間で発生することが確認されている。
【００１２】
すると次には、図２３に示されているように、はんだ付けパッド２の銅と鉛フリーはんだ６との相互拡散が始まる。ここで通常であれば銅は、イオン化傾向の高い亜鉛と結合するのであるが、錫と亜鉛との合金層２０の成長によって鉛フリーはんだ６の亜鉛が消費されるので、鉛フリーはんだ６は錫が潤沢な状態となっているわけである。従って銅は錫との合金を形成することとなるが、この状態で、はんだ付けパッド２の銅が錫と結合する場合には、はんだ付けパッド２と鉛フリーはんだ６との界面に、Ｃｕ６Ｓｎ５合金２１の合金が生じることが知られている。
【００１３】
ところがひとつのＣｕ６Ｓｎ５合金２１の結晶を得るために、５個の錫が消費されるわけであるので、Ｃｕ６Ｓｎ５合金２１が形成されるときには錫が多く消費される。これによりＣｕ６Ｓｎ５合金２１が生成されることによって、Ｃｕ６Ｓｎ５合金２１と鉛フリーはんだ６との界面近傍にボイド２２（一般にはカーケンダルボイドと言う）が発生することとなる。なお、この状態は、１２５℃の条件下で約１５００時間の期間で発生することを確認している。
【００１４】
しかしながら、Ｃｕ６Ｓｎ５合金２１の強度は、非常に弱く、脆い。さらにＣｕ６Ｓｎ５合金２１が生成される過程においてボイド２２が発生しているので、はんだ付けの接合強度の低下を招くこととなる。
【００１５】
そこで本発明は、この問題を解決したもので、はんだ付けの接合強度の低下を発生しない亜鉛系鉛フリーはんだのはんだ付け接続を提供することを目的としたものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために本発明のはんだ付け接続は、前記鉛フリーはんだの層と前記はんだ付けパッド間には、前記はんだ付けパッド上に形成されるとともに少なくとも錫を主成分とする層と、錫と銅の合金を主成分とする層とから構成された第１の合金層とを有するものである。
【００１７】
これにより、第１の合金層が、直接銅と亜鉛が結合を阻止し、高温環境下においてＣｕ６Ｓｎ５合金の発生する原因となる銅と亜鉛との合金の生成、成長を抑制するので、はんだ付けの接合強度の低下を発生しない亜鉛系鉛フリーはんだのはんだ付け接続を実現することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、プリント基板上の所定の位置に設けられるとともに銅箔によって形成されたはんだ付けパッドと、このはんだ付けパッドと接続される電子部品と前記はんだ付けパッドとを錫・亜鉛を主成分とした鉛フリーはんだによってはんだ付けするはんだ付け接続であって、前記はんだ付け接続は、前記鉛フリーはんだの層と前記はんだ付けパッド間には、前記はんだ付けパッド上に形成されるとともに少なくとも錫を主成分とする層と、錫と銅の合金を主成分とする層とから構成された第１の合金層とを有するはんだ付け接続である。
【００１９】
これにより第１の合金層が、直接銅と亜鉛が結合を阻止し、高温環境下においてＣｕ６Ｓｎ５合金の発生する原因となる銅と亜鉛との合金の生成を抑制するので、はんだ付けの接合強度の低下を発生しにくい亜鉛系鉛フリーはんだのはんだ付け接続を実現することができる。
【００２０】
なお、ボイドの発生も抑制することができるので、熱衝撃などによるはんだクラックも発生しにくくなる。
【００２１】
ここで、銅と亜鉛との合金そのものの強度は弱い。本発明においては銅と亜鉛との合金自体の生成も抑制することができるので、さらにはんだ付けの接合強度の低下を発生しない亜鉛系鉛フリーはんだのはんだ付け接続を実現することができる。
【００２２】
請求項２に記載の発明における第１の合金層は、クリームはんだによって形成された請求項１に記載のはんだ付け接続であり、これにより容易に第１の合金層を形成することができる。また、メッキなどによって第１の合金層を形成することに比べて、容易にかつ低価格に第１の合金層を形成することができる。
【００２３】
請求項３に記載の発明における第１の合金層の厚みは、クリームはんだを溶融したときに銅箔の銅分子が拡散する距離と略同等以上の厚みとした請求項２に記載のはんだ付け接続であり、これにより第１の合金層の表面まで到達する銅箔の銅分子は少なくなり、鉛フリーはんだ中の亜鉛と銅との合金の生成は少なくなる。従って、高温環境下においてＣｕ６Ｓｎ５合金の発生する原因となる銅と亜鉛との合金の生成も少なくすることができ、はんだ付けの接合強度の低下を発生しにくい亜鉛系鉛フリーはんだのはんだ付け接続を実現することができる。
【００２４】
請求項４に記載の発明における第１の合金層には、錫とインジウムが含まれた請求項２に記載のはんだ付け接続であり、これにより亜鉛の銅箔部まで拡散することが阻止され、銅箔部での銅と亜鉛の合金が形成されない。従って、強固な接合が可能となる。
【００２５】
請求項５に記載の発明における鉛フリーはんだは、クリームはんだとした請求項１に記載のはんだ付け接続であり、これによりスクリーン印刷などの方法によって容易に供給することができる。
【００２６】
請求項６に記載の発明における第１の合金層の厚みは、クリームはんだを溶融したときに、亜鉛分子が拡散する距離よりも大きくした請求項５に記載のはんだ付け接続であり、これにより銅箔表面まで到達する亜鉛の量は少なくなり、鉛フリーはんだ中の亜鉛と銅との合金の生成は少なくなる。従って、高温環境下においてＣｕ６Ｓｎ５合金の発生する原因となる銅と亜鉛との合金の生成も少なくすることができ、はんだ付けの接合強度の低下を発生しにくい亜鉛系鉛フリーはんだのはんだ付け接続を実現することができる。
【００２７】
請求項７に記載の発明は、プリント基板と、このプリント基板上の銅箔によって形成されるとともにはんだ付けするべき所定の位置に形成されるはんだ付けパッドと、このはんだ付けパッド上に装着される電子部品と前記はんだ付けパッドとの間を錫・亜鉛を主成分とした鉛フリーはんだによってはんだ付けするはんだ付け接続であって、前記はんだ付け接続は、前記鉛フリーはんだの層と前記はんだ付けパッド間に、前記はんだ付けパッド上に形成されるとともに錫と錫と銅との合金を主成分とする第１の合金層を形成する第１の合金形成手段と、この第１の合金形成手段によって形成された第１の合金層の上に前記鉛フリーはんだ層を形成させる第２の合金層形成手段とを有したものである。
【００２８】
これによって、第１の合金形成手段と第２の合金層形成手段によって第１の合金層と鉛フリーはんだ層とが形成され、銅と亜鉛との結合を阻止する。従って、高温環境下においてＣｕ６Ｓｎ５合金の発生する原因となる銅と亜鉛との合金の生成を抑制するので、はんだ付けの接合強度の低下を発生しにくい亜鉛系鉛フリーはんだのはんだ付け接続を実現することができる。
【００２９】
なお、ボイドの発生も抑制することができるので、熱衝撃などによるはんだクラックも発生しにくくなる。
【００３０】
さらに、銅と亜鉛との合金もその強度は弱い。本発明においては銅と亜鉛との合金自体の生成も抑制することができるので、さらにはんだ付けの接合強度の低下を発生しない亜鉛系鉛フリーはんだのはんだ付け接続を実現することができる。
【００３１】
請求項８に記載の発明における第１の合金層形成手段は、亜鉛が主成分として含まれない第２の鉛フリーはんだをはんだ付けパッドと対向する位置に供給するように前記はんだ付けパッドと対向して形成された開口部を有するスクリーン印刷と、このスクリーン印刷で供給された前記第２の鉛フリーはんだを溶融する加熱手段とから構成される請求項７に記載のはんだ付け接続であり、これにより第１の合金層形成手段は、スクリーン印刷によって亜鉛が主成分として含まれない第２の鉛フリーはんだを印刷し、この第２の鉛フリーはんだを加熱手段で加熱することによって第１の合金層を得るものであるので、非常に容易に第１の合金層を得ることができる。また、スクリーンの厚さを適宜選択すれば容易に第１の合金層の厚みを変更することができる。
【００３２】
請求項９に記載の発明は、プリント基板と、このプリント基板上の銅箔によって形成されたはんだ付けパッドと、このはんだ付けパッド上とこのはんだ付けパッド上に装着される電子部品とを接続するはんだとを備え、前記はんだは、錫と亜鉛の合金による鉛フリーはんだとしたはんだ付け方法において、前記はんだ付けパッド側から順に錫と銅との合金が主成分となる錫・銅合金層とこの錫・銅合金層の上に錫が主成分となる層とを略同時に形成させる第１の工程と、この第１の工程の後で錫と亜鉛との合金を含んだクリームはんだを供給する第２の工程と、この第２の工程の後で前記電子部品のリード部を前記パッドの略中央に形成された孔に挿入する第３の工程と、この第３の工程の後に加熱する第４の工程とを有したものである。
【００３３】
これによって、はんだ付けパッド上には第１の工程によって錫・銅合金と錫とからなる層が形成されるので、その上から亜鉛を含むはんだを供給されても、銅と亜鉛との結合は阻止される。従って、高温環境下においてＣｕ６Ｓｎ５合金の発生する原因となる銅と亜鉛との合金の生成を抑制するので、はんだ付けの接合強度の低下を発生しにくい亜鉛系鉛フリーはんだのはんだ付け接続を実現することができる。
【００３４】
なお、ボイドの発生も抑制することができるので、熱衝撃などによるはんだクラックも発生しにくくなる。
【００３５】
さらに、銅と亜鉛との合金もその強度は弱い。本発明においては銅と亜鉛との合金自体の生成も抑制することができるので、さらにはんだ付けの接合強度の低下を発生しない亜鉛系鉛フリーはんだのはんだ付け接続を実現することができる。
【００３６】
請求項１０に記載の発明における第１の工程は、スクリーンによってはんだ付けパッド上にクリームはんだを印刷する印刷工程と、この印刷工程の後で前記クリームはんだを加熱して溶融させる溶融工程とからなる請求項９に記載のはんだ付け方法であり、これにより錫・銅合金と錫との層を容易に形成することができる。
【００３７】
請求項１１に記載の発明における印刷工程と溶融工程との間には、実装部品をプリント基板の所定の位置へ装着する部品装着工程が挿入された請求項１０に記載のはんだ付け方法であり、これにより第１の工程においてはんだ付けパッド上に錫・銅合金と錫とからなる層を形成すると同時に実装部品の装着を行うことができる。
【００３８】
請求項１２に記載の発明は、印刷工程で供給されるはんだは、亜鉛系以外の鉛フリーはんだとした請求項１１に記載のはんだ付け方法であり、これによりはんだ付けパッド上にＣｕ３Ｓｎの合金層が形成され、このＣｕ３Ｓｎ上に上記亜鉛が主成分として含まれず錫が主成分となる鉛フリーはんだの層が形成されることとなる。従って、この層上から亜鉛を含むはんだを供給されても、銅と亜鉛との結合は阻止される。従って、高温環境下においてＣｕ６Ｓｎ５合金の発生する原因となる銅と亜鉛との合金の生成を抑制するので、はんだ付けの接合強度の低下を発生しにくい亜鉛系鉛フリーはんだのはんだ付け接続を実現することができる。
【００３９】
請求項１３に記載の発明における第１の合金層のはんだは、錫・インジウム系鉛フリーはんだとした請求項１２に記載のはんだ付け方法であり、これによりこの第１の合金層の錫・インジウム系の鉛フリーはんだであるので融点は亜鉛系の鉛フリーはんだと近い。従って亜鉛系鉛フリーはんだを溶融時の熱で錫・インジウム系の鉛フリーはんだも溶融させられることとなり、確りとはんだ付けすることができる。
【００４０】
請求項１４に記載の発明におけるスクリーンは、クリームはんだを溶融したときの銅・錫合金と錫からなる層の厚さが銅箔の銅分子が拡散する距離よりも大きくなるような厚みで印刷できる厚みとした請求項１２に記載のはんだ付け方法であり、これにより銅・錫合金と錫とからなる層の表面まで到達する銅箔の銅分子は少なくなり、鉛フリーはんだ中の亜鉛と銅との合金の生成は少なくなる。従って、高温環境下においてＣｕ６Ｓｎ５合金の発生する原因となる銅と亜鉛との合金の生成も少なくすることができ、はんだ付けの接合強度の低下を発生しにくい亜鉛系鉛フリーはんだのはんだ付け接続を実現することができる。
【００４１】
請求項１５に記載の発明におけるスクリーンには、はんだ付けパッドと対向して形成された開口部と、前記はんだ付けパッドの略中央に設けられた孔に対向して形成されるとともに前記孔を覆うように形成された遮蔽部とを有する請求項１２に記載のはんだ付け方法であり、これにより孔にははんだが供給されないので、孔がはんだで塞がれてしまうことはない。
【００４２】
請求項１６に記載の発明における開口部に架設されるとともに遮蔽部に連結される連結部の幅は、クリームはんだを加熱したときには、前記クリームはんだが連結部に対向するクリームはんだ不塗布部を覆うことができる程度に細くした請求項１５に記載のはんだ付け方法である。
【００４３】
これによりクリームはんだははんだ付けパッドの略全面を覆うので、はんだ付けパッドが露出せず、この上から供給される錫・亜鉛系の鉛フリーはんだ中の亜鉛とはんだ付けパッドの銅との合金の生成は少なくなる。従って、高温環境下においてＣｕ６Ｓｎ５合金の発生する原因となる銅と亜鉛との合金の生成も少なくすることができ、はんだ付けの接合強度の低下を発生しにくい亜鉛系鉛フリーはんだのはんだ付け接続を実現することができる。
【００４４】
また、はんだ付けパッドが露出しないので、亜鉛系鉛フリーはんだのはんだ付け性も良くなる。
【００４５】
請求項１７に記載の発明における開口部に架設されるとともに遮蔽部に連結される連結部の幅は、クリームはんだを加熱したときに、連結部に対向するクリームはんだ不塗布部での前記クリームはんだの厚みが銅箔の銅分子が拡散する距離よりも大きくなる程度に大きくした請求項１５に記載のはんだ付け方法であり、これにより連結部によって生ずるクリームはんだ不塗布部において、銅・錫合金と錫とからなる層の表面まで到達する銅箔の銅分子は少なくなり、鉛フリーはんだ中の亜鉛と銅との合金の生成は少なくなる。従って、高温環境下においてＣｕ６Ｓｎ５合金の発生する原因となる銅と亜鉛との合金の生成も少なくすることができ、はんだ付けの接合強度の低下を発生しにくい亜鉛系鉛フリーはんだのはんだ付け接続を実現することができる。
【００４６】
請求項１８に記載の発明は、電子部品は非耐熱部品であるとともに、第４の工程は、プリント基板に塗布されたクリームはんだを予め定められた温度まで予熱する予熱工程と、この予熱の後に前記クリームはんだを溶融する加熱工程と、この加熱工程の後に前記加熱工程で溶融したクリームはんだを冷却する第１の冷却工程とを有し、前記予熱工程と前記加熱工程との間には第２の冷却工程を有した請求項１４に記載のはんだ付け方法である。
【００４７】
これにより非耐熱部品の装着されたプリント基板は、加熱手段に入る前にこの第２の冷却手段で非耐熱部品の温度を一度下げてあるので、加熱手段での部品の温度を低くすることができる。従って、融点の高い鉛フリーはんだでリフローはんだ付けしても、その熱により非耐熱部品が壊れることなく、はんだ付けを行うことができる。
【００４８】
請求項１９に記載の発明は、第２の冷却工程では、加熱工程内での非耐熱部品のピーク温度が、予め定められた温度以下となるように冷却する請求項１８に記載のはんだ付け方法であり、これにより第２の冷却部にて予め非耐熱部品のピーク温度を、部品の品質保証の限界温度以下となるように冷却しておけば、非耐熱部品が保証温度を超えることはなく、品質や特性や信頼性を劣化させることなくリフローはんだ付けを行うことができる。
【００４９】
請求項２０に記載の発明は、加熱工程にてクリームはんだがピーク温度に達した後であって、非耐熱部品が予め定められた温度以上となる前に、第１の冷却工程では、前記非耐熱部品の冷却を開始する請求項１８に記載のはんだ付け方法であり、これにより非耐熱部品の品質保証の限界温度以上となる前に冷却が開始されるので、品質保証の限界温度が低い非耐熱部品とか、融点の高いはんだであっても品質、特性や信頼性を劣化させないリフローはんだ付けを行うことができる。
【００５０】
請求項２１に記載の発明は、加熱工程から第１の冷却工程への搬送は、クリームはんだが固相線温度より下回った温度で行う請求項２０に記載のはんだ付け方法であり、これにより加熱手段から冷却手段への移動ははんだが固体化してからとなるので、搬送による振動などによる界面剥離や、部品の傾きなどは生じない。従って、良好なはんだ付けを実現することができる。
【００５１】
請求項２２に記載の発明におけるクリームはんだは、フラックス成分とはんだ粉にて形成され、予熱手段において、このクリームはんだの温度は前記フラックス成分が活性化するとともに、溶剤が揮発する温度以上とし、このときの非耐熱部品の温度は、予め定められた温度以下とした請求項１８に記載のはんだ付け方法であり、これによりクリームはんだ中のフラックスが予熱手段で活性化し、プリント基板や部品リードなどのはんだ付け面を覆っている酸化膜等の皮膜を除去するので良好なはんだ付けを実現することができる。
【００５２】
また、この予熱温度は、非耐熱部品の品質保証の限界温度以下であるので、予熱手段で非耐熱部品の品質、特性や信頼性は劣化することはない。
【００５３】
請求項２３に記載の発明における予熱工程は、クリームはんだ面と対向する面側から予熱する請求項１８に記載のはんだ付け方法であり、これにより予熱手段では、非耐熱部品側は加熱されないので、非耐熱部品の温度が高くなることはない。従って、第２の冷却手段でプリント基板を冷却する場合、短時間で温度を下げることができる。つまり、非耐熱部品を効果的に冷却することができるので、加熱手段では、クリームはんだの温度を容易に上昇させることができる。従って加熱手段での電力を小さくすることができる。
【００５４】
また、非耐熱部品の温度も高くならないので、冷却手段で充分に冷却させることができ、加熱手段での非耐熱部品の温度が品質保証の限界温度を超えないようにすることができる。
【００５５】
請求項２４に記載の発明における予熱工程では、非耐熱部品が搭載された面側から冷却する請求項１８に記載のはんだ付け方法であり、これによりプリント基板が、予熱手段を通過中でも、非耐熱部品は冷却されているので、加熱手段での部品の温度をさらに低く抑えることができる。従って、さらに部品の品質保証の限界温度が低い部品や融点の高いはんだに対してもリフローはんだ付けをすることができる。
【００５６】
請求項２５に記載の発明における加熱工程では、非耐熱部品が植設された面側から冷却する請求項１８に記載のはんだ付け方法であり、これによりはんだの加熱中においても非耐熱部品を冷却しているので、非耐熱部品の温度を上昇させないようにすることができる。従って、第１の冷却手段での冷却が開始されるまでに、部品保証の限界温度を超してしまうことはなく、部品と特性が悪化することはない。
【００５７】
請求項２６に記載の発明における加熱工程では、クリームはんだ塗布面に対向する面側から加熱する請求項１８に記載のはんだ付け方法であり、これにより非耐熱部品側は加熱されないので加熱手段中で、非耐熱部品の温度が品質保証の限界温度を超えないようにすることができる。
【００５８】
請求項２７に記載の発明は、加熱工程を構成する加熱部には、プリント基板のクリームはんだ塗布面に対向した複数個のパイプが設けられ、このパイプから噴出す熱風により加熱する請求項２６に記載のはんだ付け方法であり、これにより局所的に熱量を与えることができるので、加熱時間を短くすることができ、加熱手段の電力を少なくすることができる。
【００５９】
請求項２８に記載の発明は、パイプの根元に設けられた空気室と、この空気室内に設けられるとともに、熱風を遮蔽する遮蔽板とを有し、この遮蔽板にはプリント基板のはんだ付け箇所に対応する位置に孔が設けられた請求項２６に記載のはんだ付け方法であり、これにより遮蔽板のみを交換すれば、容易にはんだ付け位置の異なるプリント基板をはんだ付けするはんだ付け装置とすることができる。
【００６０】
請求項２９に記載の発明におけるパイプは、熱容量の大きな非耐熱部品のクリームはんだに対向した箇所を大きな径とした請求項２６に記載のはんだ付け方法であり、これにより部品の熱容量の大きさに応じて、パイプの径を変えることによって、加熱手段での加熱時間を同一にすることができ、パイプからの熱風を同時に停止することができるので、容易にはんだ付けすることができる。
【００６１】
請求項３０に記載の発明におけるパイプは、熱容量の大きい非耐熱部品のクリームはんだに対向した箇所に多数本設けられた請求項２６に記載のはんだ付け方法であり、これにより部品の熱容量の大きさに応じてパイプの本数を変えることで、加熱手段での加熱時間を同一にすることができ、パイプからの熱風を同時に停止することができるので、容易にはんだ付けすることができる。
【００６２】
請求項３１に記載の発明における第２の冷却工程では、プリント基板の非耐熱部品が搭載された面側から冷却する冷却部を有する請求項１８に記載のはんだ付け方法であり、これにより非耐熱部品は冷却部によって強制的に冷却されるので、充分に冷却させることができ、加熱手段での部品の温度をさらに低く抑えることができる。従って、部品の品質保証の限界温度が低い部品や融点の高いはんだを用いてリフローはんだ付けをすることができる。
【００６３】
請求項３２に記載の発明における第２の冷却工程には、複数個のパイプが設けられ、このパイプから噴出す冷風により非耐熱部品を選択的に冷却する請求項２９に記載のはんだ付け方法であり、これにより非耐熱部品のみを選択的に冷却することができる。
【００６４】
つまり、金属製のフレームなどは、その熱容量が大きく、温度を下げると加熱工程での温度が充分に上がりにくくなり、はんだ付けができなくなる。そこで、このような熱容量の大きな部品は冷却しないようにすることができるので、良好なはんだ付けをすることができる。
【００６５】
請求項３３に記載の発明は、パイプの根元に設けられた空気室と、この空気室内に設けられるとともに、冷風を遮蔽する遮蔽板とを有し、この遮蔽板には非耐熱部品が搭載されている位置に対応した孔が設けられた請求項３１に記載のはんだ付け方法であり、これによりこの遮蔽板で冷却不要な箇所には冷風が当たらないので、必要な箇所のみを効率よく冷却することができる。また、遮蔽板のみを交換すれば、容易にはんだ付け位置の異なるプリント基板のはんだ付けをすることもできる。
【００６６】
請求項３４に記載の発明におけるパイプは、熱容量の大きな非耐熱部品に対向した箇所では径を大きくした請求項３１に記載のはんだ付け方法であり、これにより熱容量の大きな部品の温度も下げることができる。
【００６７】
請求項３５に記載の発明におけるパイプは、熱容量の大きい非耐熱部品に対向した箇所には多数本設けられた請求項３１に記載のはんだ付け方法であり、これにより熱容量の大きな部品の温度も下げることができる。
【００６８】
請求項３６に記載の発明における非耐熱部品は、熱容量の大きい本体部と、この本体部の径に比べて充分に小さい径であるとともに、前記本体部に接続して設けられたリード部からなる請求項１８に記載のはんだ付け方法であり、これにより非耐熱部品はその本体部が大きな熱容量を有し、はんだ付け部が本体部の径に比べて充分に小さい径となっているので、加熱手段で加熱したリード部の熱は、本体へ伝導しにくい。従って、加熱手段中においても本体部の温度を低く保つことができ、部品が破壊温度や特性の保証温度を超えてしまうことはない。
【００６９】
請求項３７に記載の発明は、プリント基板の所定の位置に設けられるとともに銅箔によって形成されたはんだ付けパッドに第１のクリームはんだを印刷する印刷手段と、この印刷手段の下流に設けられるとともに前記第１のクリームはんだと前記銅箔との第１の合金層を形成させる第１の加熱手段と、この第１の加熱手段の下流に設けられるとともに前記はんだ付けパッド上に第２のクリームはんだを転写する転写手段と、この転写手段の下流に設けられるとともに前記はんだ付けパッドの略中央に設けられた孔に電子部品のリード部を挿入する挿入手段と、この挿入手段の下流に設けられるとともに前記第１のクリームはんだと前記第２のクリームはんだによる第２の合金層を形成させる第２の加熱手段とを備え、前記第１のクリームはんだの融点は前記第２のクリームはんだの融点より高いとともに、前記第２の加熱手段は、前記第２のクリームはんだを予め定められた温度まで予熱する予熱部と、この予熱部の下流に設けられた第１の冷却部と、この冷却部の下流に設けられて前記第２のクリームはんだを溶融する加熱部と、この加熱部の下流に設けられるとともにこの加熱手段で溶解したはんだを冷却する第２の冷却部とを有した電子部品の製造装置であり、これにより第２のクリームはんだと銅箔との間に第１の合金層が形成されるので、第２のクリームはんだと銅箔との合金の発生によって劣化が生じるようなことを防止することができる。
【００７０】
さらに、たとえ耐熱温度がクリームはんだの融点よりも低い電子部品をはんだ付けするような場合において、第１のクリームはんだの融点が第２のクリームはんだの融点より高くても電子部品の温度を耐熱温度以下ではんだ付けすることができる。
【００７１】
（実施の形態１）
以下、本実施の形態について図１と図２を用いて説明する。図１は本実施の形態におけるはんだ付け接続の断面模式図を示したものであり、図２はその要部拡大図である。図１と図２において従来例と同じものについては同じ番号を付しその説明は簡略化する。
【００７２】
なお、図２に示した模式図では、各層間に明らかな境界線があるが、これは説明を判りやすくするために便宜上このような境界線を設けたものであり、実際にはこのように明確な境界はなく、徐々にその成分比率が変化するものである。ただし本発明においては、一般的にＳＥＭ写真などによって判別できる範囲を層として境界線を設けて表している。
【００７３】
図１と図２において、３０は、はんだ付けパッド２上に形成された第１の合金層であり、この第１の合金層３０のはんだ付けパッド２側には、Ｃｕ３Ｓｎ合金／Ｃｕ６Ｓｎ５合金の錫・銅合金層３１が略３μｍの厚みで形成されている。一方第１の合金層３０の表層面側には、錫が主体となるＳｎ・Ａｇの層３２が形成されている。
【００７４】
そしてはんだ付けパッド２から最も離れた最表層には、錫と亜鉛とが主成分の鉛フリーはんだ３３（以降、亜鉛系鉛フリーはんだという）の層３４が形成されている。なお、本実施の形態において各層の厚みは、Ｃｕ３Ｓｎ合金層３１の厚みが略３μｍであり、その上に形成された錫が主体となる層３２の厚みが略５０μｍとなっている。
【００７５】
本実施の形態における被はんだ付け物である電解コンデンサ４（電子部品の一例として用いた）は、リード部５を有した電解コンデンサであり、従来と同様にプリント基板１に設けられた孔３にリード部５（電解コンデンサ４のはんだ付け箇所）が挿通され、亜鉛系鉛フリーはんだ３３によって電気的に接続されることとなる。
【００７６】
次に、本実施の形態におけるはんだ付け接続について説明する。図３は、本実施の形態におけるはんだ付けのフローチャートである。図３において本実施の形態におけるはんだ付けは、はんだ付けパッド２上に第１の合金層３０を形成する第１の工程４１と、この第１の工程４１の後で亜鉛系の鉛フリーはんだ３３を第１の合金層３０上へ供給する第２の工程４２と、この第２の工程４２の後で耐熱温度が低い電解コンデンサ４をプリント基板１の孔３へ挿入する第３の工程４３と、そしてこの第３の工程４３の後で前記亜鉛系の鉛フリーはんだを第２のリフローによって加熱し溶融させる第４の工程４４とによって構成されている。
【００７７】
なお、前記第１の工程４１は、はんだ付けパッド２上に錫・銀系のはんだ（亜鉛を含まない鉛フリーはんだの一例として用いた）を供給する印刷工程４５と、この印刷工程４５の後で自動装着機等によってチップ部品を装着する部品装着工程４６と、この部品装着工程４６の後で前記錫・銀系のはんだを第１のリフローによって加熱・溶融させる溶融工程４７とから構成されている。
【００７８】
以下各工程について図面を用いて順次説明する。まず図４は、印刷工程４５の説明図である。プリント基板１上には複数のはんだ付けパッド２、５１ａや５１ｂが形成されている。なおこれらのはんだ付けパッド２は、電子部品４のリード５とはんだ付け接続されるものである。また、はんだ付けパッド５１ａや５１ｂは図６に示されるようにチップ部品６１の電極に対向するような位置に形成されている。
【００７９】
そしてこのプリント基板１の上にメタルスクリーン５２が載置され、このメタルスクリーン５２上に錫９７重量％であり銀が３重量％の構成比率を有した錫・銀系のクリームはんだ（亜鉛を含まない鉛フリーはんだの一例として用いた）５３が供給される。この錫・銀系のクリームはんだ５３は、スキージ５４によってメタルスクリーン５２に設けられた開口部５５や５６ａ、５６ｂに刷り込まれ、所定のはんだ付けパッド２、５１ａ、５１ｂへ供給される。なお開口部５５ははんだ付けパッド２と対向し、開口部５６ａ、５６ｂは、はんだ付けパッド５１ａ、５１ｂと対向するように設けられている。
【００８０】
なお、メタルスクリーン５２の厚みは、１２０μｍであり、その開口部５５の中心には図５に示すように孔３を覆うように円形の遮蔽部５７が形成されている。この遮蔽部５７の径は、孔３の径よりも約０．４ｍｍ大きな径とすることで、たとえスクリーンの印刷がずれたとしても、錫・銀系のクリームはんだ５３が孔３内に付着しないようにしてある。
【００８１】
また、開口部５５は、４つの架設部５８ａ、５８ｂ、５８ｃ、５８ｄによって開口部５５ａ、５５ｂ、５５ｃ、５５ｄの４つに分割される。これは、遮蔽部５７を確りと保持できるように架設部５８ａ、５８ｂ、５８ｃ、５８ｄを４箇所に設けている。しかしながら、プリント基板１にはこれらの架設部５８ａ、５８ｂ、５８ｃ、５８ｄによる錫・銀系のクリームはんだ５３の不形成部が生じるために、この架設部５８ａ、５８ｂ、５８ｃ、５８ｄの幅はできる限り細い方が望ましい。
【００８２】
そこで、本実施の形態においては、これら架設部５８ａ、５８ｂ、５８ｃ、５８ｄの幅はそれぞれ約０．２ｍｍとしてある。こうしておけば、錫・銀系のクリームはんだ５３を溶融させることによって、この不形成部にも容易に第１の合金層３０を形成することができる。なお、本実施の形態において、架設部は４箇所としているが、少なくとも２箇所以上設けてやれば良い。架設部を少なくすれば、錫・銀系のクリームはんだ５３の塗布面積を大きくできるので、さらに確実に第１の合金層を形成させることができる。
【００８３】
次に図６は、部品装着工程４６にてチップ部品を装着した状態を示す図である。この部品装着工程４６では、印刷工程４５で供給された錫・銀系のクリームはんだ５３上にチップ部品６１が自動装着機等によって装着される。なお、この錫・銀系のクリームはんだ５３の融点は２１７℃であり、従来の錫・鉛共晶系のクリームはんだに比べて約３４℃融点が高い。従ってこの部品装着工程４６では、錫・銀系のクリームはんだ５３に適したリフロー温度にも耐えるだけの耐熱を有した部品のみが装着される。ただし、錫・銀系のクリームはんだ５３に適したリフロー温度は一般的に２５０℃程度であるが、一般のチップ部品６１はこれ以上の耐熱を有しているので、この工程でほとんどの装着部品は装着することができる。
【００８４】
また、このとき一般的にはこの装着が全て完了するまでには、前記印刷工程４５から数分以上が経過するので、錫・銀系のクリームはんだ５３にはダレが発生し、不形成部６２の間隔は小さくなる。本実施の形態においては、遮蔽部５７の幅が０．２ｍｍであるので、この部品装着工程４６においてその不形成部の幅６４は０．１ｍｍ程度にまで小さくなる。
【００８５】
その次に図７は、溶融工程４７において錫・銀系のクリームはんだ５３が加熱された状態を示す説明図であり、図８はこの溶融工程４７の温度プロファイルを示したものである。図８において、横軸７０は時間であり、縦軸７１が温度を表している。
【００８６】
７２は錫・銀系のクリームはんだ５３における温度プロファイルを示している。ここで、７３は予備加熱工程であり、この予備加熱工程７３の予備加熱温度７４は１６０℃としている。この予備加熱工程７３では、錫・銀系のクリームはんだ５３中の溶剤成分を蒸発させるとともに、フラックス成分を活性化し、被はんだ付け物（はんだ付けパッド表面や電子部品電極など）の表面を清浄化するものである。この予備加熱工程７３で加熱されると錫・銀系のクリームはんだ５３の粘度が小さくなり、ダレが生じるために、不形成部６２上も錫・銀系のクリームはんだ５３によって覆われることとなる。
【００８７】
そして７５が本加熱工程であり、この本加熱工程７５にて錫・銀系のクリームはんだ５３の融点を超えるまで加熱し、錫・銀系のクリームはんだ５３を溶融させる。この本加熱工程７５のピーク温度７６は、２５０℃とすることで、錫・銀系のクリームはんだ５３の温度を融点である２１７℃よりも高い温度へと確実に上昇させることができる。なお、７７は、本加熱工程７５で溶融された錫・銀系のクリームはんだ５３を略常温まで冷却し、固める冷却工程である。これによってチップ部品６１のはんだ付けと同時に、はんだ付けパッド２上へ第１の合金層３０を形成することができる。
【００８８】
次に図９はクリームはんだ５３の冷却後の状態を示す図面である。図９において、錫・銀系のクリームはんだ５３が溶融すると、溶剤分容積が減少しその容積は約半分となる。しかし印刷工程４５でのメタルスクリーン５２の開口部５５を本実施の形態のような寸法とすることにより、孔３を除いて錫・銀系のクリームはんだ５３がはんだ付けパッド２の略全面に広がって覆い、第１の合金層３０を形成するわけである。
【００８９】
ここで、図８における７８は錫・鉛の共晶はんだにおける温度プロファイルである。この温度プロファイル７８のピーク温度７９は、錫・銀系のクリームはんだ５３のピーク点温度７６に比べ約２０℃低くなっている。従って、耐熱温度が１６０℃と耐熱性が低い電解コンデンサ４などをはんだ付けする場合には、従来の錫・鉛の共晶はんだと同じ程度の融点を有した亜鉛系鉛フリーはんだを使用することが望まれる。
【００９０】
そこで図１０に示すように、第２の工程４２では、亜鉛系の鉛フリーはんだ３３を錫・銀系のクリームはんだ５３上に供給する。これは、この亜鉛系の鉛フリーはんだ３３の融点が１９７℃であり、比較的共晶はんだと近い融点を持ったはんだであるためである。
【００９１】
なお、亜鉛系の鉛フリーはんだ３３のプリント基板１への供給は、厚さ１．２ｍｍのプレート８２上にはんだ付けパッド２と対向する位置に設けられた刷り込み孔８３を形成し、この刷り込み孔８３へ亜鉛系鉛フリーはんだ３３が刷り込まれる。そして、その刷り込み孔８３の径より若干小さな径のピン８４によって亜鉛系の鉛フリーはんだが押し出されて錫・銀系のクリームはんだ５３上へ転写される。
【００９２】
なお、ピン８４によって亜鉛系の鉛フリーはんだ３３が押さえつけられると横へ膨らむ。この膨らみによって、隣接した部品等とはんだショートしないように、前記刷り込み孔８３の径は、はんだ付けパッド２の径に比べて約０．２ｍｍ小さくしてある。
【００９３】
次に第３の工程４３は、図１１に示されるように、第２の工程４２で亜鉛系の鉛フリーはんだ３３が転写されたはんだ付けパッド２の孔３に電解コンデンサ４（耐熱の低い電子部品の一例として用いた）のリード部５を挿入する工程である。
【００９４】
そして第４の工程４４は、亜鉛系の鉛フリーはんだ３３を溶解させて電解コンデンサ４のリード部５のはんだ付けを行う工程である。なお、本実施の形態においては一般のリフロー炉を用い、図１２に示される温度９４まで加熱し、亜鉛系の鉛フリーはんだ３３のはんだ付けを行う。予備加熱工程の予備加熱温度９２は１５０℃であり、本加熱工程９３のピーク温度９４は２１５℃としている。そして、９５の冷却工程によって略常温まで冷却され、はんだ付けが完了する。
【００９５】
次に、以上のようなはんだ付け方法の各工程で形成される合金層の形成過程について説明する。まず、第１の工程では１２０μｍのスクリーンを用いて錫・銀系のクリームはんだ５３が供給され、溶融される。この場合にははんだ付けパッド２の銅と錫・銀系のクリームはんだ５３とが結合し、Ｃｕ３ＳｎとＣｕ６Ｓｎ５との銅・錫合金層３１が形成されることが知られている。そしてこの銅・錫合金層３１の上に、錫・銀系のクリームはんだ５３による錫が主体の層３２が形成され、第１の合金層３０が形成されることとなる。なお、それぞれの層の厚みは、錫・銅合金層３１が３μｍであり、錫が主体の層３２の厚みが５０μｍである。
【００９６】
次に、第２の工程４２によってこの状態の合金層上に、亜鉛系鉛フリーはんだ３３を供給し、第３の工程で電解コンデンサを挿入し、第４の工程４４によって加熱溶融する。これによって、図１に示されるように錫・亜鉛のはんだの層３３と、錫が主体の層３２と、錫・銅合金層とが出来上がる。
【００９７】
以上の構成によって、錫・銅合金層３１と錫が主体の層３２から形成される第１の合金層３０とが、銅と亜鉛との結合を阻止し、高温環境下においてＣｕ６Ｓｎ５合金の発生する原因となる銅と亜鉛との合金の生成を抑制するので、はんだ付けの接合強度の低下を発生しにくい亜鉛系鉛フリーはんだのはんだ付け接続を実現することができる。なお、ボイドの発生も抑制することができるので、熱衝撃などによるはんだクラックも発生しにくくなる。
【００９８】
また、本発明においては強度が弱い銅と亜鉛の合金自体の生成も抑制することができるので、さらにはんだ付けの接合強度の低下が発生しにくくなる。
【００９９】
さらに、前記Ｃｕ３ＳｎはＣｕ５Ｚｎ８に比べて非常に安定した合金であり、高温環境下において成長したり、破壊しない。また、Ｃｕ６Ｓｎ５のように結合によりボイドを生じることもなく、接合強度はＣｕ６Ｓｎ５に比べて大きくなるので、熱衝撃などによるはんだクラックも発生しにくくなる。
【０１００】
さらにまた、本実施の形態においては、錫・銀系のクリームはんだ５３は、厚さが１２０μｍのメタルスクリーン５２によって印刷されるので、第１の合金層３０の厚さは約５０μｍとなる。一方Ｃｕ３Ｓｎの層３１の厚みは３μｍであり、これ以上の層には、ほとんど銅分子が拡散されておらず、略錫・銀系のクリームはんだ５３の組成比率と変化はしない。つまり、メタルスクリーン５２によって容易に、厚い第１の合金層３０を得ることが可能となるので、その第１の合金層３０の表面側には銅をほとんど含まない組成とすることができるものである。
【０１０１】
一方、この第１の合金層３０上に亜鉛系鉛フリーはんだ３３が供給されるが、第１の合金層３０の厚さは約５０μｍと厚いので、亜鉛系鉛フリーはんだ３３中の亜鉛粒子は錫が主体の層３２の途中までしか拡散しない。従って、銅と亜鉛との結合が抑制されることとなるので、さらに確実に銅と亜鉛との合金の生成が抑制される。従って、はんだ付けの接合強度の低下が発生しにくい亜鉛系鉛フリーはんだに対するはんだ付け接続を実現することができる。
【０１０２】
なお、本実施の形態におけるはんだ付け方法によれば、はんだ付けパッド２上に第１の合金層を形成すると同時に、チップ部品６１をはんだ付け接続することができるので、第１の合金層３０を形成するためにメッキ工程等、別途工程を設ける必要がないので、鉛フリーはんだ付けに対して、安価にはんだ付け接続を行うことができる。
【０１０３】
さらに、亜鉛系の鉛フリーはんだ３３を含め一般的に鉛フリーはんだのはんだ付け性は悪い。しかしながら、本実施の形態においてはんだ付けパッド２は、予め錫・銀系のクリームはんだ５３によってその表面が覆われることとなるので、はんだ付け性は良くなる。
【０１０４】
なお、本実施の形態において、第１の合金層３０は錫・銀系の鉛フリーはんだによって形成したが、これは錫・銀・インジウム系の鉛フリーはんだによって形成しても良い。その場合、たとえばインジウムの含有率を８重量％程度とすれば、その融点は２０６℃と亜鉛系鉛フリーはんだ３３の融点と近いため、亜鉛系鉛フリーはんだのはんだ付け時に第１の合金層３０も溶融するので、はんだ付けは非常に良好である。
【０１０５】
また、特にインジウムを含んだはんだを用いると、錫とインジウムと銀の合金層が確りと亜鉛の進入を阻止し、亜鉛と銅との合金が発生せず、その合金による信頼性低下などが生じにくくなることが確認されている。
【０１０６】
本実施の形態においては、プリント基板１のはんだ付けパッド２に関してのみ記載したが、これは電解コンデンサ４のリード５側に対しても同様に第１の合金層を形成しておくと良い。ただし、リード５の表面積ははんだ付けパッド２に比べて非常に小さいので、第１の合金層の厚みは、薄くても良く、メッキ等で形成しても良い。
【０１０７】
（実施の形態２）
以下実施の形態２について図面を用いて説明する。図１４は、本実施の形態２におけるはんだ付け方法における加熱工程の正面図を示す。なお、本実施の形態２において従来例や実施の形態１と同じものについては同じ番号を付しその説明は簡略化している。また本実施の形態２における第４の工程４４以外は実施の形態１と同じであり、ここでは特に第４の工程４４について詳細に説明している。
【０１０８】
図１４において、１は、第１の工程４１で予め錫・銀系の鉛フリーはんだによって面実装部品（図示せず）が両面にはんだ付けされるとともに、はんだ付けパッド２上に第１の合金層３０が予め形成されたプリント基板である。
【０１０９】
そして、第２の工程４２ではんだ付けパッド２に転写等により亜鉛系の鉛フリーのクリームはんだ１２２が供給され、第３の工程４３で電解コンデンサやＩＦトランスなどの品質保証の限界温度が低い非耐熱部品１２３が孔３へ挿入される。そして、このプリント基板１を金属製のシールドケース１２４内に収納させている。
【０１１０】
なお、この非耐熱部品１２３には、比較的大きな形状であり、大きな熱容量を有した本体部１２３ａと、この本体部１２３ａに接続されたリード部１２３ｂとから構成されている。このはんだ付け部はその直径が０．３ｍｍ程度の銅線等であり、その径は本体部１２３ａの径に比べて充分に細くなっている。これはリード部１２３ｂ自体は熱が伝わり易く、はんだ付けし易いように熱伝導の良い銅線を用いている。
【０１１１】
１２５は、プリント基板１を搬送する搬送手段であり、その搬送面１２６が垂直になるように立設され、水平方向に移動する構造となっている。また、搬送手段１２５はスチールコンベアであり、一定の間隔で磁石１２７が取り付けられている。この磁石１２７によってシールドケース１２４は、クリームはんだ塗布面側を下として、搬送手段１２５に仮設されることとなる。
【０１１２】
これにより、プリント基板１の上下方向は、ともに開放されているので、本実施の形態２におけるはんだ付け装置において熱風や冷風などを遮るものが存在しないこととなる。従って、プリント基板１や非耐熱部品１２３に対して、熱風や冷風を効率良くはんだに与えることができるので、熱源の電力を小さくし、はんだ付け装置の消費電力を小さくすることができる。
【０１１３】
１２８は、搬送手段１２５によってプリント基板１が最初に搬送される予熱手段である。この予熱手段１２８の搬送手段１２５の下方には、クリームはんだ１２２を予熱する加熱部１２９ａを有しており、クリームはんだ１２２の温度を約１２０度から約１５０度にまで予熱する。この予熱温度は、加熱手段での電力を小さくするためにはできる限り高くすることが望ましいが、部品の品質保証の限界温度を超えないように設定することが必要である。
【０１１４】
そこで、予熱手段１２８には、搬送手段１２５の上方に設置された冷却部１３０が設けられている。この冷却部１３０では、非耐熱部品１２３側にのみ冷風を当てるものであり、その温度が上昇しないようにしている。
【０１１５】
１３１は、予熱手段１２８から搬出されるプリント基板１が、搬入されるように連結された第２の冷却手段である。この第２の冷却手段１３１においても、搬送手段１２５の上方には冷却部１３０が設けられている。この冷却部１３０は予熱手段１２８に使用しているものと同じであり、非耐熱部品１２３の温度が上昇しないようにしている。
【０１１６】
１３２は、第２の冷却手段１３１から搬出されるプリント基板１が搬入されるように連結された加熱手段である。この加熱手段１３２では、クリームはんだ１２２を溶融させ、はんだ付けするものであり、搬送手段１２５の下方には加熱部１２９ｂを有している。
【０１１７】
ここで、一般的にクリームはんだは、その温度を液相線温度より約３０度高い温度にまで加熱しはんだ付けされる。従って、亜鉛系鉛フリーのクリームはんだ１２２の液相線温度は１９７℃であるので、加熱手段１３２において通常であればクリームはんだ１２２は約２３０度にまで加熱されなければならないこととなる。しかしながら、一般的な電解コンデンサやＩＦトランスにおける品質保証の限界温度は約１６０度である。そこで本実施の形態２において、加熱手段１３２によるクリームはんだ１２２の温度を出来る限り低く設定し、２１０℃程度に抑えなければならない。
【０１１８】
一方、本発明のようにクリームはんだ１２２とパッド２との間に、予めクリームはんだ１２２よりも融点が高いクリームはんだによる第１の合金層３０が形成されている場合、この加熱手段１３２でのクリームはんだ１２２の融点より温度をさらに高い温度にしておくことが望ましい。つまりこれは、第１の合金層３０を出来る限り高い温度としてやった方が、第１の合金層３０とクリームはんだ１２２との間での拡散が起こりやすくなるためである。
【０１１９】
そこで、加熱手段１３２では２２０℃まで加熱する代わりに、本体部１２３ａの温度がこの加熱手段１３２による加熱によって、限界温度以上とならないように、予備加熱手段１２８と加熱手段１３２との間に冷却手段１３１を設け、その冷却手段の冷却部１３０で本体部１２３ａ側を一旦冷却する構成としている。
【０１２０】
さらに、加熱手段１３２にも、プリント基板１の上方に予熱手段１２８と同じ冷却部１３０を有しており、この加熱手段１３２中においても、非耐熱部品１２３を冷却している。
【０１２１】
次に、加熱手段１３２から搬出されるプリント基板１が搬入されるように連結された第１の冷却手段１３３によって、溶融したクリームはんだは略外気温まで冷却され、出口１３４から搬出される。
【０１２２】
図１５は本実施の形態２における加熱部と冷却部の断面図である。まずは、搬送手段１２５の上方に設けられた冷却部１３０について図１５を用いて説明する。
【０１２３】
１４０はエアー供給装置であり、１４１はこのエアー供給装置１４０に接続して設けられたエアー導管であり、エアーはこのエアー導管１４１内を通って空気室１４２へ導かれる。この空気室１４２には非耐熱部品１２３の装着位置に対応して、複数個のパイプ１４３が植設されている。このパイプ１４３の径は、耐熱温度の低い部品に対しては径を大きくしている。これにより、非耐熱部品１２３の温度上昇を効率的に抑えることができるので、さらに熱に対する限界温度の低い部品についてもリフローはんだ付けすることができる。
【０１２４】
なお、本実施の形態２においては、パイプ１４３の径を大きくしたが、パイプ１４３の本数を多くしても同様の効果を得ることができる。
【０１２５】
さらに空気室１４２とパイプ１４３との間には、エアーを遮蔽する遮蔽板１４４が設けられている。この遮蔽板１４４には、非耐熱部品１２３が配置された箇所に当たる位置にのみエアーが通過するように孔１４５が設けられている。これにより非耐熱部品１２３に対してのみ効率的に冷却することができる。また、この遮蔽板１４４を変更するだけで容易に非耐熱部品１２３の位置が異なる基板に対しての対応が可能である。
【０１２６】
なお、全てのパイプ１４３を等間隔に植設し、遮蔽板１４４の孔１４５のみで冷却部分を制御することも可能である。このようにすることにより、どんなプリント基板にも遮蔽板１４４の交換のみで対応することができる。
【０１２７】
次に加熱部１２９ａ、１２９ｂについて説明する。１４６は、エアー供給機であり、１４７はこのエアー供給機１４６に接続されるとともに、その外部に発熱体１４７ａを有したエアー導管である。このエアー導管１４７を通過することでエアーは所定の温度に加熱される。この加熱されたエアーは、空気室１４８へ導かれ、遮蔽板１５０上に設けられた孔１５１からパイプ１４９を通りクリームはんだ１２２を加熱するものである。
【０１２８】
なお、このパイプ１４９の径は、フレーム等の熱容量の大きな部品については大きくし、大きな熱量を供給できるようにしてある。また、耐熱温度の高い部品に対してもパイプ径は大きくしている。
【０１２９】
また、本実施の形態２においては、パイプ１４９の径を大きくしたが、パイプ１４９の本数を多くしても同様の効果を得ることができる。
【０１３０】
遮蔽板１５０は、空気室１４８内に設けられており、必要な箇所にのみ加熱されたエアー（温風）を供給するものである。従って、この遮蔽板１５０には、非耐熱部品１２３が装着された箇所に当たる位置にのみエアーが通過するように孔１５１が設けてある。これによりクリームはんだ１２２に対してのみ効率的に加熱することができる。また、この遮蔽板１５０を変更するだけで容易に非耐熱部品１２３の位置の異なる基板に対しての対応が可能である。
【０１３１】
なお、全てのパイプ１４９を等間隔に植設し、遮蔽板１５０の孔１５１のみで加熱部分を制御することも可能である。このようにすることにより、どんなプリント基板にも遮蔽板１５０の交換のみで対応することができる。
【０１３２】
さらに、プリント基板１には温度測定用の銅箔１５２が設けられており、この銅箔１５２上にもクリームはんだ１５３が塗布される。１５４は、このクリームはんだ１５３の温度を測定する非接触の温度測定器であり、この測定器１５４に接続された計算部１５５で非耐熱部品１２３の本体部１２３ａの温度を計算し、算出する。これによりクリームはんだ１５３の温度を実際に測定することができるので、容易に本体部１２３ａの温度を管理することができ、非耐熱部品１２３が限界温度を超えてしまうことはない。
【０１３３】
なお、予熱手段１２８における加熱部１２９ａと、加熱手段１３２中における加熱部１２９ｂとは発熱体１４７ａの容量を除いて同じものであり、発熱体１４７ａの容量変更により温度を変えるだけで対応することができる。
【０１３４】
次に図１６は、本実施の形態２における非耐熱部品１２３の本体部１２３ａとクリームはんだ１２２との温度プロファイルを示す図であり、本実施の形態２におけるはんだ付けについて図１６を用いて説明する。
【０１３５】
予熱手段１２８では時間１６０の間予熱し、クリームはんだ１２２を温度１６１まで加熱する。このとき本体部１２３ａの温度は限界温度１６２以下の温度になるようにしておく。すなわち１２０度から１５０度程度の温度としておく。これによって、クリームはんだ１２２中のフラックス成分（樹脂、活性剤、チキソ剤、溶剤）が活性化し、またその溶剤が揮発する。つまり、クリームはんだ１２２中のフラックスは予熱により活性化し、プリント基板１の銅箔やリード部１２３ｂなどを覆っている酸化膜等の皮膜を除去するので、良好なはんだ付けができる。また、予熱によって溶剤を揮発させるのは、後の加熱手段１３２における急激な加熱で溶剤中に溶けていた気体が爆発することを防ぎ、はんだボールの飛散や、はんだ付けフィレット内のボイド（ピンホール、ブローホール）を防ぐものである。
【０１３６】
次に第２の冷却手段１３１では時間１６３の間冷却され、本体部１２３ａの温度は略外気温にまで落としている。なお、予熱手段１２８、第２の冷却手段１３１共に、非耐熱部品１２３側のみに冷却部１３０を有しているので、クリームはんだ１２２の温度はあまり下げないで、本体部１２３ａの温度は短時間の間に大きく下げることができる。このことは次の加熱手段１３２による加熱が開始される時点での本体部１２３ａとクリームはんだ１２２との温度差１６６を大きくしておけるものである。
【０１３７】
また、加熱手段で時間１６５の間加熱すると、クリームはんだ１２２は、液相線温度１６８を超えて溶融するが、非耐熱部品１２３の本体部１２３ａは、加熱手段１３２中においても冷却部１３０にて冷却されているので、温度を低く保つことができる。さらに、本体部１２３ａは大きな熱容量を有し、リード部１２３ｂが本体部１２３ａの径に比べて充分に小さい径となっているので、加熱手段１３２で加熱したリード部１２３ｂへの熱は、本体部１２３ａへ伝導しにくいこととなる。
【０１３８】
従って、加熱手段１３２中において、本体部１２３ａの温度が上昇する速度は、クリームはんだ１２２あるいはリード部１２３ｂに比べて遅くなる。つまりクリームはんだ１２２の温度が下降してもしばらくは本体部１２３ａの温度は上昇を続ける。また、加熱手段１３２での加熱開始時点において、本体部１２３ａとクリームはんだ１２２との温度差が大きくなる分、クリームはんだ１２２を規定のピーク温度１６７になるまで加熱したとしても、本体部１２３ａのピーク温度は限界温度１６２より低くすることができる。
【０１３９】
また、加熱手段１３２での加熱時間１６５経過後に、第１の冷却手段１３３による冷却が開始されることとなる。このときの本体部１２３ａの温度は限界温度１６２以下の温度にて冷却を開始している。さらに、冷却開始時点においてはクリームはんだ１２２が固相線以下の温度となってから搬送手段１２５でプリント基板１を搬送することにしている。
【０１４０】
これにより、本体部１２３ａの温度が限界温度１６２を超える前に冷却を開始するので、本体部１２３ａが破壊温度や特性の保証限界温度１６２を超えてしまうことはない。また、完全にクリームはんだ１２２が固体化してから移動するので、移動等に伴う振動等による、界面剥離等が発生することはない。
【０１４１】
以上の構成により、錫・銀系や、錫・銀・銅系等の高融点鉛フリーはんだによる合金層の上に、低融点の鉛フリーはんだを塗布しはんだ付けする場合においても、非耐熱部品１２３の本体部１２３ａの温度を限界温度１６２以下に保つことができるので、高融点鉛フリーはんだで非耐熱部品１２３のリフローはんだ付けすることも可能となる。従って、非耐熱部品１２３の限界温度１６２を超えることはなく、鉛フリーはんだ等によって非耐熱部品１２３のはんだ付けをすることができるので、環境保護に対して有効なはんだ付け装置を提供することができる。
【０１４２】
以上のように、本発明のはんだ付け装置を用いてリフローはんだ付けを行えば、たとえＩＦトランス等の非耐熱部品であっても鉛フリーはんだではんだ付け品質の良い装着が可能になる。
【０１４３】
（実施の形態３）
以下、本発明の実施の形態３について説明する。図１７、図１８は本発明の実施の形態３におけるはんだ付け装置の正面図と要部断面図である。
【０１４４】
図１７、図１８において、プリント基板１や、そのプリント基板１上に搭載される非耐熱部品１２３や、錫・銀系の鉛フリーはんだによってパッド上に形成された第１の合金層３０などは本発明の実施の形態２と同一のものであり、同じ符号を付してその説明は簡略化している。
【０１４５】
２００は、非耐熱部品１２３が搭載されたプリント基板１を搬送する搬送手段であり、２本のチェーンにより構成されており、リフロー炉２０１の中央部付近を貫いて設けられている。
【０１４６】
２０２は、この搬送手段２００上に架設されるパレットである。このパレット２０２上には、金属製のシールドケース１２４内に収められるとともに、非耐熱部品１２３が搭載されたプリント基板１が設置されている。また、このパレット２０２には非耐熱部品１２３のリード部１２３ｂの位置には孔２０３が設けられており、これによりリフロー炉２０１内でこのリード部１２３ｂに対して局部的に加熱することが可能となる。
【０１４７】
このリフロー炉２０１は、予熱手段２０４、第２の冷却手段２０５、加熱手段２０６と第１の冷却手段２０７がこの順に設けられている。
【０１４８】
まず、予熱手段２０４では、搬送手段２００の下方に加熱部２０８が設けられ、この加熱部２０８は、遠赤外線ヒータや熱風ブロワーを複数個併設して構成され、予備加熱するものである。なお、本実施の形態３における予熱手段２０４中には、搬送手段２００の上方に冷却部２０９を設けてある。これにより本体部１２３ａの温度を上げないようにしている。
【０１４９】
しかし、リフロー炉２０１が一般的に市販されているものである場合には、予熱手段２０４の搬送手段２００の上方にも遠赤外線のランプが複数個併設されている。そこで、このランプには電源を供給せず発熱させないようにしておくことで、本体部１２３ａの温度を上げないようにすることもできる。
【０１５０】
次に、第２の冷却手段２０５では、搬送手段２００の上方に冷却部２１０を有し、この冷却部２１０で本体部１２３ａの温度を略外気温になるまで下げている。
【０１５１】
なお、リフロー炉２０１が一般的に市販されているものである場合にはこのときは、搬送手段２００の上方、下方ともに遠赤外線のランプを有した構造となっている。その場合には少なくともその上方のランプの電源を切っておくことで、本体部１２３ａの温度を下げることができる。
【０１５２】
次に、加熱手段２０６においては、搬送手段２００の下方には加熱部２１１を有しており、この加熱部２１１には、遠赤外線ランプが複数個併設して構成され、クリームはんだ１２２を加熱し、はんだ付けするものである。なお、本実施の形態３における加熱手段２０６中にも、搬送手段２００の上方に冷却部２０９を設けている。これにより本体部１２３ａの温度を上げないようにしている。
【０１５３】
しかし、リフロー炉２０１が一般的に市販されているものである場合には、加熱手段２０６の搬送手段２００の上方にも遠赤外線のランプが複数個併設されている。そこで、このランプには電源を供給せず発熱させないようにしておくことで、本体部１２３ａの温度を上げないようにすることができる。
【０１５４】
そして、本体部１２３ａの温度が部品の限界温度に達する前に、第１の冷却手段２０７で冷却するものである。
【０１５５】
以上のような構成により、本発明の実施の形態２同様に、非耐熱部品の限界温度を超えることはなく、鉛フリーはんだを用いて非耐熱部品１２３をリフローはんだではんだ付けすることができる。
【０１５６】
さらにまた、本実施の形態３におけるはんだ付け装置は、一般の市販されているリフロー炉からの変更は容易であるので、大きな変更費用等を発生させずに鉛フリーはんだ等のはんだ付けを行うことができる。
【０１５７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、プリント基板上の所定の位置に設けられるとともに銅箔によって形成されたはんだ付けパッドと、このはんだ付けパッドと接続される電子部品と前記はんだ付けパッドとを錫・亜鉛を主成分とした鉛フリーはんだによってはんだ付けするはんだ付け接続であって、前記はんだ付け接続は、前記鉛フリーはんだの層と前記はんだ付けパッド間には、前記はんだ付けパッド上に形成されるとともに少なくとも錫を主成分とする層と、錫と銅の合金を主成分とする層とから構成された第１の合金層とを有するものである。
【０１５８】
この構成によって、第１の合金層が、直接銅と亜鉛が結合を阻止し、高温環境下においてＣｕ６Ｓｎ５合金の発生する原因となる銅と亜鉛との合金の生成を抑制するので、はんだ付けの接合強度の低下を発生しない亜鉛系鉛フリーはんだのはんだ付け接続を実現することができる。
【０１５９】
なお、ボイドの発生も抑制することができるので、熱衝撃などによるはんだクラックも発生しにくくなる。
【０１６０】
さらに、銅と亜鉛との合金もその強度は弱い。本発明においては銅と亜鉛との合金自体の生成も抑制することができるので、さらにはんだ付けの接合強度の低下を発生しない亜鉛系鉛フリーはんだのはんだ付け接続を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態におけるはんだ付け接続の断面模式図
【図２】同、要部の断面模式図
【図３】同、フローチャート
【図４】同、印刷工程の説明図
【図５】スクリーンの開口部の詳細図
【図６】部品装着工程の説明図
【図７】溶融工程の加熱状態における説明図
【図８】本実施の形態における溶融工程の温度プロファイル図
【図９】本実施の形態の第１の工程終了状態の断面図
【図１０】同、第２の工程の説明図
【図１１】同、第３の工程の説明図
【図１２】本実施の形態における第４の工程の温度プロファイル図
【図１３】第１の工程によって形成される層の要部の断面模式図
【図１４】本実施の形態２におけるはんだ付け装置の正面図
【図１５】同、要部詳細図
【図１６】同、温度プロファイル図
【図１７】本実施の形態３におけるはんだ付け装置の正面図
【図１８】同、要部断面図
【図１９】従来のはんだ付け接続の説明図
【図２０】同、フローチャート
【図２１】同、要部の断面模式図
【図２２】同、高温環境での金属間化合物の成長を示す要部の断面模式図
【図２３】同、高温環境下での金属間化合物の成長を示す要部の断面模式図
【符号の説明】
１ プリント基板
２ はんだ付けパッド
３０ 第１の合金層
３３ 亜鉛系鉛フリーはんだ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a soldering connection for soldering an electronic component using a lead-free solder containing an alloy of tin and zinc, a soldering method thereof, and an electronic component manufacturing apparatus using the same.
[0002]
[Prior art]
In recent years, from the viewpoint of environmental protection, there has been an increasing demand for lead-free solder, which may adversely affect the human body. However, solder containing no lead generally has a higher melting point than conventional tin-lead solders, as seen in tin-silver solders. Therefore, in this description, soldering connection using zinc-based lead-free solder (hereinafter referred to as zinc-based lead-free solder), which has a melting point substantially the same as that of tin-lead-based solder, is described as a lead-free solder. It is.
[0003]
Hereinafter, a conventional soldering connection will be described with reference to the drawings. FIG. 19 is an explanatory view of a conventional solder connection. In FIG. 19, reference numeral 1 denotes a printed circuit board. A soldering pad 2 formed by etching a copper foil is arranged at a predetermined position on the printed board 1. Reference numeral 3 denotes a hole formed to penetrate both the printed board 1 and the soldering pad 2, and is provided at a substantially central portion of the pad 2.
[0004]
Reference numeral 4 denotes a leaded electrolytic capacitor (used as an example of an electronic component). The electrolytic capacitor 4 has a lead portion 5, and the lead portion 5 is inserted so as to pass through the hole 3. Then, the soldering pad 2 and the lead portion 5 were connected by a zinc-based lead-free solder 6.
[0005]
However, in general, such an insertion type electrolytic capacitor 4 has a life less than that of a conventional tin-lead eutectic solder because of its short life due to heating and a low thermal limit of the resin used. It is necessary to perform reflow soldering at a temperature of. The zinc-based lead-free solder 6 has tin and zinc as main components, and its melting point is set to 89% by weight of tin, 8% by weight of zinc and 3% by weight of bismuth. 197 ° C.
[0006]
FIG. 20 is a flowchart of a conventional soldering connection. In FIG. 20, reference numeral 10 denotes an application step of applying the zinc-based lead-free solder 6 to the printed circuit board 1. In the coating step 10, the zinc-based lead-free solder 6 is printed on the printed circuit board 1 using a 1.2 mm thick metal plate.
[0007]
Reference numeral 11 denotes a component insertion step of inserting the electrolytic capacitor 4 into the hole 3 of the printed circuit board 1 on which the zinc-based lead-free solder 6 has been printed after the application step. Then, heating is performed in a reflow process 12 after the component insertion process 11, and the zinc-based lead-free solder 6 is soldered to the soldering pad 2. As shown in FIG. 21, a copper-zinc alloy layer 20 having a thickness of about 4 μm is formed between the soldering pad 2 and the zinc-based lead-free solder 6 by this reflow process 12 and soldered. That is. Here, the alloy layer 20 of copper and zinc has Cu 5 Zn 8 And an alloy of CuZn. Here, in the schematic diagram shown in FIG. 21, there is a clear boundary between the layers, but such a boundary is provided for the sake of convenience for easy understanding of the description. There are no boundaries, and the component ratio changes gradually. However, in the present description, generally, a range that can be determined by an SEM photograph or the like is indicated by a boundary line provided as a layer.
[0008]
As prior art document information related to the invention of this application, for example, Patent Document 1 is known.
[0009]
[Patent Document 1]
JP-A-9-174278
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, the alloy layer 20 of tin and zinc formed in such a conventional soldering connection contains Cu 5 Zn 8 And CuZn alloys, and these alloys 20 are thermally unstable alloys.
[0011]
That is, in a high-temperature environment (for example, at 125 ° C.), zinc in the zinc-based lead-free solder 6 is consumed, and as shown in FIG. 22, an alloy layer 20a of tin and zinc grows. When this growth proceeds to a certain thickness, the growth stops. Experiments have confirmed that the thickness grows to about 18 μm. Then, the alloy 20 of copper and zinc diffuses into the lead-free solder 6 having a reduced zinc concentration, and the layer 20a is gradually destroyed (shown in FIG. 22). It has been confirmed that this state occurs in a short period of about 300 hours at 125 ° C.
[0012]
Then, as shown in FIG. 23, interdiffusion between the copper of the soldering pad 2 and the lead-free solder 6 starts. Here, normally, copper bonds with zinc having a high ionization tendency. However, since zinc of the lead-free solder 6 is consumed by the growth of the alloy layer 20 of tin and zinc, the lead-free solder 6 is made of tin. Is in abundant state. Therefore, copper forms an alloy with tin. In this state, when copper of the soldering pad 2 is bonded to tin, the interface between the soldering pad 2 and the lead-free solder 6 has Cu 6 Sn 5 It is known that an alloy of alloy 21 occurs.
[0013]
However, one Cu 6 Sn 5 Since 5 tin is consumed to obtain the crystal of alloy 21, Cu 6 Sn 5 When the alloy 21 is formed, much tin is consumed. This allows Cu 6 Sn 5 When the alloy 21 is generated, Cu 6 Sn 5 Voids 22 (generally Kirkendall voids) are generated near the interface between the alloy 21 and the lead-free solder 6. It has been confirmed that this state occurs in a period of about 1500 hours under the condition of 125 ° C.
[0014]
However, Cu 6 Sn 5 The strength of the alloy 21 is very weak and brittle. Further Cu 6 Sn 5 Since the voids 22 are generated in the process of forming the alloy 21, the bonding strength of soldering is reduced.
[0015]
Accordingly, the present invention has been made to solve this problem, and has as its object to provide a soldering connection of a zinc-based lead-free solder that does not cause a decrease in soldering joint strength.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve this object, the soldering connection of the present invention comprises, between the lead-free solder layer and the soldering pad, a layer formed on the soldering pad and containing at least tin as a main component, And a first alloy layer composed of a layer mainly composed of an alloy of tin and copper.
[0017]
As a result, the first alloy layer directly prevents copper and zinc from bonding, and the Cu 6 Sn 5 Since the formation and growth of an alloy of copper and zinc, which causes the generation of an alloy, are suppressed, a soldering connection of a zinc-based lead-free solder that does not cause a decrease in soldering joint strength can be realized.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The invention according to claim 1 of the present invention provides a soldering pad provided at a predetermined position on a printed circuit board and formed of copper foil, an electronic component connected to the soldering pad, and the soldering pad. Soldering with a lead-free solder containing tin / zinc as a main component, wherein the soldering connection is provided on the soldering pad between the lead-free solder layer and the soldering pad. This is a soldering connection having a first alloy layer formed and composed of at least a layer mainly composed of tin and a layer mainly composed of an alloy of tin and copper.
[0019]
As a result, the first alloy layer prevents copper and zinc from directly bonding with each other. 6 Sn 5 Since the formation of an alloy of copper and zinc, which causes the generation of an alloy, is suppressed, a soldering connection of a zinc-based lead-free solder that does not easily cause a decrease in soldering joint strength can be realized.
[0020]
Since the generation of voids can also be suppressed, solder cracks due to thermal shock and the like are less likely to occur.
[0021]
Here, the strength of the alloy of copper and zinc itself is weak. In the present invention, the formation of the alloy itself of copper and zinc can also be suppressed, so that a soldering connection of a zinc-based lead-free solder that does not cause a decrease in the joining strength of soldering can be realized.
[0022]
The first alloy layer according to the second aspect of the present invention is the soldering connection according to the first aspect, which is formed by cream solder, whereby the first alloy layer can be easily formed. Further, the first alloy layer can be formed easily and at a low cost as compared with the case where the first alloy layer is formed by plating or the like.
[0023]
The soldering connection according to claim 2, wherein the thickness of the first alloy layer in the invention according to claim 3 is approximately equal to or greater than the distance over which copper molecules of the copper foil diffuse when the cream solder is melted. Accordingly, the number of copper molecules of the copper foil reaching the surface of the first alloy layer is reduced, and the generation of an alloy of zinc and copper in the lead-free solder is reduced. Therefore, in a high temperature environment, 6 Sn 5 The generation of an alloy of copper and zinc, which causes the generation of an alloy, can also be reduced, and a soldering connection of a zinc-based lead-free solder that does not easily cause a decrease in soldering joint strength can be realized.
[0024]
The first alloy layer in the invention according to claim 4 is a solder connection according to claim 2, wherein tin and indium are contained, whereby diffusion of zinc to the copper foil portion is prevented, An alloy of copper and zinc in the copper foil portion is not formed. Therefore, strong bonding is possible.
[0025]
The lead-free solder in the invention described in claim 5 is the solder connection according to claim 1 which is a cream solder, and can be easily supplied by a method such as screen printing.
[0026]
The thickness of the first alloy layer in the invention according to claim 6 is a soldering connection according to claim 5, wherein the thickness of the first alloy layer is larger than the distance that zinc molecules diffuse when the cream solder is melted. The amount of zinc reaching the foil surface is reduced, and the formation of an alloy of zinc and copper in the lead-free solder is reduced. Therefore, in a high temperature environment, 6 Sn 5 The generation of an alloy of copper and zinc, which causes the generation of an alloy, can also be reduced, and a soldering connection of a zinc-based lead-free solder that does not easily cause a decrease in soldering joint strength can be realized.
[0027]
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a printed circuit board, a soldering pad formed of a copper foil on the printed circuit board and formed at a predetermined position to be soldered, and mounted on the soldering pad. A soldering connection for soldering between an electronic component and the soldering pad with a lead-free solder containing tin / zinc as a main component, wherein the soldering connection comprises a layer of the lead-free solder and the soldering pad. A first alloy forming means for forming a first alloy layer formed on the soldering pad and having an alloy of tin, tin and copper as a main component therebetween, and the first alloy forming means And a second alloy layer forming means for forming the lead-free solder layer on the formed first alloy layer.
[0028]
As a result, the first alloy layer and the lead-free solder layer are formed by the first alloy forming means and the second alloy layer forming means, and the bonding between copper and zinc is prevented. Therefore, in a high temperature environment, 6 Sn 5 Since the formation of an alloy of copper and zinc, which causes the generation of an alloy, is suppressed, a soldering connection of a zinc-based lead-free solder that does not easily cause a decrease in soldering joint strength can be realized.
[0029]
Since the generation of voids can also be suppressed, solder cracks due to thermal shock and the like are less likely to occur.
[0030]
Furthermore, the alloy of copper and zinc also has low strength. In the present invention, the formation of the alloy itself of copper and zinc can also be suppressed, so that a soldering connection of a zinc-based lead-free solder that does not cause a decrease in the joining strength of soldering can be realized.
[0031]
The first alloy layer forming means in the invention according to claim 8 is arranged so as to face the soldering pad so as to supply a second lead-free solder not containing zinc as a main component to a position facing the soldering pad. 8. The soldering connection according to claim 7, comprising: screen printing having an opening formed by said heating; and heating means for melting said second lead-free solder supplied by said screen printing. The first alloy layer forming means prints a second lead-free solder containing no zinc as a main component by screen printing, and heats the second lead-free solder by a heating means to thereby form the first alloy. Since the layer is obtained, the first alloy layer can be obtained very easily. The thickness of the first alloy layer can be easily changed by appropriately selecting the thickness of the screen.
[0032]
According to a ninth aspect of the present invention, a printed circuit board, a soldering pad formed of copper foil on the printed circuit board, and an electronic component mounted on the soldering pad and mounted on the soldering pad are connected. In the soldering method, wherein the solder is a lead-free solder made of an alloy of tin and zinc, a tin-copper alloy layer mainly containing an alloy of tin and copper in order from the soldering pad side, and A first step of forming a layer mainly composed of tin on the tin-copper alloy layer substantially simultaneously; and a step of supplying a cream solder containing an alloy of tin and zinc after the first step. Step 2, a third step of inserting the lead portion of the electronic component into a hole formed substantially at the center of the pad after the second step, and a fourth step of heating after the third step. And the step of
[0033]
As a result, a layer made of a tin-copper alloy and tin is formed on the soldering pad in the first step, so that even if a zinc-containing solder is supplied from above, the bond between copper and zinc is reduced. Will be blocked. Therefore, in a high temperature environment, 6 Sn 5 Since the formation of an alloy of copper and zinc, which causes the generation of an alloy, is suppressed, a soldering connection of a zinc-based lead-free solder that does not easily cause a decrease in soldering joint strength can be realized.
[0034]
Since the generation of voids can also be suppressed, solder cracks due to thermal shock and the like are less likely to occur.
[0035]
Furthermore, the alloy of copper and zinc also has low strength. In the present invention, the formation of the alloy itself of copper and zinc can also be suppressed, so that a soldering connection of a zinc-based lead-free solder that does not cause a decrease in the joining strength of soldering can be realized.
[0036]
The first step in the invention according to claim 10 comprises a printing step of printing cream solder on a soldering pad by a screen, and a melting step of heating and melting the cream solder after this printing step. According to a ninth aspect of the present invention, a tin-copper alloy and a tin layer can be easily formed.
[0037]
The soldering method according to claim 10, wherein a component mounting step of mounting a mounted component at a predetermined position on a printed board is inserted between the printing step and the melting step in the invention according to claim 11; Thereby, in the first step, a layer made of a tin-copper alloy and tin is formed on the soldering pad, and the mounting component can be mounted at the same time.
[0038]
The invention according to claim 12 is the soldering method according to claim 11, wherein the solder supplied in the printing step is a lead-free solder other than a zinc-based solder. 3 An alloy layer of Sn is formed, and the Cu 3 As a result, a lead-free solder layer containing tin as a main component but not zinc as a main component is formed on Sn. Therefore, even if zinc-containing solder is supplied from above this layer, the bonding between copper and zinc is prevented. Therefore, in a high temperature environment, 6 Sn 5 Since the formation of an alloy of copper and zinc, which causes the generation of an alloy, is suppressed, a soldering connection of a zinc-based lead-free solder that does not easily cause a decrease in soldering joint strength can be realized.
[0039]
According to a thirteenth aspect of the present invention, there is provided the soldering method according to the twelfth aspect, wherein the solder of the first alloy layer is a tin-indium-based lead-free solder. Since it is a lead-free solder, the melting point is close to that of zinc-based lead-free solder. Therefore, the tin-indium-based lead-free solder can be melted by the heat generated when the zinc-based lead-free solder is melted, and the soldering can be performed reliably.
[0040]
The screen according to claim 14 can be printed with a thickness such that the thickness of the layer made of copper / tin alloy and tin when the cream solder is melted is larger than the distance over which copper molecules of the copper foil diffuse. The soldering method according to claim 12, wherein the thickness is reduced, the number of copper molecules of the copper foil reaching the surface of the layer composed of the copper-tin alloy and tin is reduced, and zinc and copper in the lead-free solder are removed. Of the alloy is reduced. Therefore, in a high temperature environment, 6 Sn 5 The generation of an alloy of copper and zinc, which causes the generation of an alloy, can also be reduced, and a soldering connection of a zinc-based lead-free solder that does not easily cause a decrease in soldering joint strength can be realized.
[0041]
The screen according to claim 15, wherein the opening is formed to face the soldering pad, and the screen is formed to face a hole provided substantially at the center of the soldering pad and covers the hole. 13. The soldering method according to claim 12, further comprising: a shielding portion formed as described above. Since the solder is not supplied to the hole by this, the hole is not closed by the solder.
[0042]
In the invention according to claim 16, the width of the connecting portion bridged to the opening portion and connected to the shielding portion is such that when the cream solder is heated, the cream solder covers the cream solder non-applied portion facing the connecting portion. The soldering method according to claim 15, wherein the soldering method is as thin as possible.
[0043]
As a result, the cream solder covers substantially the entire surface of the soldering pad, so that the soldering pad is not exposed, and an alloy of zinc in the tin-zinc-based lead-free solder supplied from above and copper in the soldering pad is provided. Generation is reduced. Therefore, in a high temperature environment, 6 Sn 5 The generation of an alloy of copper and zinc, which causes the generation of an alloy, can also be reduced, and a soldering connection of a zinc-based lead-free solder that does not easily cause a decrease in soldering joint strength can be realized.
[0044]
Further, since the soldering pad is not exposed, the solderability of the zinc-based lead-free solder is improved.
[0045]
The width of the connecting portion that is connected to the shielding portion and is connected to the shielding portion when the cream solder is heated, in the cream solder uncoated portion facing the connecting portion when the cream solder is heated. 16. The soldering method according to claim 15, wherein the thickness of the copper foil is larger than the distance over which the copper molecules of the copper foil are diffused. The copper molecules of the copper foil reaching the surface of the layer made of tin are reduced, and the formation of an alloy of zinc and copper in the lead-free solder is reduced. Therefore, in a high temperature environment, 6 Sn 5 The generation of an alloy of copper and zinc, which causes the generation of an alloy, can also be reduced, and a soldering connection of a zinc-based lead-free solder that does not easily cause a decrease in soldering joint strength can be realized.
[0046]
In the invention according to claim 18, the electronic component is a non-heat-resistant component, and the fourth step includes a preheating step of preheating the cream solder applied to the printed circuit board to a predetermined temperature, and after this preheating. A heating step of melting the cream solder; and a first cooling step of cooling the cream solder melted in the heating step after the heating step, wherein a second cooling step is provided between the preheating step and the heating step. The soldering method according to claim 14, further comprising a cooling step.
[0047]
As a result, since the temperature of the non-heat-resistant component of the printed circuit board on which the non-heat-resistant component is mounted is once lowered by the second cooling device before entering the heating device, the temperature of the component by the heating device can be lowered. it can. Therefore, even when reflow soldering is performed using lead-free solder having a high melting point, the soldering can be performed without breaking the non-heat-resistant component due to the heat.
[0048]
The invention according to claim 19 is the soldering method according to claim 18, wherein in the second cooling step, cooling is performed such that the peak temperature of the non-heat-resistant component in the heating step is equal to or lower than a predetermined temperature. Therefore, if the peak temperature of the non-heat-resistant component is cooled in advance in the second cooling unit so as to be equal to or lower than the quality assurance limit temperature of the component, the non-heat-resistant component does not exceed the guaranteed temperature. In addition, reflow soldering can be performed without deteriorating quality, characteristics, or reliability.
[0049]
The invention according to claim 20 is that, in the first cooling step, after the cream solder reaches the peak temperature in the heating step and before the temperature of the non-heat-resistant component becomes equal to or higher than a predetermined temperature. 19. The soldering method according to claim 18, wherein cooling of the heat-resistant component is started. Since the cooling is started before the temperature of the non-heat-resistant component becomes equal to or higher than the temperature limit of quality assurance, the temperature limit of quality assurance is low. The reflow soldering can be performed without deteriorating the quality, characteristics and reliability of heat-resistant parts or solder having a high melting point.
[0050]
The invention according to claim 21 is the soldering method according to claim 20, wherein the transfer from the heating step to the first cooling step is performed at a temperature lower than the solidus temperature of the cream solder. Since the transfer from the means to the cooling means is performed after the solidification of the solder, there is no occurrence of interface peeling due to vibration or the like due to conveyance or inclination of the component. Therefore, good soldering can be realized.
[0051]
The cream solder in the invention according to claim 22 is formed of a flux component and a solder powder, and in the preheating means, the temperature of the cream solder is not less than a temperature at which the flux component is activated and a solvent volatilizes. The temperature of the non-heat-resistant component at this time is the soldering method according to claim 18, wherein the temperature in the solder paste is set to be equal to or lower than a predetermined temperature. Since a film such as an oxide film covering the soldering surface is removed, good soldering can be realized.
[0052]
Further, since the preheating temperature is equal to or lower than the limit temperature for quality assurance of the non-heat-resistant component, the quality, characteristics and reliability of the non-heat-resistant component are not deteriorated by the preheating means.
[0053]
The preheating step in the invention according to claim 23 is the soldering method according to claim 18, wherein the non-heat-resistant component side is not heated by the preheating means from a surface side opposite to the cream solder surface. The temperature of the non-heat-resistant component does not increase. Therefore, when the printed circuit board is cooled by the second cooling means, the temperature can be reduced in a short time. That is, since the non-heat-resistant component can be effectively cooled, the temperature of the cream solder can be easily increased by the heating means. Therefore, the electric power in the heating means can be reduced.
[0054]
In addition, since the temperature of the non-heat-resistant component does not increase, it can be sufficiently cooled by the cooling unit, and the temperature of the non-heat-resistant component in the heating unit can be prevented from exceeding the quality assurance limit temperature.
[0055]
The preheating step in the invention according to claim 24 is the soldering method according to claim 18, wherein cooling is performed from a surface side on which the non-heat-resistant component is mounted. Since the components are cooled, the temperature of the components at the heating means can be further reduced. Therefore, reflow soldering can be performed on a component having a lower critical temperature for assuring the quality of a component or a solder having a higher melting point.
[0056]
The heating step in the invention according to claim 25 is the soldering method according to claim 18, wherein the non-heat-resistant component is cooled from the side where the non-heat-resistant component is planted, whereby the non-heat-resistant component is cooled even during heating of the solder. Therefore, the temperature of the non-heat-resistant component can be prevented from rising. Therefore, by the time the cooling by the first cooling means is started, the temperature does not exceed the component guarantee limit temperature and the components and characteristics do not deteriorate.
[0057]
The heating step in the invention according to claim 26 is the soldering method according to claim 18, wherein heating is performed from the surface side opposite to the cream solder application surface. In addition, the temperature of the non-heat-resistant component can be prevented from exceeding the quality assurance limit temperature.
[0058]
According to a twenty-seventh aspect of the present invention, in the heating part constituting the heating step, a plurality of pipes facing the cream solder application surface of the printed circuit board are provided, and the pipes are heated by hot air blown from the pipes. This is the soldering method described above, whereby heat can be locally applied, so that the heating time can be shortened and the electric power of the heating means can be reduced.
[0059]
The invention according to claim 28 has an air chamber provided at the base of the pipe, and a shielding plate provided in the air chamber and shielding hot air, and the shielding plate has a soldering portion of a printed circuit board. 27. The soldering method according to claim 26, wherein a hole is provided at a position corresponding to the above, and by replacing only the shielding plate, a soldering device that easily solders a printed circuit board having a different soldering position is obtained. be able to.
[0060]
The pipe according to claim 29 is the soldering method according to claim 26, wherein the portion facing the cream solder of the non-heat-resistant component having a large heat capacity has a large diameter. Accordingly, by changing the diameter of the pipe, the heating time in the heating means can be made the same, and the hot air from the pipe can be stopped at the same time, so that the soldering can be easily performed.
[0061]
The pipe according to claim 30 is the soldering method according to claim 26, wherein a large number of pipes are provided at locations facing the cream solder of a non-heat-resistant component having a large heat capacity, thereby increasing the heat capacity of the component. By changing the number of pipes according to the conditions, the heating time in the heating means can be made the same, and the hot air from the pipes can be stopped at the same time, so that soldering can be easily performed.
[0062]
The second cooling step in the invention according to claim 31 is the soldering method according to claim 18, further comprising a cooling unit for cooling from a surface of the printed circuit board on which the non-heat-resistant component is mounted. Since the components are forcibly cooled by the cooling unit, the components can be sufficiently cooled, and the temperature of the components in the heating means can be further reduced. Therefore, reflow soldering can be performed using a component having a low critical temperature for component quality assurance or a solder having a high melting point.
[0063]
The second cooling step in the invention according to claim 32, wherein a plurality of pipes are provided, and the non-heat-resistant parts are selectively cooled by cold air blown from the pipes. Yes, this allows only non-heat resistant components to be selectively cooled.
[0064]
In other words, a metal frame or the like has a large heat capacity, and if the temperature is lowered, the temperature in the heating step becomes difficult to sufficiently rise, and soldering cannot be performed. Therefore, such a component having a large heat capacity can be prevented from being cooled, so that good soldering can be performed.
[0065]
The invention according to claim 33 has an air chamber provided at the base of the pipe, and a shielding plate provided in the air chamber and shielding cold air, and a non-heat-resistant component is mounted on the shielding plate. 32. The soldering method according to claim 31, wherein holes are provided corresponding to the positions where the cooling air is not blown on the portions of the shield plate that do not require cooling, so that only the necessary portions are efficiently cooled. be able to. Further, by replacing only the shield plate, it is possible to easily solder printed boards having different soldering positions.
[0066]
The pipe in the invention according to claim 34 is the soldering method according to claim 31, wherein a diameter is increased at a portion facing the non-heat-resistant component having a large heat capacity, whereby the temperature of the component having a large heat capacity can be reduced. it can.
[0067]
The pipe according to claim 35 is the soldering method according to claim 31, wherein a large number of pipes are provided at locations facing the non-heat-resistant component having a large heat capacity, thereby lowering the temperature of the component having a large heat capacity. be able to.
[0068]
The non-heat-resistant component according to the invention according to claim 36, comprises a main body having a large heat capacity and a lead having a diameter sufficiently smaller than the diameter of the main body and connected to the main body. 19. The soldering method according to claim 18, wherein the non-heat-resistant part has a large heat capacity in its main body and a diameter of the soldered part is sufficiently smaller than the diameter of the main body. The heat of the lead portion heated by the means is hardly conducted to the main body. Therefore, the temperature of the main body can be kept low even in the heating means, and the components do not exceed the breakdown temperature or the guaranteed temperature of the characteristics.
[0069]
According to a thirty-seventh aspect of the present invention, a printing means is provided at a predetermined position on a printed circuit board and prints a first cream solder on a soldering pad formed of copper foil, and is provided downstream of the printing means. A first heating means for forming a first alloy layer of the first cream solder and the copper foil, and a second cream solder provided downstream of the first heating means and on the soldering pad Transfer means for transferring the electronic component, and an insertion means provided downstream of the transfer means and for inserting a lead portion of the electronic component into a hole provided substantially at the center of the soldering pad, and provided downstream of the insertion means. And a second heating means for forming a second alloy layer of the first cream solder and the second cream solder, wherein the first cream solder is provided. The melting point of the second cream solder is higher than the melting point of the second cream solder, and the second heating means is provided downstream of the preheating section and a preheating section for preheating the second cream solder to a predetermined temperature. A first cooling unit, a heating unit provided downstream of the cooling unit for melting the second cream solder, and a heating unit provided downstream of the heating unit and cooling the solder melted by the heating means. 2 is a manufacturing device for an electronic component having a cooling section and a second alloy layer formed between the second cream solder and the copper foil. Can be prevented from deteriorating due to the generation of an alloy.
[0070]
Further, even when the electronic component whose heat-resistant temperature is lower than the melting point of the cream solder is soldered, the temperature of the electronic component is set to the heat-resistant temperature even if the melting point of the first cream solder is higher than the melting point of the second cream solder. It can be soldered below.
[0071]
(Embodiment 1)
Hereinafter, this embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a solder connection according to the present embodiment, and FIG. 2 is an enlarged view of a main part thereof. 1 and 2, the same components as those of the conventional example are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be simplified.
[0072]
Note that, in the schematic diagram shown in FIG. 2, there are clear boundaries between the layers, but these boundaries are provided for the sake of convenience for easy understanding of the description. There is no clear boundary, and the component ratio changes gradually. However, in the present invention, a range that can be discriminated by an SEM photograph or the like is generally indicated by providing a boundary line as a layer.
[0073]
1 and 2, reference numeral 30 denotes a first alloy layer formed on the soldering pad 2; 3 Sn alloy / Cu 6 Sn 5 An alloy tin / copper alloy layer 31 is formed with a thickness of approximately 3 μm. On the other hand, on the surface layer side of the first alloy layer 30, a Sn.Ag layer 32 mainly composed of tin is formed.
[0074]
On the outermost layer farthest from the soldering pad 2, a layer 34 of a lead-free solder 33 containing tin and zinc as main components (hereinafter referred to as a zinc-based lead-free solder) is formed. In this embodiment, the thickness of each layer is Cu 3 The thickness of the Sn alloy layer 31 is about 3 μm, and the thickness of the tin-based layer 32 formed thereon is about 50 μm.
[0075]
An electrolytic capacitor 4 (used as an example of an electronic component), which is a soldered object in the present embodiment, is an electrolytic capacitor having a lead portion 5 and is provided in a hole 3 provided in a printed circuit board 1 in the same manner as in the related art. The lead portion 5 (the soldering portion of the electrolytic capacitor 4) is inserted and is electrically connected by the zinc-based lead-free solder 33.
[0076]
Next, the soldering connection in the present embodiment will be described. FIG. 3 is a flowchart of the soldering according to the present embodiment. Referring to FIG. 3, the soldering according to the present embodiment includes a first step 41 of forming a first alloy layer 30 on the soldering pad 2, and a zinc-based lead-free solder 33 after the first step 41. A second step 42 for supplying the electrolytic capacitor 4 onto the first alloy layer 30, and a third step 43 for inserting the electrolytic capacitor 4 having a low heat-resistant temperature into the hole 3 of the printed circuit board 1 after the second step 42. And a fourth step 44 of heating and melting the zinc-based lead-free solder by a second reflow after the third step 43.
[0077]
The first step 41 includes a printing step 45 for supplying a tin-silver-based solder (used as an example of a lead-free solder containing no zinc) onto the soldering pad 2, and a step after the printing step 45. And a melting step 47 of heating and melting the tin / silver-based solder by a first reflow after the component mounting step 46. I have.
[0078]
Hereinafter, each step will be sequentially described with reference to the drawings. First, FIG. 4 is an explanatory diagram of the printing process 45. A plurality of solder pads 2, 51a and 51b are formed on the printed board 1. Note that these soldering pads 2 are connected to the leads 5 of the electronic component 4 by soldering. The soldering pads 51a and 51b are formed at positions facing the electrodes of the chip component 61 as shown in FIG.
[0079]
A metal screen 52 is mounted on the printed circuit board 1. A tin / silver cream solder (including zinc) having a composition ratio of 97% by weight of tin and 3% by weight of silver is provided on the metal screen 52. (Used as an example of no lead-free solder) 53 is provided. The tin / silver cream solder 53 is imprinted into openings 55, 56a, and 56b provided in the metal screen 52 by a squeegee 54, and is supplied to predetermined soldering pads 2, 51a, and 51b. The opening 55 faces the soldering pad 2, and the openings 56a and 56b are provided to face the soldering pads 51a and 51b.
[0080]
The thickness of the metal screen 52 is 120 μm, and a circular shielding portion 57 is formed at the center of the opening 55 so as to cover the hole 3 as shown in FIG. The diameter of the shielding portion 57 is about 0.4 mm larger than the diameter of the hole 3 so that the tin / silver-based cream solder 53 does not adhere to the inside of the hole 3 even if the printing of the screen is shifted. It is like that.
[0081]
The opening 55 is divided into four openings 55a, 55b, 55c, and 55d by the four bridges 58a, 58b, 58c, and 58d. In this case, the bridging portions 58a, 58b, 58c, and 58d are provided at four positions so that the shielding portion 57 can be securely held. However, since the tin / silver-based cream solder 53 is not formed on the printed circuit board 1 due to the erected portions 58a, 58b, 58c, and 58d, the erected portions 58a, 58b, 58c, and 58d can be made wider. As thin as possible is desirable.
[0082]
Therefore, in the present embodiment, the width of each of the erection portions 58a, 58b, 58c, and 58d is about 0.2 mm. By melting the tin / silver-based cream solder 53 in this manner, the first alloy layer 30 can be easily formed even in the non-formed portion. In the present embodiment, the number of erection portions is four, but at least two or more portions may be provided. If the number of bridge portions is reduced, the application area of the tin / silver-based cream solder 53 can be increased, so that the first alloy layer can be formed more reliably.
[0083]
Next, FIG. 6 is a diagram showing a state where chip components are mounted in the component mounting step 46. FIG. In the component mounting step 46, the chip component 61 is mounted on the tin / silver cream solder 53 supplied in the printing step 45 by an automatic mounting machine or the like. The melting point of the tin / silver cream solder 53 is 217 ° C., which is about 34 ° C. higher than that of the conventional tin / lead eutectic cream solder. Therefore, in the component mounting step 46, only components having heat resistance enough to withstand the reflow temperature suitable for the tin / silver-based cream solder 53 are mounted. However, the reflow temperature suitable for the tin / silver-based cream solder 53 is generally about 250 ° C., but since the general chip component 61 has higher heat resistance, most of the mounting components are not used in this process. Can be attached.
[0084]
In addition, at this time, generally, several minutes or more have elapsed since the printing step 45 until all of the mounting is completed, so that the tin / silver-based cream solder 53 is dripped and the non-formed portion 62 is formed. Becomes smaller. In the present embodiment, since the width of the shielding portion 57 is 0.2 mm, the width 64 of the non-formed portion in this component mounting step 46 is reduced to about 0.1 mm.
[0085]
Next, FIG. 7 is an explanatory view showing a state in which the tin / silver-based cream solder 53 is heated in the melting step 47, and FIG. 8 shows a temperature profile of the melting step 47. In FIG. 8, the horizontal axis 70 represents time, and the vertical axis 71 represents temperature.
[0086]
Reference numeral 72 denotes a temperature profile of the tin / silver cream solder 53. Here, reference numeral 73 denotes a preheating step, and the preheating temperature 74 of the preheating step 73 is set to 160 ° C. In the preheating step 73, the solvent component in the tin / silver-based cream solder 53 is evaporated and the flux component is activated to clean the surface of the object to be soldered (soldering pad surface, electronic component electrode, etc.). Is what you do. When heated in this preliminary heating step 73, the viscosity of the tin / silver cream solder 53 decreases, and sag occurs, so that the unformed portion 62 is also covered with the tin / silver cream solder 53. .
[0087]
In the main heating step 75, heating is performed until the melting point of the tin / silver-based cream solder 53 is exceeded to melt the tin / silver-based cream solder 53. By setting the peak temperature 76 in the main heating step 75 to 250 ° C., the temperature of the tin / silver-based cream solder 53 can be reliably increased to a temperature higher than the melting point of 217 ° C. Reference numeral 77 denotes a cooling step in which the tin / silver-based cream solder 53 melted in the main heating step 75 is cooled to approximately room temperature and solidified. Thereby, the first alloy layer 30 can be formed on the soldering pad 2 simultaneously with the soldering of the chip component 61.
[0088]
Next, FIG. 9 is a drawing showing a state after the cream solder 53 is cooled. In FIG. 9, when the tin / silver-based cream solder 53 is melted, the volume of the solvent is reduced and the volume is reduced to about half. However, by setting the opening 55 of the metal screen 52 in the printing step 45 to the size as in the present embodiment, the tin / silver-based cream solder 53 spreads over substantially the entire surface of the soldering pad 2 except for the hole 3. To form the first alloy layer 30.
[0089]
Here, reference numeral 78 in FIG. 8 denotes a temperature profile of the tin / lead eutectic solder. The peak temperature 79 of the temperature profile 78 is lower by about 20 ° C. than the peak point temperature 76 of the tin / silver cream solder 53. Therefore, when soldering an electrolytic capacitor 4 having a low heat resistance of 160 ° C. and low heat resistance, use a zinc-based lead-free solder having a melting point similar to that of the conventional tin / lead eutectic solder. Is desired.
[0090]
Therefore, as shown in FIG. 10, in a second step 42, a zinc-based lead-free solder 33 is supplied onto a tin / silver-based cream solder 53. This is because the zinc-based lead-free solder 33 has a melting point of 197 ° C., and has a melting point relatively close to that of the eutectic solder.
[0091]
The zinc-based lead-free solder 33 is supplied to the printed circuit board 1 by forming an imprint hole 83 provided at a position facing the soldering pad 2 on a plate 82 having a thickness of 1.2 mm. The zinc-based lead-free solder 33 is imprinted into the insertion hole 83. Then, a zinc-based lead-free solder is extruded by a pin 84 having a diameter slightly smaller than the diameter of the imprint hole 83 and is transferred onto the tin / silver-based cream solder 53.
[0092]
When the zinc-based lead-free solder 33 is pressed by the pins 84, the solder expands laterally. The diameter of the imprint hole 83 is made smaller by about 0.2 mm than the diameter of the soldering pad 2 so that the bulge does not cause a short circuit with the adjacent parts.
[0093]
Next, as shown in FIG. 11, the third step 43 is to insert the electrolytic capacitor 4 (electron having low heat resistance) into the hole 3 of the soldering pad 2 to which the zinc-based lead-free solder 33 has been transferred in the second step 42. (Used as an example of a component).
[0094]
The fourth step 44 is a step of dissolving the zinc-based lead-free solder 33 and soldering the lead portions 5 of the electrolytic capacitor 4. In the present embodiment, a general reflow furnace is used to heat to a temperature 94 shown in FIG. 12 and solder the zinc-based lead-free solder 33. The preheating temperature 92 in the preheating step is 150 ° C., and the peak temperature 94 in the main heating step 93 is 215 ° C. Then, it is cooled to approximately room temperature by the cooling step 95, and the soldering is completed.
[0095]
Next, a process of forming an alloy layer formed in each step of the above-described soldering method will be described. First, in the first step, a tin / silver-based cream solder 53 is supplied using a 120 μm screen and melted. In this case, the copper of the soldering pad 2 and the tin / silver-based cream solder 53 are combined, and Cu 3 Sn and Cu 6 Sn 5 It is known that the copper / tin alloy layer 31 is formed. Then, on the copper / tin alloy layer 31, the tin-based layer 32 of tin / silver cream solder 53 is formed, and the first alloy layer 30 is formed. The thickness of each layer is 3 μm for the tin / copper alloy layer 31 and 50 μm for the layer 32 mainly composed of tin.
[0096]
Next, a zinc-based lead-free solder 33 is supplied onto the alloy layer in this state in a second step 42, an electrolytic capacitor is inserted in a third step, and heat melting is performed in a fourth step 44. As a result, as shown in FIG. 1, a tin / zinc solder layer 33, a tin-based layer 32, and a tin / copper alloy layer are completed.
[0097]
With the above configuration, the tin-copper alloy layer 31 and the first alloy layer 30 formed of the tin-based layer 32 prevent the bonding between copper and zinc, and cause Cu 6 Sn 5 Since the formation of an alloy of copper and zinc, which causes the generation of an alloy, is suppressed, a soldering connection of a zinc-based lead-free solder that does not easily cause a decrease in soldering joint strength can be realized. Since the generation of voids can also be suppressed, solder cracks due to thermal shock and the like are less likely to occur.
[0098]
Further, in the present invention, since the formation of the copper-zinc alloy itself having low strength can also be suppressed, a decrease in the joining strength of soldering is less likely to occur.
[0099]
Further, the Cu 3 Sn is Cu 5 Zn 8 It is a very stable alloy as compared to and does not grow or break in a high temperature environment. Also, Cu 6 Sn 5 The bonding strength is Cu 6 Sn 5 Therefore, solder cracks due to thermal shock and the like are less likely to occur.
[0100]
Furthermore, in the present embodiment, the tin / silver cream solder 53 is printed by the metal screen 52 having a thickness of 120 μm, so that the thickness of the first alloy layer 30 is about 50 μm. On the other hand, Cu 3 The thickness of the Sn layer 31 is 3 μm, and copper molecules are hardly diffused in the layer having a thickness of 3 μm or more, and the composition ratio of the tin / silver-based cream solder 53 does not change. In other words, since the thick first alloy layer 30 can be easily obtained by the metal screen 52, the surface of the first alloy layer 30 can have a composition containing almost no copper. is there.
[0101]
On the other hand, the zinc-based lead-free solder 33 is supplied onto the first alloy layer 30. Since the thickness of the first alloy layer 30 is as thick as about 50 μm, the zinc particles in the zinc-based lead-free solder 33 are Tin diffuses only partway through the main layer 32. Therefore, since the bond between copper and zinc is suppressed, the formation of an alloy of copper and zinc is more reliably suppressed. Therefore, it is possible to realize a soldering connection to a zinc-based lead-free solder in which a decrease in soldering joint strength is unlikely to occur.
[0102]
According to the soldering method in the present embodiment, the chip component 61 can be connected by soldering simultaneously with forming the first alloy layer on the soldering pad 2. Since there is no need to provide a separate step such as a plating step for forming, soldering connection can be performed at low cost with respect to lead-free soldering.
[0103]
Further, the solderability of the lead-free solder including the zinc-based lead-free solder 33 is generally poor. However, in this embodiment, since the surface of the soldering pad 2 is previously covered with the tin / silver cream solder 53, the solderability is improved.
[0104]
In the present embodiment, the first alloy layer 30 is formed of a tin-silver-based lead-free solder, but may be formed of a tin-silver-indium-based lead-free solder. In this case, for example, if the indium content is about 8% by weight, the melting point is 206 ° C., which is close to the melting point of the zinc-based lead-free solder 33. Is also good, so the soldering is very good.
[0105]
Also, in particular, when using solder containing indium, the alloy layer of tin, indium, and silver surely prevents zinc from entering, and no alloy of zinc and copper is generated, resulting in a decrease in reliability due to the alloy. It has been confirmed that it becomes difficult.
[0106]
In this embodiment, only the soldering pad 2 of the printed circuit board 1 has been described. However, it is preferable that the first alloy layer is formed on the lead 5 side of the electrolytic capacitor 4 in the same manner. However, since the surface area of the lead 5 is much smaller than that of the solder pad 2, the thickness of the first alloy layer may be thin or may be formed by plating or the like.
[0107]
(Embodiment 2)
Hereinafter, Embodiment 2 will be described with reference to the drawings. FIG. 14 shows a front view of a heating step in the soldering method according to the second embodiment. In the second embodiment, the same reference numerals are given to the same components as those in the conventional example and the first embodiment, and the description is simplified. Except for the fourth step 44 in the second embodiment, the fourth embodiment is the same as the first embodiment, and here, the fourth step 44 is particularly described in detail.
[0108]
In FIG. 14, reference numeral 1 denotes a first step 41 in which a surface mount component (not shown) is previously soldered to both sides with a tin-silver-based lead-free solder, and a first alloy is placed on the soldering pad 2. The layer 30 is a pre-formed printed circuit board.
[0109]
Then, in a second step 42, a zinc-based lead-free cream solder 122 is supplied to the soldering pad 2 by transfer or the like, and in a third step 43, the temperature limit for quality assurance of an electrolytic capacitor, an IF transformer or the like is low. The heat-resistant component 123 is inserted into the hole 3. The printed circuit board 1 is housed in a metal shield case 124.
[0110]
The non-heat-resistant component 123 has a relatively large shape, and includes a main body 123a having a large heat capacity, and a lead 123b connected to the main body 123a. The soldered portion is a copper wire or the like having a diameter of about 0.3 mm, and the diameter is sufficiently smaller than the diameter of the main body 123a. In this case, the lead portion 123b itself uses a copper wire having good thermal conductivity so that heat is easily transmitted and soldering is easy.
[0111]
Reference numeral 125 denotes a transport unit that transports the printed circuit board 1, and has a structure in which the transport surface 126 stands upright so as to move vertically. The transport means 125 is a steel conveyor, and has magnets 127 attached at regular intervals. The magnet 127 causes the shield case 124 to be temporarily mounted on the transporting means 125 with the cream solder application surface side down.
[0112]
As a result, since both the vertical direction of the printed circuit board 1 is open, there is no object that blocks hot air, cold air, or the like in the soldering apparatus according to the second embodiment. Therefore, hot air or cold air can be efficiently applied to the solder on the printed circuit board 1 and the non-heat-resistant component 123, so that the power of the heat source can be reduced and the power consumption of the soldering apparatus can be reduced.
[0113]
Reference numeral 128 denotes a preheating unit in which the printed circuit board 1 is first transferred by the transfer unit 125. A heating section 129a for preheating the cream solder 122 is provided below the conveying means 125 of the preheating means 128, and preheats the temperature of the cream solder 122 from about 120 degrees to about 150 degrees. It is desirable that the preheating temperature be as high as possible in order to reduce the electric power in the heating means, but it is necessary to set the preheating temperature not to exceed the limit temperature for quality assurance of parts.
[0114]
Therefore, the preheating unit 128 is provided with a cooling unit 130 installed above the transport unit 125. In the cooling section 130, cold air is blown only to the non-heat-resistant component 123 side, so that the temperature does not increase.
[0115]
Reference numeral 131 denotes a second cooling unit connected so that the printed circuit board 1 carried out from the preheating unit 128 is carried in. Also in the second cooling unit 131, a cooling unit 130 is provided above the transport unit 125. This cooling section 130 is the same as that used for the preheating means 128, and prevents the temperature of the non-heat-resistant component 123 from rising.
[0116]
132 is a heating means connected so that the printed circuit board 1 carried out from the second cooling means 131 is carried in. The heating unit 132 melts and solders the cream solder 122, and has a heating unit 129 b below the conveying unit 125.
[0117]
Here, in general, the cream solder is heated to a temperature about 30 degrees higher than the liquidus temperature and soldered. Accordingly, since the liquidus temperature of the zinc-based lead-free cream solder 122 is 197 ° C., the cream solder 122 must normally be heated to about 230 ° C. by the heating means 132. However, the limit temperature for quality assurance in a general electrolytic capacitor or IF transformer is about 160 degrees. Therefore, in the second embodiment, the temperature of the cream solder 122 by the heating means 132 must be set as low as possible, and must be suppressed to about 210 ° C.
[0118]
On the other hand, when the first alloy layer 30 made of cream solder having a higher melting point than the cream solder 122 is previously formed between the cream solder 122 and the pad 2 as in the present invention, the cream It is desirable that the temperature be higher than the melting point of the solder 122. That is, the diffusion between the first alloy layer 30 and the cream solder 122 is more likely to occur when the temperature of the first alloy layer 30 is set as high as possible.
[0119]
Therefore, instead of heating to 220 ° C. in the heating means 132, a cooling means is provided between the preliminary heating means 128 and the heating means 132 so that the temperature of the main body 123 a does not exceed the limit temperature by the heating by the heating means 132. 131 is provided, and the cooling unit 130 of the cooling means temporarily cools the main body 123a side.
[0120]
Further, the heating unit 132 has the same cooling unit 130 as the preheating unit 128 above the printed circuit board 1, and also cools the non-heat-resistant component 123 in the heating unit 132.
[0121]
Next, the melted cream solder is cooled to substantially the outside temperature by the first cooling means 133 connected so that the printed circuit board 1 carried out from the heating means 132 is carried in, and is carried out from the outlet 134.
[0122]
FIG. 15 is a cross-sectional view of the heating unit and the cooling unit according to the second embodiment. First, the cooling unit 130 provided above the transport unit 125 will be described with reference to FIG.
[0123]
140 is an air supply device, 141 is an air conduit connected to the air supply device 140, and air is guided to the air chamber 142 through the air conduit 141. In the air chamber 142, a plurality of pipes 143 are implanted corresponding to the mounting position of the non-heat-resistant component 123. The diameter of the pipe 143 is increased for parts having a low heat-resistant temperature. As a result, the temperature rise of the non-heat-resistant component 123 can be suppressed efficiently, so that components having a lower limit temperature for heat can be reflow-soldered.
[0124]
In the second embodiment, the diameter of the pipe 143 is increased, but the same effect can be obtained even if the number of the pipes 143 is increased.
[0125]
Further, a shielding plate 144 that shields air is provided between the air chamber 142 and the pipe 143. The shielding plate 144 is provided with a hole 145 so that air can pass only to a position where the non-heat-resistant component 123 is disposed. Thereby, only the non-heat-resistant component 123 can be efficiently cooled. Further, it is possible to easily cope with a substrate in which the position of the non-heat-resistant component 123 is different simply by changing the shielding plate 144.
[0126]
In addition, it is also possible to plant all the pipes 143 at equal intervals, and control the cooling part only by the holes 145 of the shielding plate 144. In this manner, any printed circuit board can be dealt with only by replacing the shielding plate 144.
[0127]
Next, the heating units 129a and 129b will be described. 146 is an air supply device, and 147 is an air conduit connected to the air supply device 146 and having a heating element 147a outside thereof. The air is heated to a predetermined temperature by passing through the air conduit 147. The heated air is guided to the air chamber 148, and heats the cream solder 122 through the pipe 149 from the hole 151 provided on the shielding plate 150.
[0128]
The diameter of the pipe 149 is increased for parts having a large heat capacity, such as a frame, so that a large amount of heat can be supplied. The pipe diameter is also increased for parts having a high heat-resistant temperature.
[0129]
In the second embodiment, the diameter of the pipe 149 is increased, but the same effect can be obtained even if the number of the pipes 149 is increased.
[0130]
The shielding plate 150 is provided in the air chamber 148, and supplies heated air (warm air) only to necessary portions. Therefore, the shield plate 150 is provided with a hole 151 so that air can pass only to a position where the non-heat-resistant component 123 is mounted. Thus, only the cream solder 122 can be efficiently heated. Further, it is possible to easily cope with a substrate having a different position of the non-heat-resistant component 123 only by changing the shielding plate 150.
[0131]
In addition, it is also possible to plant all the pipes 149 at equal intervals, and control the heating part only by the holes 151 of the shielding plate 150. In this manner, any printed circuit board can be dealt with only by replacing the shielding plate 150.
[0132]
Further, a copper foil 152 for temperature measurement is provided on the printed circuit board 1, and a cream solder 153 is also applied on the copper foil 152. Reference numeral 154 denotes a non-contact temperature measuring device for measuring the temperature of the cream solder 153. The calculating unit 155 connected to the measuring device 154 calculates and calculates the temperature of the main body 123a of the non-heat-resistant component 123. Accordingly, the temperature of the cream solder 153 can be actually measured, so that the temperature of the main body 123a can be easily managed, and the non-heat-resistant component 123 does not exceed the limit temperature.
[0133]
The heating unit 129a in the preheating unit 128 and the heating unit 129b in the heating unit 132 are the same except for the capacity of the heating element 147a, and can be handled only by changing the temperature by changing the capacity of the heating element 147a. it can.
[0134]
Next, FIG. 16 is a diagram showing a temperature profile between the main body 123a of the non-heat-resistant component 123 and the cream solder 122 according to the second embodiment. Soldering according to the second embodiment will be described with reference to FIG. .
[0135]
The preheating means 128 preheats for a time 160 to heat the cream solder 122 to a temperature 161. At this time, the temperature of the main body 123a is set to a temperature equal to or lower than the limit temperature 162. That is, the temperature is set to about 120 to 150 degrees. Thereby, the flux components (resin, activator, thixotropic agent, solvent) in the cream solder 122 are activated, and the solvent is volatilized. In other words, the flux in the cream solder 122 is activated by preheating and removes a film such as an oxide film covering the copper foil of the printed circuit board 1 and the lead portion 123b, so that good soldering can be performed. In addition, volatilization of the solvent by preheating prevents explosion of gas dissolved in the solvent due to rapid heating in the heating means 132 later, scatters solder balls, and generates voids (pinholes) in the soldering fillet. , Blowholes).
[0136]
Next, the second cooling means 131 cools down for a time 163, and the temperature of the main body 123a is reduced to substantially the outside temperature. In addition, since both the preheating means 128 and the second cooling means 131 have the cooling part 130 only on the non-heat-resistant component 123 side, the temperature of the cream solder 122 is not lowered so much and the temperature of the main body part 123a is short. Can be greatly reduced between. This makes it possible to increase the temperature difference 166 between the main body 123a and the cream solder 122 at the time when the heating by the next heating means 132 is started.
[0137]
When the heating means heats the cream solder 122 for a time 165, the cream solder 122 melts above the liquidus temperature 168, but the main body 123 a of the non-heat-resistant component 123 is also cooled by the cooling unit 130 in the heating means 132. Because it is cooled, the temperature can be kept low. Furthermore, since the main body 123a has a large heat capacity and the lead 123b has a diameter sufficiently smaller than the diameter of the main body 123a, the heat to the lead 123b heated by the heating means 132 is not applied to the main body 123a. It is difficult to conduct to 123a.
[0138]
Accordingly, in the heating means 132, the speed at which the temperature of the main body 123a rises is lower than that of the cream solder 122 or the lead 123b. That is, even if the temperature of the cream solder 122 decreases, the temperature of the main body 123a continues to increase for a while. Further, at the time of starting the heating by the heating means 132, even if the cream solder 122 is heated up to the specified peak temperature 167 due to the increase in the temperature difference between the main body 123a and the cream solder 122, the peak of the main body 123a is not increased. The temperature can be lower than the limit temperature 162.
[0139]
After the heating time 165 of the heating means 132 has elapsed, the cooling by the first cooling means 133 is started. At this time, the cooling of the main body 123a is started at a temperature equal to or lower than the limit temperature 162. Further, at the time of starting the cooling, the printed circuit board 1 is transported by the transporting means 125 after the temperature of the cream solder 122 becomes lower than the solidus temperature.
[0140]
Thus, since the cooling is started before the temperature of the main body 123a exceeds the limit temperature 162, the main body 123a does not exceed the breakdown temperature or the guaranteed limit temperature 162 of the characteristics. In addition, since the cream solder 122 moves after it is completely solidified, interface peeling or the like due to vibration or the like accompanying the movement or the like does not occur.
[0141]
With the above configuration, even when applying and soldering a low melting point lead-free solder on an alloy layer made of tin / silver or tin / silver / copper, etc. Since the temperature of the main body 123a of the 123 can be kept below the limit temperature 162, it becomes possible to reflow solder the non-heat-resistant component 123 with a high melting point lead-free solder. Therefore, since the non-heat-resistant component 123 can be soldered by the lead-free solder or the like without exceeding the limit temperature 162 of the non-heat-resistant component 123, it is possible to provide an effective soldering apparatus for environmental protection. it can.
[0142]
As described above, when reflow soldering is performed using the soldering apparatus of the present invention, even non-heat-resistant components such as IF transformers can be mounted with lead-free solder with good soldering quality.
[0143]
(Embodiment 3)
Hereinafter, a third embodiment of the present invention will be described. 17 and 18 are a front view and a cross-sectional view of a main part of a soldering apparatus according to Embodiment 3 of the present invention.
[0144]
17 and 18, the printed circuit board 1, the non-heat-resistant component 123 mounted on the printed circuit board 1, the first alloy layer 30 formed on the pad by a tin-silver-based lead-free solder, and the like are included. This is the same as Embodiment 2 of the present invention, and the same reference numerals are given and the description is simplified.
[0145]
Reference numeral 200 denotes a transport unit that transports the printed circuit board 1 on which the non-heat-resistant component 123 is mounted. The transport unit 200 includes two chains, and is provided so as to pass through the vicinity of the center of the reflow furnace 201.
[0146]
Reference numeral 202 denotes a pallet installed on the transport means 200. On the pallet 202, the printed circuit board 1 which is accommodated in a metal shield case 124 and on which a non-heat-resistant component 123 is mounted is installed. The pallet 202 is provided with a hole 203 at the position of the lead 123b of the non-heat-resistant component 123, so that the lead 123b can be locally heated in the reflow furnace 201. Become.
[0147]
This reflow furnace 201 is provided with a preheating means 204, a second cooling means 205, a heating means 206 and a first cooling means 207 in this order.
[0148]
First, in the preheating unit 204, a heating unit 208 is provided below the conveying unit 200, and the heating unit 208 is configured with a plurality of far-infrared heaters and hot air blowers, and performs preheating. In the third embodiment, a cooling unit 209 is provided above the conveying unit 200 in the preheating unit 204. This prevents the temperature of the main body 123a from increasing.
[0149]
However, when the reflow furnace 201 is generally commercially available, a plurality of far-infrared lamps are also provided above the conveying means 200 of the preheating means 204. Therefore, by not supplying power to the lamp and not generating heat, the temperature of the main body 123a can be prevented from rising.
[0150]
Next, the second cooling unit 205 has a cooling unit 210 above the transporting unit 200, and the temperature of the main unit 123a is reduced by the cooling unit 210 until the temperature becomes substantially equal to the outside air temperature.
[0151]
When the reflow furnace 201 is a commercially available one, the upper and lower portions of the conveying means 200 have far infrared lamps at this time. In that case, the temperature of the main body 123a can be lowered by turning off the power of at least the lamp above the lamp.
[0152]
Next, the heating unit 206 has a heating unit 211 below the conveying unit 200, and the heating unit 211 is configured with a plurality of far-infrared lamps arranged side by side to heat the cream solder 122. , To be soldered. Note that, also in the heating unit 206 in the third embodiment, a cooling unit 209 is provided above the transport unit 200. This prevents the temperature of the main body 123a from increasing.
[0153]
However, when the reflow furnace 201 is generally commercially available, a plurality of far-infrared lamps are also provided above the conveying means 200 of the heating means 206. Therefore, by not supplying power to the lamp and not generating heat, the temperature of the main body 123a can be prevented from rising.
[0154]
The first cooling means 207 cools the main body 123a before the temperature of the main body 123a reaches the limit temperature of the component.
[0155]
With the above configuration, similarly to Embodiment 2 of the present invention, the non-heat-resistant component 123 can be soldered by reflow soldering using lead-free solder without exceeding the limit temperature of the non-heat-resistant component.
[0156]
Furthermore, since the soldering apparatus according to the third embodiment can be easily changed from a general commercially available reflow furnace, soldering such as lead-free solder can be performed without incurring a large change cost. Can be.
[0157]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a soldering pad provided at a predetermined position on a printed circuit board and formed of copper foil, an electronic component connected to the soldering pad, and the soldering pad are tinned. A soldering connection for soldering with a lead-free solder containing zinc as a main component, wherein the soldering connection is formed on the soldering pad between the lead-free solder layer and the soldering pad; And a first alloy layer composed of at least a layer mainly containing tin and a layer mainly containing an alloy of tin and copper.
[0158]
With this configuration, the first alloy layer directly prevents copper and zinc from bonding, and in a high-temperature environment, 6 Sn 5 Since the formation of an alloy of copper and zinc, which causes the formation of an alloy, is suppressed, a soldering connection of a zinc-based lead-free solder that does not cause a decrease in soldering joint strength can be realized.
[0159]
Since the generation of voids can also be suppressed, solder cracks due to thermal shock and the like are less likely to occur.
[0160]
Furthermore, the alloy of copper and zinc also has low strength. In the present invention, the formation of the alloy itself of copper and zinc can also be suppressed, so that a soldering connection of a zinc-based lead-free solder that does not cause a decrease in the joining strength of soldering can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a soldered connection according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic sectional view of a main part of the same.
FIG. 3 is the same flowchart.
FIG. 4 is an explanatory view of a printing process.
FIG. 5 is a detailed view of an opening of the screen.
FIG. 6 is an explanatory view of a component mounting process.
FIG. 7 is an explanatory view in a heating state of a melting step.
FIG. 8 is a temperature profile diagram of a melting step in the present embodiment.
FIG. 9 is a cross-sectional view of the first embodiment in a state where the first step is completed.
FIG. 10 is an explanatory view of a second step.
FIG. 11 is an explanatory view of a third step.
FIG. 12 is a temperature profile diagram of a fourth step in the present embodiment.
FIG. 13 is a schematic cross-sectional view of a main part of a layer formed in a first step.
FIG. 14 is a front view of the soldering apparatus according to the second embodiment.
FIG. 15 is a detailed view of a main part of the same.
FIG. 16 is a temperature profile diagram of the same.
FIG. 17 is a front view of the soldering apparatus according to the third embodiment.
FIG. 18 is a sectional view of a main part of the same.
FIG. 19 is an explanatory view of a conventional soldering connection.
FIG. 20 is the same flowchart.
FIG. 21 is a schematic sectional view of a main part of the same.
FIG. 22 is a schematic cross-sectional view of a main part showing growth of an intermetallic compound in a high-temperature environment.
FIG. 23 is a schematic cross-sectional view of a main part showing growth of an intermetallic compound under a high-temperature environment.
[Explanation of symbols]
1 Printed circuit board
2 Soldering pad
30 First alloy layer
33 zinc-based lead-free solder

Claims (37)

プリント基板上の所定の位置に設けられるとともに銅箔によって形成されたはんだ付けパッドと、このはんだ付けパッドと接続される電子部品と前記はんだ付けパッドとを錫・亜鉛を主成分とした鉛フリーはんだによってはんだ付けするはんだ付け接続であって、前記はんだ付け接続は、前記鉛フリーはんだの層と前記はんだ付けパッド間には、前記はんだ付けパッド上に形成されるとともに少なくとも錫を主成分とする層と、錫と銅の合金を主成分とする層とから構成された第１の合金層とを有するはんだ付け接続。A soldering pad provided at a predetermined position on a printed circuit board and formed of copper foil, and an electronic component connected to the soldering pad and the soldering pad are lead-free solder containing tin and zinc as main components. A soldering connection, wherein the soldering connection is formed on the soldering pad between the lead-free solder layer and the soldering pad and is based on at least a tin-based layer. And a first alloy layer composed of a layer mainly composed of an alloy of tin and copper. 第１の合金層は、クリームはんだによって形成された請求項１に記載のはんだ付け接続。The solder connection of claim 1, wherein the first alloy layer is formed by a cream solder. 第１の合金層の厚みは、クリームはんだを溶融したときに銅箔の銅分子が拡散する距離と略同等以上の厚みとした請求項２に記載のはんだ付け接続。3. The soldering connection according to claim 2, wherein the thickness of the first alloy layer is substantially equal to or greater than a distance over which copper molecules of the copper foil diffuse when the cream solder is melted. 4. 第１の合金層には、錫とインジウムが含まれた請求項２に記載のはんだ付け接続。3. The solder connection of claim 2, wherein the first alloy layer includes tin and indium. 鉛フリーはんだは、クリームはんだとした請求項１に記載のはんだ付け接続。The soldering connection according to claim 1, wherein the lead-free solder is a cream solder. 第１の合金層の厚みは、クリームはんだを溶融したときに、亜鉛分子が拡散する距離よりも大きくした請求項５に記載のはんだ付け接続。The soldering connection according to claim 5, wherein the thickness of the first alloy layer is larger than a distance in which zinc molecules diffuse when the cream solder is melted. プリント基板と、このプリント基板上の銅箔によって形成されるとともにはんだ付けするべき所定の位置に形成されるはんだ付けパッドと、このはんだ付けパッド上に装着される電子部品と前記はんだ付けパッドとの間を錫・亜鉛を主成分とした鉛フリーはんだによってはんだ付けするはんだ付け接続であって、前記はんだ付け接続は、前記鉛フリーはんだの層と前記はんだ付けパッド間に、前記はんだ付けパッド上に形成されるとともに錫と錫と銅との合金を主成分とする第１の合金層を形成する第１の合金層形成手段と、この第１の合金層形成手段によって形成された第１の合金層の上に前記鉛フリーはんだの層を形成させる第２の合金層形成手段とを有したはんだ付け接続。A printed circuit board, a soldering pad formed by a copper foil on the printed circuit board and formed at a predetermined position to be soldered, and an electronic component mounted on the soldering pad and the soldering pad. A soldering connection in which soldering is performed by a lead-free solder containing tin and zinc as a main component, wherein the soldering connection is provided between the lead-free solder layer and the soldering pad, on the soldering pad. First alloy layer forming means for forming and forming a first alloy layer mainly containing an alloy of tin, tin and copper, and a first alloy formed by the first alloy layer forming means A second alloy layer forming means for forming the lead-free solder layer on the layer. 第１の合金層形成手段は、亜鉛が主成分として含まれない第２の鉛フリーはんだをはんだ付けパッドと対向する位置に供給するように前記はんだ付けパッドと対向して形成された開口部を有するスクリーン印刷と、このスクリーン印刷で供給された前記第２の鉛フリーはんだを溶融する加熱手段とから構成される請求項７に記載のはんだ付け接続。The first alloy layer forming means includes an opening formed to face the soldering pad so as to supply a second lead-free solder not containing zinc as a main component to a position to face the soldering pad. 8. The soldering connection according to claim 7, comprising screen printing and heating means for melting the second lead-free solder supplied by the screen printing. プリント基板と、このプリント基板上の銅箔によって形成されたはんだ付けパッドと、このはんだ付けパッド上とこのはんだ付けパッド上に接着される電子部品とを接続するはんだとを備え、前記はんだは、錫と亜鉛の合金による鉛フリーはんだとしたはんだ付け方法において、前記はんだ付けパッド側から順に錫と銅との合金が主成分となる錫・銅合金層とこの錫・銅合金層の上に錫が主成分となる層とを略同時に形成させる第１の工程と、この第１の工程の後で錫と亜鉛との合金を含んだクリームはんだを供給する第２の工程と、この第２の工程の後で前記電子部品のリード部を前記パッドの略中央に形成された孔に挿入する第３の工程と、この第３の工程の後に加熱する第４の工程とを有したはんだ付け方法。A printed circuit board, comprising: a soldering pad formed by a copper foil on the printed circuit board; and solder for connecting the electronic component adhered on the soldering pad to the soldering pad. In a soldering method using a lead-free solder made of an alloy of tin and zinc, a tin-copper alloy layer mainly composed of an alloy of tin and copper is formed in order from the soldering pad side, and tin is formed on the tin-copper alloy layer. And a second step of supplying a cream solder containing an alloy of tin and zinc after the first step, and a second step of supplying a cream solder containing an alloy of tin and zinc after the first step. A soldering method comprising: a third step of inserting a lead portion of the electronic component into a hole formed substantially in the center of the pad after the step; and a fourth step of heating after the third step. . 第１の工程は、スクリーンによってはんだ付けパッド上にクリームはんだを印刷する印刷工程と、この印刷工程の後で前記クリームはんだを加熱して溶融させる溶融工程とからなる請求項９に記載のはんだ付け方法。The soldering according to claim 9, wherein the first step comprises a printing step of printing cream solder on a soldering pad by a screen, and a melting step of heating and melting the cream solder after this printing step. Method. 印刷工程と溶融工程との間には、実装部品をプリント基板の所定の位置へ装着する部品装着工程が挿入された請求項１０に記載のはんだ付け方法。11. The soldering method according to claim 10, wherein a component mounting step of mounting a mounted component at a predetermined position on a printed circuit board is inserted between the printing step and the melting step. 印刷工程で供給されるはんだは、亜鉛系以外の鉛フリーはんだとした請求項１１に記載のはんだ付け方法。The soldering method according to claim 11, wherein the solder supplied in the printing step is a lead-free solder other than zinc. はんだは、錫・インジウム系鉛フリーはんだとした請求項１２に記載のはんだ付け方法。The soldering method according to claim 12, wherein the solder is a tin / indium-based lead-free solder. スクリーンは、クリームはんだを溶融したときの銅・錫合金と錫からなる層の厚さが銅箔の銅分子が拡散する距離よりも大きくなるような厚みで印刷できる厚みとした請求項１２に記載のはんだ付け方法。13. The screen according to claim 12, wherein the screen has a thickness such that the thickness of the layer made of copper / tin alloy and tin when the cream solder is melted is larger than the distance over which copper molecules of the copper foil diffuse. Soldering method. スクリーンには、はんだ付けパッドと対向して形成された開口部と、前記はんだ付けパッドの略中央に設けられた孔に対向して形成されるとともに前記孔を覆うように形成された遮蔽部とを有する請求項１２に記載のはんだ付け方法。The screen has an opening formed to face the soldering pad, and a shield formed to face the hole provided substantially at the center of the soldering pad and to cover the hole. The soldering method according to claim 12, comprising: 開口部に架設されるとともに遮蔽部に連結される連結部の幅は、クリームはんだを加熱したときには、前記クリームはんだが連結部に対向するクリームはんだ不塗布部を覆うことができる程度に細くした請求項１５に記載のはんだ付け方法。The width of the connecting portion that is bridged over the opening and connected to the shielding portion is so thin that when the cream solder is heated, the cream solder can cover the cream solder uncoated portion facing the connecting portion. Item 16. A soldering method according to item 15. 開口部に架設されるとともに遮蔽部に連結される連結部の幅は、クリームはんだを加熱したときに、連結部に対向するクリームはんだ不塗布部での前記クリームはんだの厚みが銅箔の銅分子が拡散する距離よりも大きくなる程度に大きくした請求項１５に記載のはんだ付け方法。When the cream solder is heated, when the cream solder is heated, the thickness of the cream solder at the cream solder non-applied portion facing the connection portion is determined by the copper molecules of the copper foil. The soldering method according to claim 15, wherein the distance is set to be larger than a distance of the diffusion. 電子部品は非耐熱部品であるとともに、第４の工程は、プリント基板に塗布されたクリームはんだを予め定められた温度まで予熱する予熱工程と、この予熱の後に前記クリームはんだを溶融する加熱工程と、この加熱工程の後に前記加熱工程で溶融したクリームはんだを冷却する第１の冷却工程とを有し、前記予熱工程と前記加熱工程との間には第２の冷却工程を有した請求項１４に記載のはんだ付け方法。The electronic component is a non-heat-resistant component, and the fourth step is a preheating step of preheating the cream solder applied to the printed circuit board to a predetermined temperature, and a heating step of melting the cream solder after this preheating. 15. The method according to claim 14, further comprising: a first cooling step of cooling the cream solder melted in the heating step after the heating step; and a second cooling step between the preheating step and the heating step. The soldering method described in 1. 第２の冷却工程では、加熱工程内での非耐熱部品のピーク温度が、予め定められた温度以下となるように冷却する請求項１８に記載のはんだ付け方法。19. The soldering method according to claim 18, wherein in the second cooling step, cooling is performed such that a peak temperature of the non-heat-resistant component in the heating step is equal to or lower than a predetermined temperature. 加熱工程にてクリームはんだがピーク温度に達した後であって、非耐熱部品が予め定められた温度以上となる前に、第１の冷却工程では、前記非耐熱部品の冷却を開始する請求項１８に記載のはんだ付け方法。The cooling of the non-heat-resistant component is started in the first cooling process after the cream solder reaches the peak temperature in the heating process and before the non-heat-resistant component becomes higher than a predetermined temperature. 19. The soldering method according to item 18. 加熱工程から第１の冷却工程への搬送は、クリームはんだが固相線温度より下回った温度で行う請求項２０に記載のはんだ付け方法。The soldering method according to claim 20, wherein the transfer from the heating step to the first cooling step is performed at a temperature lower than the solidus temperature of the cream solder. クリームはんだは、フラックス成分とはんだ粉にて形成され、予熱手段において、このクリームはんだの温度は前記フラックス成分が活性化するとともに、溶剤が揮発する温度以上とし、このときの非耐熱部品の温度は、予め定められた温度以下とした請求項１８に記載のはんだ付け方法。The cream solder is formed of a flux component and a solder powder, and in the preheating means, the temperature of the cream solder is not less than a temperature at which the flux component is activated and a solvent is volatilized. 19. The soldering method according to claim 18, wherein the temperature is set to a predetermined temperature or less. 予熱工程は、クリームはんだ面と対向する面側から予熱する請求項１８に記載のはんだ付け方法。19. The soldering method according to claim 18, wherein the preheating step preheats from a surface side opposite to the cream solder surface. 予熱工程では、非耐熱部品が搭載された面側から冷却する請求項１８に記載のはんだ付け方法。19. The soldering method according to claim 18, wherein in the preheating step, cooling is performed from a surface on which the non-heat-resistant component is mounted. 加熱工程では、非耐熱部品が植設された面側から冷却する請求項１８に記載のはんだ付け方法。19. The soldering method according to claim 18, wherein in the heating step, cooling is performed from a surface on which the non-heat-resistant component is implanted. 加熱工程では、クリームはんだ塗布面に対向する面側から加熱する請求項１８に記載のはんだ付け方法。19. The soldering method according to claim 18, wherein in the heating step, heating is performed from a surface side facing the cream solder application surface. 加熱工程を構成する加熱部には、プリント基板のクリームはんだ塗布面に対向した複数個のパイプが設けられ、このパイプから噴出す熱風により加熱する請求項２６に記載のはんだ付け方法。27. The soldering method according to claim 26, wherein a plurality of pipes facing the cream solder application surface of the printed circuit board are provided in the heating unit constituting the heating step, and heating is performed by hot air blown from the pipes. パイプの根元に設けられた空気室と、この空気室内に設けられるとともに、熱風を遮蔽する遮蔽板とを有し、この遮蔽板にはプリント基板のはんだ付け箇所に対応する位置に孔が設けられた請求項２６に記載のはんだ付け方法。It has an air chamber provided at the base of the pipe, and a shielding plate provided in the air chamber and shielding hot air, and a hole is provided in the shielding plate at a position corresponding to a soldering point on the printed circuit board. The soldering method according to claim 26. パイプは、熱容量の大きな非耐熱部品のクリームはんだに対向した箇所を大きな径とした請求項２６に記載のはんだ付け方法。27. The soldering method according to claim 26, wherein the pipe has a large diameter at a portion facing the cream solder of the non-heat-resistant component having a large heat capacity. パイプは、熱容量の大きい非耐熱部品のクリームはんだに対向した箇所に多数本設けられた請求項２６に記載のはんだ付け方法。27. The soldering method according to claim 26, wherein a large number of pipes are provided at locations facing the cream solder of the non-heat-resistant component having a large heat capacity. 第２の冷却工程では、プリント基板の非耐熱部品が搭載された面側から冷却する冷却部を有する請求項１８に記載のはんだ付け方法。19. The soldering method according to claim 18, wherein the second cooling step includes a cooling unit that cools the printed circuit board from a surface on which the non-heat-resistant component is mounted. 第２の冷却工程には、複数個のパイプが設けられ、このパイプから噴出す冷風により非耐熱部品を選択的に冷却する請求項２９に記載のはんだ付け方法。30. The soldering method according to claim 29, wherein a plurality of pipes are provided in the second cooling step, and the non-heat-resistant components are selectively cooled by cold air blown from the pipes. パイプの根元に設けられた空気室と、この空気室内に設けられるとともに、冷風を遮蔽する遮蔽板とを有し、この遮蔽板には非耐熱部品が搭載されている位置に対応した孔が設けられた請求項３１に記載のはんだ付け方法。It has an air chamber provided at the base of the pipe, and a shielding plate provided in the air chamber and shielding cold air, and the shielding plate has holes corresponding to positions where non-heat-resistant components are mounted. 32. The soldering method according to claim 31, wherein: パイプは、熱容量の大きな非耐熱部品に対向した箇所では径を大きくした請求項３１に記載のはんだ付け方法。32. The soldering method according to claim 31, wherein a diameter of the pipe is increased at a portion facing the non-heat-resistant component having a large heat capacity. パイプは、熱容量の大きい非耐熱部品に対向した箇所には多数本設けられた請求項３１に記載のはんだ付け方法。32. The soldering method according to claim 31, wherein a large number of pipes are provided at locations facing the non-heat-resistant component having a large heat capacity. 非耐熱部品は、熱容量の大きい本体部と、この本体部の径に比べて充分に小さい径であるとともに、前記本体部に接続して設けられたリード部からなる請求項１８に記載のはんだ付け方法。19. The soldering according to claim 18, wherein the non-heat-resistant component comprises a main body having a large heat capacity, and a lead having a diameter sufficiently smaller than the diameter of the main body and connected to the main body. Method. プリント基板の所定の位置に設けられるとともに銅箔によって形成されたはんだ付けパッドに第１のクリームはんだを印刷する印刷手段と、この印刷手段の下流に設けられるとともに前記第１のクリームはんだと前記銅箔との第１の合金層を形成させる第１の加熱手段と、この第１の加熱手段の下流に設けられるとともに前記はんだ付けパッド上に第２のクリームはんだを転写する転写手段と、この転写手段の下流に設けられるとともに前記はんだ付けパッドの略中央に設けられた孔に電子部品のリード部を挿入する挿入手段と、この挿入手段の下流に設けられるとともに前記第１のクリームはんだと前記第２のクリームはんだによる第２の合金層を形成させる第２の加熱手段とを備え、前記第１のクリームはんだの融点は前記第２のクリームはんだの融点より高いとともに、前記第２の加熱手段は、前記第２のクリームはんだを予め定められた温度まで予熱する予熱部と、この予熱部の下流に設けられた第１の冷却部と、この冷却部の下流に設けられて前記第２のクリームはんだを溶融する加熱部と、この加熱部の下流に設けられるとともにこの加熱手段で溶解したはんだを冷却する第２の冷却部とを有した電子部品の製造装置。A printing means provided at a predetermined position on a printed circuit board and printing a first cream solder on a soldering pad formed by copper foil; and a printing means provided downstream of the printing means and provided with the first cream solder and the copper. First heating means for forming a first alloy layer with the foil, transfer means provided downstream of the first heating means and for transferring a second cream solder onto the soldering pad; An insertion means provided downstream of the means and for inserting a lead portion of the electronic component into a hole provided substantially at the center of the soldering pad; and the first cream solder and the first cream solder provided downstream of the insertion means. And second heating means for forming a second alloy layer of the second cream solder, wherein the melting point of the first cream solder is A second preheating section for preheating the second cream solder to a predetermined temperature, a first cooling section provided downstream of the preheating section, A heating unit provided downstream of the cooling unit to melt the second cream solder; and a second cooling unit provided downstream of the heating unit and cooling the solder melted by the heating unit. Equipment for manufacturing electronic components.
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