JP2007150079A - Reflow device and soldering method using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、主として、装着物を被装着材にハンダ付けするリフロー装置に関し、特に、被装着材である基板に装着物である電子部品を、鉛を含まないハンダにより接合するリフロー装置に関する。 The present invention mainly relates to a reflow apparatus for soldering a mounted object to a mounted material, and more particularly to a reflow apparatus for bonding an electronic component, which is a mounted object, to a substrate, which is a mounted material, using solder not containing lead.
近年、デジタルカメラ、DVD再生機等の携帯電子機器の高機能化および小型化が進んでいる。それに伴って、機器に内蔵される基板も小型化され、薄型化も進んでいる。また、筐体内に基板を配置する際の自由度を向上させるために、フィルム基板の採用も進んでいる。 In recent years, portable electronic devices such as digital cameras and DVD players have become highly functional and miniaturized. Along with this, the substrates built into the devices are also downsized and are becoming thinner. In addition, in order to improve the degree of freedom when arranging the substrate in the housing, the use of a film substrate is also progressing.
機器の高機能化とともに、基板に実装される電子部品の耐熱性は低下する傾向にある。例えばCCDモジュール、光ピックアップ等の電子部品の耐熱温度は、従来の電子部品の耐熱温度と比較して極端に低く、150℃以下となっている。 As the functionality of devices increases, the heat resistance of electronic components mounted on a substrate tends to decrease. For example, the heat resistance temperature of electronic components such as CCD modules and optical pickups is extremely low compared to the heat resistance temperature of conventional electronic components and is 150 ° C. or lower.
さらに環境保護に対する意識の高まりから、鉛を含むハンダの使用が見直されつつある。例えば欧州では、法規制により、鉛を含むハンダの使用が制限されている。そこで、鉛を含むハンダの代替材料として、鉛を含まない鉛フリーハンダの研究が盛んに行われている。しかし、鉛フリーはんだの溶融温度は、一般に200〜220℃であり、鉛を含むハンダよりも20〜40℃も高くなる。よって、耐熱温度が150℃以下の電子部品を、鉛フリーハンダを用いて基板に実装することは困難である。 Furthermore, the use of solder containing lead is being reconsidered due to increased awareness of environmental protection. For example, in Europe, the use of solder containing lead is restricted by laws and regulations. Therefore, research on lead-free solder not containing lead has been actively conducted as an alternative material for solder containing lead. However, the melting temperature of lead-free solder is generally 200 to 220 ° C., which is 20 to 40 ° C. higher than solder containing lead. Therefore, it is difficult to mount an electronic component having a heat resistant temperature of 150 ° C. or less on a substrate using lead-free solder.
鉛フリーハンダを用いて電子部品を基板に実装する場合、従来から一般的に用いられているリフロー装置を用いると、基板全体が均一に加熱される。そのため、電子部品の温度は、鉛フリーハンダの融点と同程度(約220℃)まで上昇する。よって、耐熱温度が150℃以下の電子部品を基板に実装しようとすれば、電子部品が破損する虞がある。 When an electronic component is mounted on a substrate using lead-free solder, the entire substrate is uniformly heated by using a reflow apparatus that has been generally used. Therefore, the temperature of the electronic component rises to the same level as the melting point of lead-free solder (about 220 ° C.). Therefore, if an electronic component having a heat resistant temperature of 150 ° C. or lower is to be mounted on the substrate, the electronic component may be damaged.
そこで、耐熱温度の低い電子部品を基板に接合する場合に、電子部品を載置した基板の裏面から、基板に急激に熱を加え、電子部品と基板との間に温度差を確保することが提案されている(特許文献1参照)。しかし、鉛フリーハンダの融点は200℃以上であるため、CCDモジュールのような耐熱性の低い電子部品の温度を150℃以下に維持することは困難である。 Therefore, when joining an electronic component with a low heat-resistant temperature to the substrate, it is possible to heat the substrate abruptly from the back side of the substrate on which the electronic component is placed to ensure a temperature difference between the electronic component and the substrate. It has been proposed (see Patent Document 1). However, since the melting point of lead-free solder is 200 ° C. or higher, it is difficult to maintain the temperature of electronic components with low heat resistance such as a CCD module at 150 ° C. or lower.
一方、融点が138℃と低温であるSn-58%Bi(Biを58wt%含むスズ合金)ハンダも開発されている。しかし、Sn−58%Biハンダは、固く脆い性質を有するBiを多量に含んでおり、Biはハンダの冷却時にハンダ内部で偏析する。よって、Sn−58%Biハンダを用いて電子部品と基板との接合を行うと、接合状態の信頼性が低くなる。 On the other hand, Sn-58% Bi (tin alloy containing 58 wt% Bi) solder having a low melting point of 138 ° C. has also been developed. However, Sn-58% Bi solder contains a large amount of Bi having a hard and brittle nature, and Bi segregates inside the solder when the solder is cooled. Therefore, when the electronic component and the substrate are bonded using Sn-58% Bi solder, the reliability of the bonded state is lowered.
そこで、溶融状態のハンダを冷却する際に、ハンダに微小振動を印加してBiの偏析を抑制することにより、接合強度を確保することが提案されている(特許文献2参照)。また、ハンダに微少振動を印加する方法としては、超音波ホーンをプリント基板の一辺に接触させて振動を伝達させる方法が提案されている。 Therefore, it has been proposed to secure bonding strength by applying a minute vibration to the solder to suppress segregation of Bi when the molten solder is cooled (see Patent Document 2). Further, as a method for applying a minute vibration to the solder, a method for transmitting the vibration by bringing an ultrasonic horn into contact with one side of a printed board has been proposed.
さらに、超音波振動が基板に効率的に伝達されるように、図4に示すようなインピーダンスマッチング機構を備えたリフロー装置が提案されている(特許文献3参照)。図4の微小振動印加装置40は、微小振動発生部41と、微小振動印加部42と、インピーダンスマッチング機構43とを備える。インピーダンスマッチング機構43は、基板を保持する保持用部材43aとバネなどの付勢部材43bとを具備する。
Furthermore, a reflow apparatus having an impedance matching mechanism as shown in FIG. 4 has been proposed so that ultrasonic vibration is efficiently transmitted to the substrate (see Patent Document 3). 4 includes a minute
インピーダンスマッチング機構43は、リフロー装置に搬送されてくる装着物44を載置した被装着材45ごとに、その位置合わせを行う機能を有する。インピーダンスマッチング機構43が、付勢部材42bから被装着材45に印加される荷重をリアルタイムで微調整することにより、微小振動印加部42における振動に対するインピーダンスと被装着材45における振動に対するインピーダンスとが一致し、微小振動印加部42からの振動エネルギーが、被装着材45に効率的に伝達される。被装着材45は、リフロー工程が終わると、次の工程に移送される。
特許文献3に開示されるリフロー装置では、ハンダ付け加熱時に被装着材45および微小振動印加部42が加熱されて熱膨張し、微小振動の波長が変化する。微少振動の波長が変化すると、被装着材45および微小振動印加部42におけるインピーダンスを正確に制御することが困難になる。その結果、被装着材45と微小振動印加部42との連結部46に振動エネルギーが集中し、リフロー装置が破損する虞がある。
In the reflow apparatus disclosed in Patent Document 3, the
また、被装着材45は、その一辺において微小振動印加部42と接しているだけであるため、被装着材45と微小振動印加部42との接触状態も安定しない。接触状態が異なると、微小振動の伝達状態が変化するため、リフロー工程を安定的に行うことができないという問題もある。
Further, since the mounted
本発明は、上記に鑑み、正確なインピーダンス制御を行わなくても、安定的にハンダ付けを行うことができ、高品質な接合状態を実現できるリフロー装置を提供することを目的とする。 In view of the above, an object of the present invention is to provide a reflow device that can perform soldering stably and can realize a high-quality bonded state without performing accurate impedance control.
本発明は、ハンダにて接合される装着物と被装着材とを載置する処理部と、処理部に微小振動を印加する微小振動印加部と、微少振動印加部に伝達される微少振動を発生する微小振動発生部とを備え、処理部と微小振動印加部とが一体化されているリフロー装置に関する。 The present invention relates to a processing unit for placing an attachment to be attached and a material to be attached to each other by solder, a minute vibration applying unit for applying minute vibration to the processing unit, and a minute vibration transmitted to the minute vibration applying unit. The present invention relates to a reflow apparatus including a minute vibration generating unit that generates, and in which a processing unit and a minute vibration applying unit are integrated.
処理部は、主に、溶融状態にあるハンダが冷却する際に、ハンダに微少振動を印加する作用を有する。処理部は、平坦面を有する板状であることが好ましく、その平坦面に被装着材を載置した状態で、ハンダに微少振動を印加することが望ましい。この場合、例えば、板状の処理部の周縁部と微少振動印加部とを、機械的に接続するか、物理的に接合することにより、処理部と微小振動印加部とを一体化する。処理部と微小振動印加部との連結部は、微小振動の節と一致することが望ましい。 The processing unit mainly has an action of applying a minute vibration to the solder when the solder in a molten state cools. The processing section is preferably plate-shaped having a flat surface, and it is desirable to apply minute vibrations to the solder in a state where the mounting material is placed on the flat surface. In this case, for example, the processing unit and the minute vibration applying unit are integrated by mechanically connecting or physically joining the peripheral portion of the plate-shaped processing unit and the minute vibration applying unit. It is desirable that the connecting portion between the processing unit and the minute vibration applying unit coincides with the minute vibration node.
本発明のリフロー装置は、処理部の下方に、ハンダを加熱するための加熱機構をさらに備えることが望ましい。また、本発明のリフロー装置は、処理部の上方に、装着物を冷却するための冷却機構をさらに備えることが望ましい。 The reflow apparatus of the present invention preferably further includes a heating mechanism for heating the solder below the processing unit. Moreover, it is desirable that the reflow apparatus of the present invention further includes a cooling mechanism for cooling the mounted object above the processing unit.
処理部と微小振動印加部とを含む構造体は、その構造体の少なくとも2箇所に設置された保持機構により固定されていることが望ましい。 It is desirable that the structure including the processing unit and the minute vibration applying unit is fixed by holding mechanisms installed at at least two locations of the structure.
また、本発明は、装着物を被装着材にハンダを用いて接合する方法に関する。この方法は、装着物がハンダを介して配置されている被装着材を処理部の上に搭載する工程と、ハンダを加熱する工程と、処理部に微小振動を印加することにより、溶融状態にあるハンダが冷却する際に、ハンダに微小振動を印加する工程を有する。 The present invention also relates to a method for joining an attachment to a material to be attached using solder. In this method, the object to be mounted is placed on the processing unit, the step of heating the solder, and the micro-vibration is applied to the processing unit. When a certain solder cools, it has a step of applying a minute vibration to the solder.
本発明のリフロー装置では、ハンダに微少振動を印加する作用を有する処理部と、微小振動印加部とが、一体化されており、ハンダにて接合される装着物と被装着材とは、処理部に載置される。よって、従来のようなインピーダンスマッチング機構を用いなくても、被装着材に印加される微小振動を安定化させることが容易である。その結果、微少振動が効率良くハンダに伝達され、ハンダの内部で生じる成分の偏析が抑制され、装着物(例えば電子部品)と被装着材(例えばプリント基板)との接合状態も良好となる。また、被装着材ごとにインピーダンスの制御を行う必要がないため、生産性も向上する。 In the reflow apparatus of the present invention, the processing unit having an action of applying a minute vibration to the solder and the minute vibration applying unit are integrated, and the attached object and the attached material to be joined by the solder are processed. Placed on the part. Therefore, it is easy to stabilize the minute vibration applied to the mounted material without using an impedance matching mechanism as in the past. As a result, minute vibrations are efficiently transmitted to the solder, segregation of components generated inside the solder is suppressed, and the state of bonding between an attachment (for example, an electronic component) and a material to be mounted (for example, a printed board) is improved. Further, since it is not necessary to control impedance for each material to be mounted, productivity is also improved.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
実施の形態1
図1に、本発明の一実施形態に係るリフロー装置の概略図を示す。
リフロー装置10は、ハンダに微少振動を印加する作用を有する処理部11、微小振動発生部12、微小振動発生部12で発生した微小振動を処理部11に印加するための微小振動印加部13、および2つの保持部17a、17bを備える。処理部11は、平坦面を有する板状であり、その平坦面に被装着材15が載置される。被装着材15の所定の位置には、ハンダ材料(例えばハンダボール)を下面に備えた装着物14が載置される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a schematic diagram of a reflow apparatus according to an embodiment of the present invention.
The
リフロー装置は、ハンダを加熱して溶融させる加熱手段(図示せず)を具備する。加熱手段による加熱は、処理部11に被装着材15が搬入される前に行ってもよいし、処理部11の周囲に加熱手段を設置して、処理部11に搬入してから行ってもよい。加熱手段によりハンダが溶融され、装着物と被装着材との間に濡れ広がった後、溶融したハンダの温度が低下して凝固するまでの間、微小振動発生部12が微少振動を発生する。発生させた微少振動は、微小振動印加部13を介して、処理部11に伝達される。その振動は、処理部11の平坦面から、被装着材15を介して、ハンダに伝達される。なお、処理部11に微小振動を印加したとき、被装着材15が安定するように、例えば、被装着材15を上面から下方に向かって押さえつける固定機構などを設けることが望ましい。
The reflow apparatus includes heating means (not shown) for heating and melting the solder. Heating by the heating means may be performed before the mounted
微小振動印加部13は柱状であり、処理部11の周縁部の一辺と連結している。微少振動印加部13は、処理部11にネジなどを用いて機械的に接続されていてもよく、溶接などにより物理的に接合されていてもよい。また、処理部11と微小振動印加部13とを、一体化された状態で、同一材料から削り出してもよい。
The minute
このように、処理部11と微小振動印加部13とが一体化されているため、微小振動の伝達経路の状態はほとんど変化しない。よって、微小振動印加部13から処理部11に微小振動が安定的に伝達される。そして、安定な振動が、処理部11の平坦面から被装着材15の下面全体を介してハンダに伝達される。よって、従来のリフロー装置のように、被装着材ごとに振動に対するインピーダンスを厳密に制御する必要がなくなり、生産性も向上する。
As described above, since the
なお、処理部11と微小振動印加部13との連結部は、微小振動の節と一致することが望ましい。連結部を振動の節と一致させることにより、微少振動の伝達経路を更に安定化させることができる。また、連結部が節となる場合には、連結部にエネルギーが集中することがなく、装置の破損が起こりにくい。処理部11および微小振動印加部13を伝搬する振動の波長は、これらを構成する材料により異なるが、微小振動発生部12により発生させる振動の周波数や、処理部のサイズを適正に選択することにより、処理部11と微小振動印加部13との連結部を微小振動の節と一致させることができる。
In addition, it is preferable that the connection part of the
処理部11が平坦面を有する板状である場合、平坦面の大きさは被装着材15よりも大きいことが好ましい。処理部11において、被装着材15が載置される部分は、他の部分より凹んでいてもよいし、凸状に出っ張っていてもよい。また、図1では板状の処理部を示したが、処理部の形状は、被装着材を載置できる形状であれば、特に限定されない。また、処理部11の上面図は、矩形、円形、楕円形等のいずれの形状でもよい。微小振動印加部13の形状も特に限定されず、柱状でもよく、幅広の板状でもよい。
When the
処理部11を構成する材料は、特に限定されない。例えば、金属材料でもよく、樹脂成形物でもよい。金属材料であれば、例えばチタン、ステンレス鋼、アルミニウムなどを用いることができる。処理部11の厚さは、その構成材料によって適宜変化させることが望ましい。例えば、処理部11をアルミニウムのように比較的強度の低い材料で構成する場合には、処理部11の強度を上げるために、処理部11を厚くすることが好ましい。微小振動印加部13は、処理部11の構成材料と同じ材料で構成してもよいし、処理部11の構成材料と異なる材料で構成してもよい。
The material which comprises the
微小振動発生部12には、例えば周波数10〜60kHzの微小振動を発生させることのできる装置を用いる。例えば、様々な超音波発生装置を微小振動発生部12として用いることができる。なお、微小振動発生部により発生させる振動の振幅(波面)は、どのような方向を向いていてもよい。例えば、振動の振幅は、処理部の平坦面に平行であってもよく、垂直であってもよい。
For the
処理部と微小振動印加部とを含む構造体は、2つの保持部17a、17bにより安定な物体(例えばリフロー装置のフレーム部)に固定されている。このように構造体を2箇所以上で固定することにより、微少振動の固定端が二つ以上形成されるため、安定な定常波を得ることができる。なお、保持部17a、17bは、処理部11と一体化されていてもよい。保持部17a、17bは、どのような材料で構成されていてもよい。
The structure including the processing unit and the minute vibration applying unit is fixed to a stable object (for example, a frame unit of a reflow apparatus) by two holding
本発明のリフロー装置を用いる場合、被装着材と装着物とを接合するハンダ材料としては、偏析しやすいBiを含む低融点の鉛フリーハンダ(例えばSn−58%Biハンダ)が適しているが、特に限定されない。例えばSn−Cu系、Sn−Zn系の鉛フリーハンダや、Sn−Pb系ハンダを用いてもよい。 When the reflow apparatus of the present invention is used, a low melting point lead-free solder containing Bi that easily segregates (for example, Sn-58% Bi solder) is suitable as a solder material for joining a material to be mounted and a mounted object. There is no particular limitation. For example, Sn-Cu-based or Sn-Zn-based lead-free solder or Sn-Pb solder may be used.
実施の形態2
図2に、本発明の別の実施形態に係るリフロー装置の概略図を示す。なお、図1と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
リフロー装置20は、処理部11の下方に、ハンダを加熱するための加熱装置21を備え、処理部11の上方に、装着物を冷却するための冷却装置23を備える。このような装置によれば、ハンダの溶融と冷却とをほぼ同期に行うことができるため、生産性の点で有利である。
Embodiment 2
FIG. 2 shows a schematic diagram of a reflow apparatus according to another embodiment of the present invention. In addition, the same code | symbol is used about the same component as FIG. 1, and description is abbreviate | omitted.
The
加熱装置21は、例えば熱風を処理部11に吹き付けるタイプの加熱装置であり、熱風は、複数のパイプ22を通して送風される。熱は、処理部11の下面から、処理部11の上面、被装着材15へと順次に伝わり、装着物14が備えるハンダ材料を加熱する。熱風の温度は、装着物14の耐熱温度に依存するが、耐熱温度が150℃程度である場合には、150〜250℃の制御された熱風を送風することが好ましい。なお、加熱装置21の加熱方式は特に限定されない。
The
冷却装置23は、被装着材15が加熱されている間に、装着物14の温度が上昇し過ぎないように冷却する役割を有する。すなわち、リフロー装置20によれば、ハンダのリフロー時において、被装着材15と装着物14との間に温度差を設けることが可能である。更に、加熱終了後においては、ハンダに微少振動を印加しながら、装着物14の温度を直ちに低下させることが可能である。なお、冷却装置23の冷却方式は特に限定されない。
The
冷却装置23には、被装着材15を処理部11に固定する固定機構となる柱状体24が付設されている。冷却装置23は、上下移動が可能であり、被装着材15を処理部11上に搬送する際には、上昇位置にあり、被装着材15が処理部11上に搬送されると同時に降下する。そのとき、冷却装置23に付設された柱状体24が被装着材15を上方から下方に押しつけることで、被処理材15が処理部11に固定される。その後、ハンダの溶融が行われ、次いでハンダの凝固とハンダへの微少振動の印加が同時に行われ、その後、処理部11から次の工程経路へと搬出される。
A
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
《実施例1》
実施の形態2に示されるような、加熱装置と冷却装置とを備えたリフロー装置を用いて、所定のプリント基板に対して、耐熱温度170℃の電子部品のハンダ付けを行った。このリフロー装置では、処理部11と微少振動印加部13との連結部が微少振動の節となるように制御されている。
EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated concretely based on an Example, this invention is not limited to an Example.
Example 1
An electronic component having a heat-resistant temperature of 170 ° C. was soldered to a predetermined printed circuit board using a reflow device including a heating device and a cooling device as shown in the second embodiment. In this reflow apparatus, the connecting portion between the processing
リフロー装置の処理部11は、幅120mm、長さ250mm、厚さ15〜20mmの板状(日本アレックス(株)製)とした。微少振動印加部13は、直径25mmの柱状(日本アレックス(株)製)とした。これらはボルトにより連結した。微少振動発生部12には、周波数35kHzの超音波を発生する超音波発生装置を用いた。
The
具体的には、プリント基板の所定の位置に、複数のハンダボールを備えた電子部品を、プリント基板とハンダボールとが接するように配置した。ハンダには、Sn−58%Biハンダ(融点138℃)を用いた。その後、電子部品を載置したプリント基板を、処理部11上に搬入した。
Specifically, an electronic component having a plurality of solder balls is arranged at a predetermined position on the printed circuit board so that the printed circuit board and the solder ball are in contact with each other. As the solder, Sn-58% Bi solder (melting point: 138 ° C.) was used. Thereafter, the printed circuit board on which the electronic component was placed was carried onto the
処理部11にプリント基板を搬入して直ちに冷却装置23を降下させ、加熱装置21からは180℃の熱風を送風し、処理部11の下面に吹き付けた。また、冷却装置23からは、常時、25℃の冷風を下方に向けて送風した。
Immediately after the printed circuit board was carried into the
加熱装置21からの送風は100秒後に停止した。その5秒前から、処理部11への微少振動の印加を開始し、そのまま20秒間、微少振動の印加を続けた。なお、振動の印加は、加熱開始95秒後から115秒後の間の20秒間行った。
その間に、溶融したハンダの温度は低下し、138℃を下回って凝固し、電子部品がプリント基板に接合された。このときの電子部品の温度プロファイル(曲線A)および電子部品と基板との接合部の温度プロファイル(曲線B)を図3に示す。
The blowing from the
In the meantime, the temperature of the molten solder decreased and solidified below 138 ° C., and the electronic component was bonded to the printed circuit board. FIG. 3 shows the temperature profile (curve A) of the electronic component and the temperature profile (curve B) of the junction between the electronic component and the substrate.
図3において、接合部の温度は、加熱開始から105秒後に、ハンダの融点である138℃よりも高い最高温度(154℃)に達している。一方、そのときの電子部品の温度は138℃である。すなわち、ハンダが溶融している状態でも、電子部品の温度は、その耐熱温度である170℃以下に維持されている。 In FIG. 3, the temperature of the junction reaches a maximum temperature (154 ° C.) higher than 138 ° C., which is the melting point of the solder, 105 seconds after the start of heating. On the other hand, the temperature of the electronic component at that time is 138 ° C. That is, even when the solder is melted, the temperature of the electronic component is maintained at 170 ° C. or less, which is the heat resistant temperature.
次に、ハンダ付け後のプリント基板と電子部品との初期接合強度、接合信頼性、設備制御の容易性、および設備の稼働状態の安定性について調べた。本実施例および以下の比較例においては、0.5mmピッチでリードが配置されたQuad Flat Package(QFP)を電子部品として用いた。
初期接合強度としては、作製直後のQFPのリード部分の接合強度を、プッシュプルゲージ(アイコーエンジニアリング(株)製)により調べた。
接合信頼性は、QFPを装着したプリント基板を、85℃および−40℃の温度にそれぞれ30分ずつ維持する温度サイクルを1000サイクルを繰り返した後、QFPのリード部分の接合強度を、プッシュプルゲージ(アイコーエンジニアリング(株)製)により調べることにより評価した。
得られた結果を表1に示す。
Next, the initial bonding strength between the printed circuit board and the electronic component after soldering, the bonding reliability, the ease of equipment control, and the stability of the operating state of the equipment were investigated. In this example and the following comparative examples, a quad flat package (QFP) in which leads are arranged at a pitch of 0.5 mm was used as an electronic component.
As the initial bonding strength, the bonding strength of the lead portion of the QFP immediately after fabrication was examined using a push-pull gauge (manufactured by Aiko Engineering Co., Ltd.).
The bonding reliability is determined by repeating the temperature cycle of maintaining the printed circuit board with QFP at 85 ° C and -40 ° C for 30 minutes each for 1000 cycles, and then determining the bonding strength of the lead part of QFP by push-pull gauge. The evaluation was conducted by examining with (Aiko Engineering Co., Ltd.).
The obtained results are shown in Table 1.
表1において各記号は以下を示す。なお、表1の初期接合強度および接合信頼性については、接合強度の値についても示す。
初期接合強度:◎印は接合強度が非常に優れていること、○印は接合強度が優れていること、×印は接合強度が低いことを示す。
接合信頼性:◎印は信頼性が非常に高いこと、○印は信頼性が高いこと、×印は信頼性が低いことを示す。
設備の稼働状態の安定性:◎印は安定性が非常に高いこと、×印は安定性が低いことを示す。
In Table 1, each symbol indicates the following. In addition, about the initial joining strength and joining reliability of Table 1, it shows also about the value of joining strength.
Initial bond strength: ◎ indicates that the bond strength is very excellent, ○ indicates that the bond strength is excellent, and X indicates that the bond strength is low.
Bonding reliability: ◎ indicates very high reliability, ○ indicates high reliability, and X indicates low reliability.
Stability of the operating state of the equipment: ◎ indicates that the stability is very high, and X indicates that the stability is low.
《比較例1》
図4に示される微小振動印加装置を用いたこと以外、実施例1と同様の条件でハンダ付けを行った。すなわち、本比較例では、基板の一辺に対し、微少振動印加部42から、微少振動を20秒間印加した。また、実施例1と同様に、プリント基板と電子部品との初期接合強度、接合信頼性等について調べた。結果を表1に示す。なお、本比較例では、接合部の最高温度は156℃であり、そのときの電子部品の温度は139℃であった。
<< Comparative Example 1 >>
Soldering was performed under the same conditions as in Example 1 except that the minute vibration applying device shown in FIG. 4 was used. In other words, in this comparative example, a minute vibration was applied from one minute
《比較例2》
一般的な熱風循環型のリフロー炉(松下電器産業(株)製のPanasert−RSN)を用い、ハンダ付けを行った。すなわち、本比較例では、基板への微少振動の印加は行わなかった。ただし、熱風の温度は、実施例1と同様とした。また、用いたリフロー炉は、冷却装置を備えており、その冷却風の温度は、約110℃であった。
実施例1と同様に、プリント基板と電子部品との初期接合強度、接合信頼性等について調べた。結果を表1に示す。なお、ハンダ接合部の最高温度は160℃であり、このときの電子部品の温度は160℃であった。
<< Comparative Example 2 >>
Soldering was performed using a general hot air circulation type reflow furnace (Panasert-RSN manufactured by Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.). That is, in this comparative example, no minute vibration was applied to the substrate. However, the temperature of the hot air was the same as in Example 1. Moreover, the used reflow furnace was equipped with the cooling device, and the temperature of the cooling air was about 110 degreeC.
As in Example 1, the initial bonding strength, bonding reliability, etc. between the printed circuit board and the electronic component were examined. The results are shown in Table 1. The maximum temperature of the solder joint was 160 ° C., and the temperature of the electronic component at this time was 160 ° C.
比較例1のリフロー装置は、微小振動をプリント基板に印加する場合、プリント基板に印加される荷重を調節するインピーダンスマッチング機構を設ける必要がある。具体的には、微小振動印加部の被装着材への押し圧を測定して、その測定値が一定となるように、微小振動印加部の位置を調節するフィードバック機構(インピーダンスマッチング機構)を設ける必要がある。このため、設備制御は困難となる。さらに、比較例1のリフロー装置は、上記のようなフィードバック装置を必要とするため、設備の稼働状態の安定性が低い。
一方、実施例1のリフロー装置は、微小振動印加部と処理部とが一体化されている。このため、上記のようなフィードバック機構を必要とせず、プリント基板を処理部に載置するだけで、安定な微小振動を効率良くプリント基板に伝達することが可能であった。すなわち、実施例1のリフロー装置は、設備制御が容易であり、設備の稼働状態の安定性も良好であった。
なお、比較例2のリフロー炉は、基板に微小振動を印加することを想定していないため、構成が単純であり、設備制御は容易で、設備の稼働状態の安定性も良好であった。
The reflow device of Comparative Example 1 needs to be provided with an impedance matching mechanism that adjusts a load applied to the printed circuit board when a minute vibration is applied to the printed circuit board. Specifically, a feedback mechanism (impedance matching mechanism) is provided to measure the pressing force of the minute vibration application unit on the mounted material and adjust the position of the minute vibration application unit so that the measured value becomes constant. There is a need. For this reason, equipment control becomes difficult. Furthermore, since the reflow apparatus of the comparative example 1 requires the above feedback apparatus, the stability of the operation state of an installation is low.
On the other hand, in the reflow apparatus according to the first embodiment, the minute vibration applying unit and the processing unit are integrated. For this reason, it is possible to efficiently transmit stable minute vibrations to the printed circuit board only by placing the printed circuit board on the processing unit without requiring the feedback mechanism as described above. That is, the reflow apparatus of Example 1 was easy to control the equipment, and the stability of the operating state of the equipment was also good.
In addition, since the reflow furnace of the comparative example 2 did not assume applying a micro vibration to a board | substrate, the structure was simple, equipment control was easy, and the stability of the operation state of the equipment was also favorable.
プリント基板と電子部品との接合強度および接合信頼性については、実施例1が最も優れていた。比較例2では、ハンダの溶融後、凝固するまでの間、プリント基板に安定な微小振動を効率良く与えることができなかったため、ハンダに含まれるBiが偏析したと考えられる。一方、実施例1では、安定な微小振動を効率良くプリント基板に伝達することが可能であったため、Biの偏析が顕著に抑制されたものと考えられる。 Example 1 was the most excellent in terms of bonding strength and bonding reliability between the printed circuit board and the electronic component. In Comparative Example 2, it was considered that Bi contained in the solder was segregated because stable minute vibration could not be efficiently applied to the printed circuit board after the solder was melted and solidified. On the other hand, in Example 1, since it was possible to efficiently transmit stable minute vibrations to the printed circuit board, it is considered that the segregation of Bi was remarkably suppressed.
なお、実施例1および比較例1〜2のいずれにおいても、電子部品の温度は、その耐熱温度(170℃)より低くなっていたが、なかでも実施例1における電子部品の温度が最も低かった。 In both Example 1 and Comparative Examples 1 and 2, the temperature of the electronic component was lower than its heat-resistant temperature (170 ° C.), but in particular, the temperature of the electronic component in Example 1 was the lowest. .
本発明は、様々な装着物を被装着材にハンダで接合する際のリフロー装置全般に適用可能であるが、特に鉛フリーハンダを用いて接合を行う場合に有用である。本発明によれば、例えばBiを含む脆いハンダ材料を用いる場合でも、信頼性の高い接合状態を安定して実現することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be applied to a general reflow apparatus for joining various attachments to a material to be attached with solder, but is particularly useful when joining using lead-free solder. According to the present invention, for example, even when a brittle solder material containing Bi is used, a highly reliable bonding state can be stably realized.
10、20 リフロー装置
11 処理部
12、41 微小振動発生部
13、42 微小振動印加部
14、44 装着物
15、45 被装着材
16、46 連結部
17a、17b 構造体保持機構
21 加熱装置
22 パイプ
23 冷却装置
24 柱状体
40 微小振動印加装置
43 インピーダンスマッチング機構43
43a 保持用部材
43b 付勢部材
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記処理部と前記微小振動印加部とが一体化されている、リフロー装置。 A processing unit for mounting an object to be attached and a material to be attached to each other by solder, a minute vibration applying unit for applying a minute vibration to the processing unit, and a minute vibration transmitted to the minute vibration applying unit are generated. With a minute vibration generator,
A reflow apparatus in which the processing unit and the minute vibration applying unit are integrated.
装着物がハンダを介して配置されている被装着材を、処理部上に搭載する工程と、
前記ハンダを加熱する工程と、
前記処理部に微小振動を印加することにより、溶融状態にあるハンダが冷却する際に、ハンダに微小振動を印加する工程、を有する方法。
It is a method of joining an attachment to a material to be attached using solder,
A process of mounting a mounted material on which a mounted object is disposed via solder on the processing unit;
Heating the solder;
A method of applying a minute vibration to the solder when the solder in a molten state is cooled by applying the minute vibration to the processing unit.
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