JP2008283017A - Soldering method of component-mounting board, and the component-mounting board - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プリント配線板に電気電子部品が実装される部品実装基板のはんだ付け方法および部品実装基板に関する。 The present invention relates to a soldering method for a component mounting board on which an electric / electronic component is mounted on a printed wiring board, and the component mounting board.
近年、鉛を含まないすず基合金(一般に鉛フリーはんだと呼ばれる)を用いてフローはんだ付け、およびリフローはんだ付けすることが広く行われるようになっている。 In recent years, flow soldering and reflow soldering using a tin-based alloy containing no lead (generally called lead-free solder) has been widely performed.
ところで、鉛フリーはんだを用いてはんだ付けした場合、はんだ付け後の部品実装基板の使用中にはんだ接合部からウィスカが発生することが知られている。特に、高温高湿環境において、ウィスカの発生が加速されることが知られており、使用環境によってははんだからのウィスカ発生を無視できない状況である。 By the way, when soldering using lead-free solder, it is known that whiskers are generated from a solder joint during use of a component mounting board after soldering. In particular, it is known that whisker generation is accelerated in a high-temperature and high-humidity environment, and depending on the usage environment, whisker generation from solder cannot be ignored.
はんだ接合部から発生するウィスカの駆動力は、使用期間中に生じる接合部の内部応力と推定されており、その起源としては、すずの酸化あるいは腐食による、すず酸化物の生成と成長に起因する圧力や、すずと銅基材との境界に生成する金属間化合物の成長に起因する圧力であるものと推定されている。 The driving force of whiskers generated from solder joints is presumed to be internal stresses in the joints that occur during the period of use, and the origin is the pressure caused by the formation and growth of tin oxide due to oxidation or corrosion of tin. It is also presumed that the pressure is due to the growth of intermetallic compounds generated at the boundary between tin and the copper substrate.
ウィスカの発生を抑制するための手段として、コバルト(Co)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、ニッケル(Ni)のうち少なくとも1種を含有したすず(Sn)基合金である無鉛はんだを使用して無鉛はんだ接合部を構成することが知られている(特許文献1参照)。特許文献1によれば、この無鉛はんだと、銅(Cu)を含有して形成された被はんだ部材との接合部におけるSnとCuの金属間化合物(Cu6Sn5)の成長を抑制することができるとし、これによって、接合部の内部応力の増加を抑制して、SnおよびSn基合金からのウィスカの発生、成長を抑制することができるとしている。
Uses lead-free solder that is a tin (Sn) -based alloy containing at least one of cobalt (Co), manganese (Mn), iron (Fe), and nickel (Ni) as a means for suppressing the generation of whiskers It is known that a lead-free solder joint is formed (see Patent Document 1). According to
また、ウィスカの発生を抑制するための他の手段として、亜鉛(Zn)又はZn化合物と、それ以外の残部が基本的にSnまたはSn化合物であるSn−Zn系はんだを用いて銅や銅合金にはんだ付けを行うことが知られている(特許文献2参照)。特許文献2によれば、ウィスカの発生原因であるSn−Cu化合物の成長を抑制しウィスカの発生を抑制できるとしている。さらに、Znを添加することではんだ表面にZn酸化皮膜(ZnO)が形成されることにより、はんだ中のSnの酸化が防止され、Snの酸化物の生成による内部応力が発生せず、ウィスカの発生を抑制しているものとされている。 In addition, as another means for suppressing the generation of whiskers, copper or copper alloy using zinc (Zn) or a Zn compound and Sn—Zn based solder in which the remaining part is basically Sn or Sn compound. It is known to perform soldering (see Patent Document 2). According to Patent Document 2, the growth of the Sn—Cu compound, which is the cause of whisker generation, is suppressed, and the generation of whiskers can be suppressed. Furthermore, by adding Zn, a Zn oxide film (ZnO) is formed on the solder surface, so that oxidation of Sn in the solder is prevented, internal stress due to the formation of Sn oxide is not generated, and whisker It is supposed to suppress the occurrence.
しかし、特許文献1に開示された技術は、はんだ合金の系が、Sn−0.7質量%Cu合金にCo、Mn、Fe、Niを添加する場合に限定したものであり、他の組成の合金、たとえば、Sn−Ag−Cu合金、Sn−Zn合金、Sn−Bi合金等については効果の有無が不明である。また、仮に、Co、Mn、Fe、Niの微量添加が上記各種合金において有効であったとしても、Co、Mn、Fe、Niが微量添加されたSn基合金は、はんだ材料としては特殊なものであり、この発明を実施するためには、Co、Mn、Fe、Niが添加されたはんだ材料を新たに購入して使用する必要があり、組成に敏感なはんだ付け条件について見直さねばならないという手間が生じ、はんだ付け工程のコストアップにつながってしまう。
However, the technique disclosed in
また、特許文献2に開示された技術は、実際に適用する際にはZnが添加されていない合金をZnを添加した合金に代替する必要があり、その際、Zn入りの合金をはんだ付けする条件を見直さねばならないという手間が生じる。また、Znが酸化しやすい特性を持つことから、フローはんだ付けやリフローはんだ付け時には、酸素濃度の管理や、はんだ付け状態の確認等の工程管理の面で付加的な制約が生じてしまう。また、工程管理を行っても品質のばらつきが避けられなくなるという課題が新たに発生してしまう。 In addition, when the technique disclosed in Patent Document 2 is actually applied, it is necessary to replace an alloy to which Zn is not added with an alloy to which Zn is added, and at that time, an alloy containing Zn is soldered. The trouble that the condition must be reviewed arises. In addition, since Zn is easily oxidized, additional restrictions arise in terms of process management such as oxygen concentration management and soldering state confirmation during flow soldering and reflow soldering. In addition, there is a new problem that even if process management is performed, variations in quality cannot be avoided.
すなわち、各特許文献には、Sn−Ag−Cu、Sn−Cu、Sn−Zn、Sn−Bi、Sn−Sb等の基本合金に、さらに別の元素を添加することで、はんだから発生するSnウィスカの発生を抑制する発明が開示されているが、元素の添加により、はんだ付け性や、使用期間中の接合部の劣化が、前記別の元素が無添加の場合と比べて変化してしまうことが否めず、この問題点は各特許文献においては未解明であるといえる。この問題点が未解明であると、工程の調整に負荷が生じ、信頼性や品質安定化の観点で十分な接合体や部品実装基板を形成することがきわめて困難になるという新たな問題点が発生する。 That is, in each patent document, Sn generated from solder by adding another element to a basic alloy such as Sn—Ag—Cu, Sn—Cu, Sn—Zn, Sn—Bi, Sn—Sb, etc. Although an invention for suppressing the generation of whiskers has been disclosed, the addition of an element changes the solderability and deterioration of the joint during use compared to the case where the other element is not added. However, it can be said that this problem is unclear in each patent document. If this problem has not been elucidated, there will be a load on adjustment of the process, and there is a new problem that it will be extremely difficult to form sufficient joints and component mounting boards from the viewpoint of reliability and quality stabilization. appear.
そこで、本発明は、前記問題点に鑑み、はんだの基本合金に、さらに別の元素を添加することによらず、部品実装基板の使用中に生じる接合部内の応力を抑制する手段を提供することを目的とする。 Therefore, in view of the above problems, the present invention provides a means for suppressing stress in a joint portion generated during use of a component mounting board without adding another element to the basic alloy of solder. With the goal.
本発明の第1の解決手段は、プリント配線板のスルーホールに電気電子部品のリードを挿入して前記プリント配線板と前記電気電子部品とをはんだ付けする部品実装基板のはんだ付け方法であって、前記はんだ付け後に以下の温度条件および時間条件の範囲にてリフロー処理を施すことを特徴とする部品実装基板のはんだ付け方法である。
条件:時間X(秒)、温度Y(℃)の座標上において、はんだの固相線温度をTs(℃)としたとき、以下の条件を満たす。
Y≧300−40log10X
Y≦{(980−80log10X)/3}
Y≧(Ts+3)
According to a first aspect of the present invention, there is provided a component mounting board soldering method in which a lead of an electric / electronic component is inserted into a through hole of a printed wiring board and the printed wiring board and the electric / electronic component are soldered. A soldering method for a component mounting board, wherein a reflow treatment is performed in the following temperature condition and time condition range after the soldering.
Conditions: When the solidus temperature of the solder is Ts (° C.) on the coordinates of time X (seconds) and temperature Y (° C.), the following conditions are satisfied.
Y ≧ 300-40log 10 X
Y ≦ {(980-80log 10 X) / 3}
Y ≧ (Ts + 3)
本発明の第2の解決手段は、プリント配線板のスルーホールに電気電子部品のリードを挿入して、予熱、噴流、高温、冷却の各ゾーンを有するはんだ付け工程により前記プリント配線板と前記電気電子部品とをはんだ付けする部品実装基板のはんだ付け方法であって、前記高温ゾーンにて以下の温度条件および時間条件の範囲にてリフロー処理を施すことを特徴とする部品実装基板のはんだ付け方法である。
条件:時間X(秒)、温度Y(℃)の座標上において、はんだの固相線温度をTs(℃)としたとき、以下の条件を満たす。
Y≧300−40log10X
Y≦{(980−80log10X)/3}
Y≧Ts+3
Y≦300
According to a second solution of the present invention, the printed circuit board and the electrical circuit are connected by a soldering process in which leads of electrical and electronic components are inserted into through holes of the printed circuit board and preheating, jet, high temperature, and cooling zones are provided. A component mounting board soldering method for soldering an electronic component, wherein a reflow treatment is performed in the high temperature zone in a range of the following temperature condition and time condition: It is.
Conditions: When the solidus temperature of the solder is Ts (° C.) on the coordinates of time X (seconds) and temperature Y (° C.), the following conditions are satisfied.
Y ≧ 300-40log 10 X
Y ≦ {(980-80log 10 X) / 3}
Y ≧ Ts + 3
Y ≦ 300
本発明の第3の解決手段は、プリント配線板のスルーホールに電気電子部品のリードを挿入して前記プリント配線板と前記電気電子部品とをはんだ付けする部品実装基板のはんだ付け方法であって、前記はんだ付け後に以下の温度条件および時間条件の範囲にてリフロー処理を施すことを特徴とする部品実装基板のはんだ付け方法である。
条件:時間X(秒)、温度Y(℃)の座標上において、はんだの固相線温度をTs(℃)としたとき、以下の条件を満たす。
Y≧300−40log10X
Y≦{(980−80log10X)/3}
Y≧Ts+3
Y≦260
A third solving means of the present invention is a method for soldering a component mounting board in which a lead of an electric / electronic component is inserted into a through hole of the printed wiring board and the printed wiring board and the electric / electronic component are soldered. A soldering method for a component mounting board, wherein a reflow treatment is performed in the following temperature condition and time condition range after the soldering.
Conditions: When the solidus temperature of the solder is Ts (° C.) on the coordinates of time X (seconds) and temperature Y (° C.), the following conditions are satisfied.
Y ≧ 300-40log 10 X
Y ≦ {(980-80log 10 X) / 3}
Y ≧ Ts + 3
Y ≦ 260
本発明の第4の解決手段は、プリント配線板のスルーホールに電気電子部品のリードを挿入して、予熱、噴流、高温、冷却の各ゾーンを有するはんだ付け工程により前記プリント配線板と前記電気電子部品とをはんだ付けする部品実装基板のはんだ付け方法であって、前記高温ゾーンにて以下の温度条件および時間条件の範囲にてリフロー処理を施すことを特徴とする部品実装基板のはんだ付け方法である。
条件:時間X(秒)、温度Y(℃)の座標上において、はんだの固相線温度をTs(℃)としたとき、以下の条件を満たす。
Y≧300−40log10X
Y≦{(1280−130log10X)/4}
Y≧Ts+3
Y≦240
According to a fourth solution of the present invention, the printed circuit board and the electrical circuit are connected by a soldering process in which leads of electrical and electronic parts are inserted into through holes of the printed circuit board and preheating, jet, high temperature, and cooling zones are provided. A component mounting board soldering method for soldering an electronic component, wherein a reflow treatment is performed in the high temperature zone in a range of the following temperature condition and time condition: It is.
Conditions: When the solidus temperature of the solder is Ts (° C.) on the coordinates of time X (seconds) and temperature Y (° C.), the following conditions are satisfied.
Y ≧ 300-40log 10 X
Y ≦ {(1280−130 log 10 X) / 4}
Y ≧ Ts + 3
Y ≦ 240
本発明の第5の解決手段は、第1〜第4の解決手段において、前記はんだは、すず基合金であることを特徴とする部品実装基板のはんだ付け方法である。 A fifth solving means of the present invention is the component mounting board soldering method according to any one of the first to fourth solving means, wherein the solder is a tin-based alloy.
本発明の第6の解決手段は、プリント配線板のスルーホールに電気電子部品のリードが挿入された状態で前記プリント配線板と前記電気電子部品とがはんだ付けされている部品実装基板であって、前記はんだ付け後に以下の温度条件および時間条件の範囲にてリフロー処理が施されていることを特徴とする部品実装基板である。
条件:時間X(秒)、温度Y(℃)の座標上において、はんだの固相線温度をTs(℃)としたとき、以下の条件を満たす。
Y≧300−40log10X
Y≦{(980−80log10X)/3}
Y≧(Ts+3)
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a component mounting board in which the printed wiring board and the electric / electronic component are soldered in a state in which the lead of the electric / electronic component is inserted into the through hole of the printed wiring board. The component mounting board is characterized in that after the soldering, a reflow process is performed in a range of the following temperature condition and time condition.
Conditions: When the solidus temperature of the solder is Ts (° C.) on the coordinates of time X (seconds) and temperature Y (° C.), the following conditions are satisfied.
Y ≧ 300-40log 10 X
Y ≦ {(980-80log 10 X) / 3}
Y ≧ (Ts + 3)
本発明の第7の解決手段は、プリント配線板のスルーホールに電気電子部品のリードが挿入された状態で、予熱、噴流、高温、冷却の各ゾーンを有するはんだ付け工程により前記プリント配線板と前記電気電子部品とがはんだ付けされている部品実装基板であって、前記はんだ付け後に以下の温度条件および時間条件の範囲にてリフロー処理が施されていることを特徴とする部品実装基板である。
条件:時間X(秒)、温度Y(℃)の座標上において、はんだの固相線温度をTs(℃)としたとき、以下の条件を満たす。
Y≧300−40log10X
Y≦{(980−80log10X)/3}
Y≧Ts+3
Y≦300
According to a seventh solution of the present invention, the printed wiring board and the printed wiring board are connected by a soldering process having preheating, jet, high temperature, and cooling zones in a state where the leads of the electrical and electronic parts are inserted into the through holes of the printed wiring board. A component mounting board to which the electrical / electronic component is soldered, wherein the component mounting board is subjected to a reflow process in the following temperature conditions and time conditions after the soldering. .
Conditions: When the solidus temperature of the solder is Ts (° C.) on the coordinates of time X (seconds) and temperature Y (° C.), the following conditions are satisfied.
Y ≧ 300-40log 10 X
Y ≦ {(980-80log 10 X) / 3}
Y ≧ Ts + 3
Y ≦ 300
本発明の第8の解決手段は、プリント配線板のスルーホールに電気電子部品のリードが挿入された状態で前記プリント配線板と前記電気電子部品とがはんだ付けされている部品実装基板であって、前記はんだ付け後に以下の温度条件および時間条件の範囲にてリフロー処理が施されていることを特徴とする部品実装基板である。
条件:時間X(秒)、温度Y(℃)の座標上において、はんだの固相線温度をTs(℃)としたとき、以下の条件を満たす。
Y≧300−40log10X
Y≦{(980−80log10X)/3}
Y≧Ts+3
Y≦260
According to an eighth aspect of the present invention, there is provided a component mounting board in which the printed wiring board and the electric / electronic component are soldered in a state in which the lead of the electric / electronic component is inserted into the through hole of the printed wiring board. The component mounting board is characterized in that after the soldering, a reflow process is performed in a range of the following temperature condition and time condition.
Conditions: When the solidus temperature of the solder is Ts (° C.) on the coordinates of time X (seconds) and temperature Y (° C.), the following conditions are satisfied.
Y ≧ 300-40log 10 X
Y ≦ {(980-80log 10 X) / 3}
Y ≧ Ts + 3
Y ≦ 260
本発明の第9の解決手段は、プリント配線板のスルーホールに電気電子部品のリードが挿入された状態で、予熱、噴流、高温、冷却の各ゾーンを有するはんだ付け工程により前記プリント配線板と前記電気電子部品とがはんだ付けされている部品実装基板であって、前記はんだ付け後に以下の温度条件および時間条件の範囲にてリフロー処理が施されていることを特徴とする部品実装基板である。
条件:時間X(秒)、温度Y(℃)の座標上において、はんだの固相線温度をTs(℃)としたとき、以下の条件を満たす。
Y≧300−40log10X
Y≦{(1280−130log10X)/4}
Y≧Ts+3
Y≦240
According to a ninth solution of the present invention, the printed wiring board is connected to the printed wiring board by a soldering process having preheating, jet, high temperature, and cooling zones in a state where the leads of the electrical and electronic parts are inserted into the through holes of the printed wiring board. A component mounting board to which the electrical / electronic component is soldered, wherein the component mounting board is subjected to a reflow process in the following temperature conditions and time conditions after the soldering. .
Conditions: When the solidus temperature of the solder is Ts (° C.) on the coordinates of time X (seconds) and temperature Y (° C.), the following conditions are satisfied.
Y ≧ 300-40log 10 X
Y ≦ {(1280−130 log 10 X) / 4}
Y ≧ Ts + 3
Y ≦ 240
本発明の第10の解決手段は、第6〜第9の解決手段において、前記はんだは、すず基合金であることを特徴とする部品実装基板である。 A tenth solving means of the present invention is the component mounting board according to the sixth to ninth solving means, wherein the solder is a tin base alloy.
本発明を適用することにより、フローはんだ付けした部品実装基板において、はんだウィスカの発生を抑止することができる。同時に、使用中の温度変化時に接合部に繰り返しの荷重が印加されることによる冷熱疲労を受けても、接合部が劣化せず、亀裂などが発生しない部品実装基板を提供することができる。 By applying the present invention, it is possible to suppress the occurrence of solder whiskers in a component mounting board that is flow soldered. At the same time, it is possible to provide a component mounting board in which the joint does not deteriorate and cracks do not occur even when subjected to thermal fatigue due to repeated application of a load to the joint during temperature changes during use.
本発明の実施形態を説明する。なお、本発明の実施形態は以下に示す具体例に限定されないことはいうまでもない。 An embodiment of the present invention will be described. In addition, it cannot be overemphasized that embodiment of this invention is not limited to the specific example shown below.
本発明の好ましい実施形態の第1例は、プリント配線板のスルーホールに電気電子部品のリードを挿入して前記プリント配線板と前記電気電子部品とをはんだ付けする部品実装基板のはんだ付け方法であって、前記はんだ付け後に以下の温度条件および時間条件の範囲にてリフロー処理を施すことである。 A first example of a preferred embodiment of the present invention is a component mounting board soldering method in which a lead of an electric / electronic component is inserted into a through hole of a printed wiring board and the printed wiring board and the electric / electronic component are soldered. Then, after the soldering, the reflow treatment is performed in the following temperature condition and time condition ranges.
この条件とは、時間X(秒)、温度Y(℃)の座標上において、はんだの固相線温度をTs(℃)としたとき、以下の条件を満たす領域内の1点であることである。
Y≧300−40log10X
Y≦{(980−80log10X)/3}
Y≧(Ts+3)
This condition means that, on the coordinates of time X (seconds) and temperature Y (° C.), when the solidus temperature of the solder is Ts (° C.), it is one point in a region that satisfies the following conditions. is there.
Y ≧ 300-40log 10 X
Y ≦ {(980-80log 10 X) / 3}
Y ≧ (Ts + 3)
ここで、Y=Ts+3の直線は、Sn−3Ag−0.5Cu(質量%)のはんだ(融点:固相線温度217℃)を用いた場合を示している(Y=220)。はんだの組成や融点(固相線温度Ts)が異なる場合には、Y=Ts+3の直線がY=220とは異なる直線となる。この条件を満たす領域は、図1に示されるように、3本の直線で囲まれる三角形状の領域である。好ましくはY≦300の条件を含む4本の直線で囲まれる四角形状の領域であり、より好ましくはY≦260の条件を含む4本の直線で囲まれる四角形状の領域であり、さらに好ましくはY≧300−40log10X、Y≦{(1280−130log10X)/4}、Y≧Ts+3、Y≦240の4本の直線で囲まれる四角形状の領域である。これらの条件のうち、Y≦300またはY≦260の条件は、温度範囲の上限を意味するが、これはプリント配線材やはんだ付けされる電気電子部品などの耐熱性を考慮して決定される。Y≦260の条件を含む図を図2に示す。 Here, the straight line of Y = Ts + 3 shows the case of using Sn-3Ag-0.5Cu (mass%) solder (melting point: solidus temperature 217 ° C.) (Y = 220). When the solder composition and melting point (solidus temperature Ts) are different, the straight line Y = Ts + 3 is different from Y = 220. The region satisfying this condition is a triangular region surrounded by three straight lines as shown in FIG. Preferably, it is a quadrangular region surrounded by four straight lines including the condition of Y ≦ 300, more preferably a quadrangular region surrounded by four straight lines including the condition of Y ≦ 260, more preferably This is a quadrangular region surrounded by four straight lines of Y ≧ 300−40 log 10 X, Y ≦ {(1280−130 log 10 X) / 4}, Y ≧ Ts + 3, and Y ≦ 240. Among these conditions, the condition of Y ≦ 300 or Y ≦ 260 means the upper limit of the temperature range, which is determined in consideration of the heat resistance of the printed wiring material or the electric / electronic component to be soldered. . A diagram including the condition of Y ≦ 260 is shown in FIG.
前記条件を決定した根拠は以下のとおりである。
(1)温度下限:Ts+3(℃)について、下限以下の温度では、長時間の処理(4時間以上)を施しても、ウィスカの低減に効果が見られなかったため、生産性に悪影響を及ぼす限界である。
(2)時間下限:図1および図2の左側(時間が短い側)の直線である「Y=300−40log10X」について、この線より左側(時間が短い側)では、ウィスカの低減に効果が見られなかったためである。温度が高くなると時間が短くなるが、温度の直線的な変化に対して時間上限が対数的に変化していることが実験で確認された。
(3)時間上限:図1および図2の右側(時間が長い側)の直線である「Y={(980−80log10X)/3}」について、この線より右側(時間が長い側)では、熱疲労による接合部の劣化が顕著になるためである。前述の時間下限と同様、温度が高くなると時間が短くなるが、温度の直線的な変化に対して時間上限が対数的に変化していることが実験で確認された。
(4)温度上限:好ましい条件としてY=300またはY=260が上限として定義される場合において、一般に電気電子部品の耐熱温度が概ね260℃程度とされている。さらに高温においても耐久性能を有する電気電子部品も現存するので、電気電子部品の耐久性能により温度上限は適宜設定されうる。なお、Y=300については、Y>300となると、Xの最大値が10(秒)より小さくなるとともにXの許容範囲が小さくなって本発明の効果の再現性が発揮されにくくなるため、効果の再現性を得るために温度上限を設けるという意味合いもある。
(5)まとめ:上記(1)〜(4)の範囲内の温度、時間条件においては、ウィスカの低減に大きな効果が見られ、熱疲労による接合部の劣化がほとんど無い。
The grounds for determining the conditions are as follows.
(1) Lower temperature limit: For Ts + 3 (° C.), at temperatures below the lower limit, even if long-time treatment (4 hours or more) was performed, no effect was seen in reducing whiskers, so the limit adversely affects productivity. It is.
(2) Lower time limit: For “Y = 300-40log 10 X” which is the straight line on the left side (the shorter time side) of FIGS. 1 and 2, on the left side (the shorter time side) from this line, whisker is reduced. This is because the effect was not seen. Although the time is shortened as the temperature is increased, it has been experimentally confirmed that the upper limit of time varies logarithmically with respect to a linear change in temperature.
(3) Upper time limit: For “Y = {(980-80log 10 X) / 3}”, which is a straight line on the right side (longer side) in FIGS. 1 and 2, the right side (longer side) from this line This is because the deterioration of the joint due to thermal fatigue becomes significant. Similar to the lower time limit described above, the time was shortened as the temperature increased, but it was confirmed by experiments that the upper time limit changed logarithmically with respect to a linear change in temperature.
(4) Upper temperature limit: In the case where Y = 300 or Y = 260 is defined as the upper limit as a preferable condition, the heat-resistant temperature of electric and electronic parts is generally about 260 ° C. Furthermore, there are electrical and electronic parts that have durability performance even at high temperatures, and therefore the upper temperature limit can be set as appropriate depending on the durability performance of the electrical and electronic parts. For Y = 300, if Y> 300, the maximum value of X is smaller than 10 (seconds) and the allowable range of X is reduced, so that the reproducibility of the effect of the present invention is difficult to be exhibited. There is also an implication that an upper temperature limit is provided in order to obtain reproducibility.
(5) Summary: Under the temperature and time conditions within the above ranges (1) to (4), a great effect is seen in reducing whiskers, and there is almost no deterioration of the joint due to thermal fatigue.
本発明の好ましい実施形態の第2例は、プリント配線板のスルーホールに電気電子部品のリードを挿入して、予熱、噴流、高温、冷却の各ゾーンを有するはんだ付け工程により前記プリント配線板と前記電気電子部品とをはんだ付けする部品実装基板のはんだ付け方法であって、前記高温ゾーンにて前述の温度条件および時間条件の範囲にてリフロー処理を施すことである。前述の第1例との違いは、一連のはんだ付け作業において部品実装基板に所定条件のリフロー処理を施すことであり、工業的には第2例のほうが望ましい場合がある。 According to a second example of a preferred embodiment of the present invention, a lead of an electric / electronic component is inserted into a through hole of a printed wiring board, and the printed wiring board is connected to the printed wiring board by a soldering process having preheating, jet, high temperature, and cooling zones. A method for soldering a component mounting board for soldering the electric / electronic component, wherein the reflow treatment is performed in the high temperature zone in a range of the temperature condition and the time condition described above. The difference from the first example described above is that the component mounting board is subjected to a reflow process under a predetermined condition in a series of soldering operations, and the second example may be industrially desirable.
本発明の好ましい実施形態の第1例および第2例については、部品実装基板のはんだ付け方法だけでなく、この方法によりはんだ付けされた部品実装基板もその対象となる。 About the 1st example and 2nd example of preferable embodiment of this invention, not only the soldering method of a component mounting board but the component mounting board soldered by this method also becomes the object.
また、本発明の好ましい実施形態の第1例および第2例で使用されるはんだは、すず基合金である。好ましくは鉛を含まないすず基合金であり、より好ましくは、Sn−Ag、Sn−Cu、Sn−Ag−Cu、Sn−Ag−Cu−Bi、Sn−Ag−Cu−Sb、Sn−Ag−Bi−In、Sn−Ag−In、Sn−Zn、Sn−Zn−Bi、Sn−Sbである。さらに好ましくは、前記各合金に、Al、Si、P、S、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Ga、Ge、As、Se、Zr、Nb、Mo、Pd、Hf、Ta、W、Pt、Auを0.1質量%以下加えたものである。
前記各実施形態においては、はんだはすず基合金であればよく、これまでに広く用いられていた共晶はんだ(Sn−37%Pb:固相線温度約183℃)などに対しても適用可能であるが、鉛は環境負荷物質であるとして使用が規制されてきており、また、本発明の適用の効果が大きく現れる観点から、鉛を含まないすず基合金であることが好ましい。
The solder used in the first and second examples of the preferred embodiment of the present invention is a tin-based alloy. Preferred is a tin-based alloy containing no lead, and more preferred is Sn—Ag, Sn—Cu, Sn—Ag—Cu, Sn—Ag—Cu—Bi, Sn—Ag—Cu—Sb, Sn—Ag—. Bi-In, Sn-Ag-In, Sn-Zn, Sn-Zn-Bi, and Sn-Sb. More preferably, the alloys include Al, Si, P, S, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Ga, Ge, As, Se, Zr, Nb, Mo, Pd, Hf, Ta. , W, Pt, and Au are added by 0.1 mass% or less.
In each of the above embodiments, the solder may be a tin-based alloy and can be applied to eutectic solder (Sn-37% Pb: solidus temperature of about 183 ° C.) that has been widely used so far. However, the use of lead has been regulated because it is an environmentally hazardous substance, and it is preferably a tin-based alloy that does not contain lead from the viewpoint that the effect of application of the present invention greatly appears.
なお、本発明の実施形態が適用される部品実装基板のはんだ付け方法の例を示す。
(1)表面実装部品をリフロー処理してはんだ付けを行う場合は、リフロー時の温度プロファイルを調整して、上記温度、時間範囲の中の条件とし、リフロー付けしてもかまわない。
(2)表面実装部品をリフロー処理してはんだ付けした工程の後に、電気電子部品のリードをプリント配線板のスルーホールに挿入してフローはんだ付けする際にも、本実施形態は適用される。なお、本実施形態が適用される場合には、表面実装部品の実装部分がはんだの融点以上に加熱されないようにする(フローはんだ付け部分のみ加熱するなど)か、表面実装部品を固定するかなどの対策を施すことが望ましい。
(3)表面実装部品を表裏面2回リフロー処理してはんだ付けした工程の後に、電気電子部品のリードをプリント配線板のスルーホールに挿入してフローはんだ付けする際にも、本実施形態は適用される。なお、本実施形態が適用される場合には、表面実装部品の実装部分がはんだの融点以上に加熱されないようにする(フローはんだ付け部分のみ加熱するなど)か、表面実装部品を固定するかなどの対策を施すことが望ましい。
(4)電気電子部品のリードをプリント配線板のスルーホールに挿入してフローはんだ付けする際、噴流の温度、噴流を浴びる時間の範囲を、上記温度、時間範囲の中の条件としても差し支えないが、別途、Cu食われによるランドとリードの欠損を加味する必要がある。
In addition, the example of the soldering method of the component mounting board | substrate with which embodiment of this invention is applied is shown.
(1) When performing soldering by reflowing a surface mount component, the temperature profile at the time of reflow may be adjusted to satisfy the conditions in the above temperature and time range, and reflow soldering may be performed.
(2) The present embodiment is also applied to the flow soldering by inserting the lead of the electric / electronic component into the through hole of the printed wiring board after the step of reflowing and soldering the surface mount component. When this embodiment is applied, whether the mounting part of the surface mounting component is not heated above the melting point of the solder (only the flow soldering part is heated), or the surface mounting component is fixed. It is desirable to take the above measures.
(3) The present embodiment also applies to the case where the lead of the electrical / electronic component is inserted into the through hole of the printed wiring board after the process of soldering the surface-mounted component by reflow treatment twice on the front and back surfaces. Applied. When this embodiment is applied, whether the mounting part of the surface mounting component is not heated above the melting point of the solder (only the flow soldering part is heated), or the surface mounting component is fixed. It is desirable to take the above measures.
(4) When soldering by inserting leads of electrical and electronic parts into through holes in a printed wiring board, the temperature of the jet and the time range during which the jet is bathed may be the conditions within the above temperature and time range. However, it is necessary to take into account the loss of land and leads due to Cu biting.
本発明の実施形態に対応する実施例を説明する。 An example corresponding to the embodiment of the present invention will be described.
[サンプルの説明]
・プリント配線板:ガラスクロスを配したエポキシ樹脂(FR4)基板にCu配線、レジストを設け、挿入部品を配置する部位にCuランド・Cuスルーホールを設けた。10cm×15cmサイズとした。
・部品:端子接続用コネクタ2段10極、抵抗10個、リレー5個の各挿入部品。リード(端子)の材質はCu、およびCu合金とし、コネクタのリード、抵抗のリードにはそれぞれSnめっきを施し、リレーのリードにはSnAgCu予備はんだ処理を施した。
[Sample description]
Printed wiring board: Cu wiring and resist were provided on an epoxy resin (FR4) substrate provided with glass cloth, and Cu lands and Cu through holes were provided at locations where insertion parts were to be placed. The size was 10 cm × 15 cm.
-Parts: Insertion parts for terminal connector 2
[はんだ付け条件]
・フロー条件:プリント配線板に、フラックスを塗布し、Sn−3Ag−0.5Cu(質量%)はんだをフロー付けして部品実装基板を得た。フラックスとして、低残渣タイプのポストフラックス(タムラ化研製,SOLDERITE EC−15−7)を用いた。同組成のはんだの融点は、固相線温度217℃、液相線温度約220℃である。搬送速度:1m/分。噴流温度250℃とした。
・なお、はんだとしてSn−0.7Cu(はんだの融点:固相線温度227℃、搬送速度:1m/分、噴流温度250℃;No.28)、Sn−2.5Ag−0.5Cu−3.0Bi−1.0In(はんだの融点:固相線温度202℃、搬送速度:1m/分、噴流温度230℃;No.29)を用いた場合についても、上記と同様の仕様の部品、基板にフローはんだ付けして部品実装基板を得た。
[Soldering conditions]
-Flow conditions: A flux was applied to the printed wiring board, and Sn-3Ag-0.5Cu (mass%) solder was flowed to obtain a component mounting board. As the flux, a low-residue type post-flux (manufactured by Tamura Kaken, SOLDERITE EC-15-7) was used. The melting point of the solder having the same composition is a solidus temperature of 217 ° C. and a liquidus temperature of about 220 ° C. Conveyance speed: 1m / min. The jet temperature was 250 ° C.
As the solder, Sn-0.7Cu (melting point of solder: solidus temperature 227 ° C., conveyance speed: 1 m / min,
[熱処理条件]
・リフロー処理:フロー付けした部品実装基板を、表1に記載の温度、時間(No.2〜29)にてバッチ式リフロー炉にて熱処理した。各温度、時間条件にて2基板ずつ作製した。
[Heat treatment conditions]
-Reflow treatment: The flow-mounted component mounting substrate was heat-treated in a batch-type reflow furnace at the temperature and time (No. 2-29) shown in Table 1. Two substrates were produced at each temperature and time condition.
[評価条件1:ウィスカ、ノジュールの評価]
・各条件でリフロー処理した部品実装基板(No.2〜29:実施例および比較例)1枚ずつ、およびリフロー処理を施さない基板(No.1:従来例)1枚を、85℃、湿度85%の環境にて2000時間放置した。SEMを用いて、はんだ面側の全はんだフィレット表面を観察した。数μm径、数十μm長さの真っ直ぐな棒状の物質、あるいは数μm径の湾曲したひも状物質が検出された場合、EDX分析によりSnが主成分であればウィスカと判定した。また、荒れた表面を有し、数μm〜十数μmの領域が隆起している状態が観察された場合、これをノジュールと判定した。ウィスカ、ノジュールが発生していなかった基板については○、ウィスカの発生が無くノジュールが発生していた基板を△、1本でもウィスカの発生が認められた基板を×と判定した。
・なお、本実施例の試験では、上記のような形態(ウィスカ、ノジュール)として検知した物質は、いずれもSnが主成分であり、それ以外の成分を主とした物質は無かった。
[Evaluation condition 1: Evaluation of whiskers and nodules]
・ One component mounting board (No. 2-29: Examples and Comparative Examples) reflow-treated under each condition, and one board (No. 1: conventional example) not subjected to reflow treatment, 85 ° C., humidity It was left for 2000 hours in an 85% environment. Using SEM, the entire solder fillet surface on the solder side was observed. When a straight rod-like substance having a diameter of several μm and a length of several tens of μm or a curved string-like substance having a diameter of several μm was detected, if Sn was a main component by EDX analysis, it was determined to be a whisker. Moreover, when the state which has a rough surface and the area | region of several micrometers-dozens of micrometers protrudes was observed, this was determined as a nodule. A substrate in which no whisker or nodule was generated was evaluated as “◯”, a substrate in which no whisker was generated and in which a nodule was generated was evaluated as “Δ”, and a substrate in which even one whisker was generated was determined as “x”.
In addition, in the test of this example, all of the substances detected as the above forms (whiskers, nodules) were mainly composed of Sn, and there were no substances mainly composed of other components.
[評価条件2:亀裂の評価]
・上記とは別に、各条件でリフロー処理した部品実装基板(No.2〜29:実施例および比較例)1枚ずつ、およびリフロー処理を施さない基板(No.1:従来例)1枚を、温度サイクル試験槽へ投入し、温度サイクル試験を実施した。低温側−40℃、高温側120℃に各30分間保持する条件とし、温度変化区間は5分以内とした。この温度プロファイルを3000回繰り返した。その後、端子接続用コネクタのはんだ接合部5ヶ所(1基板あたり)を断面研磨し、劣化の状況を観察した。断面には、全てのサンプルにおいて、はんだ領域、あるいは化合物領域に、複数の亀裂が発生していることが分かった。最長の亀裂について、その長さが残存長(温度サイクル試験実施後にリードにはんだが付いたままの部分の、リードの長手方向に沿った最小の長さ)を上回っているものについては×、残存長以下のものについては○と判断する検査を、各断面について行った。なお、得られたサンプルを実施例と比較例に分ける基準は、接合部5ヶ所中に3ヶ所以上亀裂長さが残存長以下となるものを実施例、そうでないものを比較例とした。
[Evaluation condition 2: Evaluation of cracks]
Separately from the above, one component mounting board (No. 2 to 29: Examples and Comparative Examples) subjected to reflow processing under each condition and one board (No. 1: conventional example) not subjected to reflow processing The sample was put into a temperature cycle test tank and a temperature cycle test was conducted. The temperature was kept at −40 ° C. and 120 ° C. on the high temperature side for 30 minutes each, and the temperature change interval was within 5 minutes. This temperature profile was repeated 3000 times. Thereafter, the cross-sections of the five solder joint portions (per substrate) of the terminal connection connector were polished, and the state of deterioration was observed. In the cross section, it was found that a plurality of cracks occurred in the solder region or the compound region in all the samples. For the longest crack, if the length exceeds the remaining length (the minimum length along the longitudinal direction of the lead of the portion where the lead remains soldered after the temperature cycle test), ×, remaining Inspections for which the length was less than or equal to ○ were performed on each cross section. In addition, the reference | standard which divides the obtained sample into an Example and a comparative example made the Example into which the crack length becomes three or more places in 5 places of junction parts, or less, and was set as the comparative example.
[評価結果]
結果を表1に示す。
[Evaluation results]
The results are shown in Table 1.
表1より、本発明の規定の温度、時間範囲内にてリフロー処理した基板(No.3〜5、8、12〜15、18、19、21〜24:実施例)については、ウィスカ、ノジュールが発生せず、ウィスカの発生を抑制することが分かった。また、検査した5ヶ所の断面にて、全てき裂長さは残存長以下、あるいは、1ヶ所のみ残存長以上で4ヶ所が残存長以下、あるいは、2ヶ所が残存長以上で3ヶ所が残存長以下との結果となり、熱疲労による劣化が少ないことが分かった。
一方、本願規定の時間以下の条件(No.2、7、10、11、17、20:比較例)でリフロー処理した基板、および、本願規定の温度以下の条件(No.26、27:比較例)でリフロー処理した基板、および、フローはんだ付け後リフロー処理しなかった基板(No.1:従来例)については、ウィスカ、およびノジュールの発生が認められた。また、本願規定の時間以上の条件でリフロー処理した基板(No.6、9、16、25:比較例)については、5ヶ所あるいは4ヶ所について、き裂長さが残存長以上となり、耐熱疲労性に劣ることが分かった。
From Table 1, whiskers and nodules for substrates (No. 3-5, 8, 12-15, 18, 19, 21-24: Examples) subjected to reflow treatment within the specified temperature and time range of the present invention. It was found that whisker generation was suppressed. Also, in the five cross-sections examined, all crack lengths are less than the remaining length, or only one remaining length is greater than 4 and the remaining length is less than 4 lengths, or 2 locations are greater than the remaining length and 3 locations are the remaining length. The following results were obtained, and it was found that there was little deterioration due to thermal fatigue.
On the other hand, the substrate reflow-treated under the conditions (No. 2, 7, 10, 11, 17, 20: comparative example) below the time prescribed in the present application and the conditions below the temperature prescribed in the present application (No. 26, 27: comparison) For the substrate reflowed in Example) and the substrate that was not reflowed after flow soldering (No. 1: conventional example), generation of whiskers and nodules was observed. In addition, with respect to the substrates (No. 6, 9, 16, 25: comparative examples) subjected to reflow treatment under the conditions specified for the time specified in the present application, the crack length is longer than the remaining length at 5 or 4 locations, and the heat fatigue resistance It turned out to be inferior.
さらに、はんだとしてSn−0.7Cu(質量%)を用いた例(No.28:実施例)、およびSn−2.5Ag−0.5Cu−3.0Bi−1.0In(質量%)を用いた例(No.29:実施例)については、いずれも、ウィスカの発生無く、疲労劣化後のき裂長さも残存長以下と短かった。 Further, an example using Sn-0.7Cu (mass%) as a solder (No. 28: Example) and Sn-2.5Ag-0.5Cu-3.0Bi-1.0In (mass%) are used. In all the examples (No. 29: Example), whiskers were not generated, and the crack length after fatigue deterioration was as short as the remaining length or less.
Claims (10)
条件:時間X(秒)、温度Y(℃)の座標上において、はんだの固相線温度をTs(℃)としたとき、以下の条件を満たす。
Y≧300−40log10X
Y≦{(980−80log10X)/3}
Y≧Ts+3 A method for soldering a component mounting board in which a lead of an electric / electronic component is inserted into a through hole of a printed wiring board and the printed wiring board and the electric / electronic component are soldered, and after the soldering, the following temperature condition and A soldering method for a component mounting board, wherein reflow processing is performed within a range of time conditions.
Conditions: When the solidus temperature of the solder is Ts (° C.) on the coordinates of time X (seconds) and temperature Y (° C.), the following conditions are satisfied.
Y ≧ 300-40log 10 X
Y ≦ {(980-80log 10 X) / 3}
Y ≧ Ts + 3
条件:時間X(秒)、温度Y(℃)の座標上において、はんだの固相線温度をTs(℃)としたとき、以下の条件を満たす。
Y≧300−40log10X
Y≦{(980−80log10X)/3}
Y≧Ts+3
Y≦300 A method for soldering a component mounting board in which a lead of an electric / electronic component is inserted into a through hole of a printed wiring board and the printed wiring board and the electric / electronic component are soldered, and after the soldering, the following temperature condition and A soldering method for a component mounting board, wherein reflow processing is performed within a range of time conditions.
Conditions: When the solidus temperature of the solder is Ts (° C.) on the coordinates of time X (seconds) and temperature Y (° C.), the following conditions are satisfied.
Y ≧ 300-40log 10 X
Y ≦ {(980-80log 10 X) / 3}
Y ≧ Ts + 3
Y ≦ 300
条件:時間X(秒)、温度Y(℃)の座標上において、はんだの固相線温度をTs(℃)としたとき、以下の条件を満たす。
Y≧300−40log10X
Y≦{(980−80log10X)/3}
Y≧Ts+3
Y≦260 A method for soldering a component mounting board in which a lead of an electric / electronic component is inserted into a through hole of a printed wiring board and the printed wiring board and the electric / electronic component are soldered, and after the soldering, the following temperature condition and A soldering method for a component mounting board, wherein reflow processing is performed within a range of time conditions.
Conditions: When the solidus temperature of the solder is Ts (° C.) on the coordinates of time X (seconds) and temperature Y (° C.), the following conditions are satisfied.
Y ≧ 300-40log 10 X
Y ≦ {(980-80log 10 X) / 3}
Y ≧ Ts + 3
Y ≦ 260
条件:時間X(秒)、温度Y(℃)の座標上において、はんだの固相線温度をTs(℃)としたとき、以下の条件を満たす。
Y≧300−40log10X
Y≦{(1280−130log10X)/4}
Y≧Ts+3
Y≦240 A method for soldering a component mounting board in which a lead of an electric / electronic component is inserted into a through hole of a printed wiring board and the printed wiring board and the electric / electronic component are soldered, and after the soldering, the following temperature condition and A soldering method for a component mounting board, wherein reflow processing is performed within a range of time conditions.
Conditions: When the solidus temperature of the solder is Ts (° C.) on the coordinates of time X (seconds) and temperature Y (° C.), the following conditions are satisfied.
Y ≧ 300-40log 10 X
Y ≦ {(1280−130 log 10 X) / 4}
Y ≧ Ts + 3
Y ≦ 240
条件:時間X(秒)、温度Y(℃)の座標上において、はんだの固相線温度をTs(℃)としたとき、以下の条件を満たす。
Y≧300−40log10X
Y≦{(980−80log10X)/3}
Y≧(Ts+3) A component mounting board in which the printed wiring board and the electric / electronic component are soldered in a state where the lead of the electric / electronic component is inserted into the through hole of the printed wiring board, and the following temperature condition and A component mounting board that is subjected to reflow processing within a range of time conditions.
Conditions: When the solidus temperature of the solder is Ts (° C.) on the coordinates of time X (seconds) and temperature Y (° C.), the following conditions are satisfied.
Y ≧ 300-40log 10 X
Y ≦ {(980-80log 10 X) / 3}
Y ≧ (Ts + 3)
条件:時間X(秒)、温度Y(℃)の座標上において、はんだの固相線温度をTs(℃)としたとき、以下の条件を満たす。
Y≧300−40log10X
Y≦{(980−80log10X)/3}
Y≧Ts+3
Y≦300 A component mounting board in which the printed wiring board and the electric / electronic component are soldered in a state where the lead of the electric / electronic component is inserted into the through hole of the printed wiring board, and the following temperature condition and A component mounting board that is subjected to reflow processing within a range of time conditions.
Conditions: When the solidus temperature of the solder is Ts (° C.) on the coordinates of time X (seconds) and temperature Y (° C.), the following conditions are satisfied.
Y ≧ 300-40log 10 X
Y ≦ {(980-80log 10 X) / 3}
Y ≧ Ts + 3
Y ≦ 300
条件:時間X(秒)、温度Y(℃)の座標上において、はんだの固相線温度をTs(℃)としたとき、以下の条件を満たす。
Y≧300−40log10X
Y≦{(980−80log10X)/3}
Y≧Ts+3
Y≦260 A component mounting board in which the printed wiring board and the electric / electronic component are soldered in a state where the lead of the electric / electronic component is inserted into the through hole of the printed wiring board, and the following temperature condition and A component mounting board that is subjected to reflow processing within a range of time conditions.
Conditions: When the solidus temperature of the solder is Ts (° C.) on the coordinates of time X (seconds) and temperature Y (° C.), the following conditions are satisfied.
Y ≧ 300-40log 10 X
Y ≦ {(980-80log 10 X) / 3}
Y ≧ Ts + 3
Y ≦ 260
条件:時間X(秒)、温度Y(℃)の座標上において、はんだの固相線温度をTs(℃)としたとき、以下の条件を満たす。
Y≧300−40log10X
Y≦{(1280−130log10X)/4}
Y≧Ts+3
Y≦240 A component mounting board in which the printed wiring board and the electric / electronic component are soldered in a state where the lead of the electric / electronic component is inserted into the through hole of the printed wiring board, and the following temperature condition and A component mounting board that is subjected to reflow processing within a range of time conditions.
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Y ≧ 300-40log 10 X
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Y ≦ 240
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