JP2020131219A - Joining material - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、各種電子部品をプリント配線基板等に電気的接合を実施する際に、はんだ線を用いて接合する方法に関するものである。 The present invention relates to a method of joining various electronic components using a solder wire when electrically joining various electronic components to a printed wiring board or the like.
従来、各種電子部品をプリント配線基板に実装するため、はんだが用いられている。こうしたはんだは、錫を主体として様々な金属を添加して溶融、合金化して使用されている。中でもはんだにはフラックスと呼ばれる樹脂組成物が内包されている場合が多い。フラックスは、はんだ付け箇所の酸化膜の除去や、はんだ付け箇所や溶融はんだの酸化防止、更には、はんだの濡れ性の向上を図るために用いられる。 Conventionally, solder has been used to mount various electronic components on a printed wiring board. Such solders are used by adding various metals, mainly tin, to melt and alloy them. Of these, solder often contains a resin composition called flux. The flux is used for removing the oxide film at the soldered portion, preventing the oxidation of the soldered portion and the molten solder, and improving the wettability of the solder.
はんだ線の中心部分にフラックスが含有されているやに入りはんだ（ＪＩＳ Ｚ ３２８３ やに入りはんだ）が一般的である。はんだ付けの際には、このはんだ線の中心部分のフラックスが作用してはんだ付け表面の酸化膜の除去、および溶融したはんだ金属の酸化を防止することで安定的にはんだ付けが完了して、電子部品とプリント配線基板との電気的接合が完成する。 In general, solder that contains flux in the center of the solder wire (JIS Z 3283 or solder). At the time of soldering, the flux in the central part of this solder wire acts to remove the oxide film on the soldering surface and prevent the molten solder metal from oxidizing, so that the soldering is completed stably. The electrical connection between the electronic component and the printed wiring board is completed.
やに入りはんだを溶融する熱源は一般的にははんだコテを用いて行う。やに入りはんだ線に、はんだコテをあてて、はんだコテの熱をやに入りはんだ線に伝導させて、はんだ線を溶融させるとともに、中心部に含有しているフラックスも溶融させてはんだ付けを実施する。 A soldering iron is generally used as a heat source for melting the solder. A soldering iron is applied to the solder wire, and the heat of the soldering iron is conducted to the solder wire to melt the solder wire, and the flux contained in the center is also melted for soldering. carry out.
はんだコテからの熱伝導でやに入りはんだの金属部分から温度が上昇していき、やに入りはんだ自体の熱が上がっていくことになる。構成材料からいくと、フラックスの融点（軟化点）は約６０℃から８０℃であり、金属の融点はＳｎ-３．０％Ａｇ-０．５Ｃｕは２１７℃となる。 Due to the heat conduction from the soldering iron, the temperature rises from the metal part of the solder, and the heat of the solder itself rises. From the constituent materials, the melting point (softening point) of the flux is about 60 ° C. to 80 ° C., and the melting point of the metal is 217 ° C. for Sn-3.0% Ag-0.5Cu.
やに入りはんだをはんだコテを用いて外部から加熱していくと、先述の融点の差異の関係で、やに入りはんだ線の端面部分より少量のフラックスが解けて出てくる。その後、金属の融点を超えた点から金属が溶融を開始する、それに合わせて、中心部分に含有されているフラックスが急激に放出される。このフラックスが放出されるときには、フラックスの融点を超えて、さらにフラックスの内容成分の沸点を超えてしまうことが発生する。沸点を超えてガス化した力で、周りに存在している溶融はんだ金属、溶融したフラックスを吹き飛ばし、プリント配線基板上に微細なはんだ金属のボール、またはフラックスの微細な粒を作成してしまうという現象が発生する。 When the solder is heated from the outside using a soldering iron, a small amount of flux is dissolved from the end face of the solder wire due to the difference in melting point described above. After that, the metal starts melting from the point where the melting point of the metal is exceeded, and the flux contained in the central portion is rapidly released accordingly. When this flux is released, it may exceed the melting point of the flux and further exceed the boiling point of the content component of the flux. With the force gasified beyond the boiling point, the molten solder metal and molten flux that exist around it are blown off, creating fine solder metal balls or fine particles of flux on the printed wiring board. The phenomenon occurs.
近年、プリント配線基板の小型化、電子部品の微細化によりプリント配線基板上の実装密度が上がってくる傾向がある。このような微細なはんだボールまたは、微細なフラックスの粒が電子部品の接点等への付着により大きな導通不良が発生するという大きな問題が発生している。 In recent years, the mounting density on the printed wiring board tends to increase due to the miniaturization of the printed wiring board and the miniaturization of electronic components. There is a big problem that such fine solder balls or fine flux particles adhere to the contacts of electronic parts and the like, resulting in a large conduction failure.
従来より、やに入りはんだを用いて電気的接合を行う際に発生するはんだボール、フラックスの粒を解消するために、はんだ金属とフラックスの存在する位置を変更するという考案もなされている。 Conventionally, it has been devised to change the positions where the solder metal and the flux exist in order to eliminate the particles of the solder balls and the flux generated when the solder balls and the flux are electrically bonded by using the solder.
また、やに入りはんだ線を加熱した時に先にフラックスが沸点を超えてガス化して圧力が高まることを考慮してはんだ線の長さ方向に切れ込み、または一定間隔ではんだ線に穴をあけるという考案もなされている。 In addition, when the solder wire is heated, the flux exceeds the boiling point and gasifies, and the pressure rises. Therefore, the solder wire is cut in the length direction or holes are made in the solder wire at regular intervals. It has also been devised.
特許文献１記載のはんだ線にフラックスをコーティングするという手法は、フラックスとはんだ線が融点の低い順番に溶ける点がはんだボールおよびフラックス粒の発生に大きな効果を発揮する。また、やに入りはんだ線に切れ込み、または一定間隔で穴を明けるという手法も、溶解、気化したフラックスのガス成分を抜くために効果を発揮している。 The method of coating the solder wire described in Patent Document 1 with flux is very effective in generating solder balls and flux particles in that the flux and the solder wire are melted in ascending order of melting point. In addition, the method of cutting into the solder wire or making holes at regular intervals is also effective for removing the gas component of the dissolved and vaporized flux.
しかし、フラックスをはんだ線の表面に塗るという技術では、はんだ線の柔軟性を確保するためフラックスに特殊な樹脂を含有しなければならない。はんだ付けの際に使用する、はんだコデの先端にこの特殊な樹脂を含有するフラックスが残り、はんだコテの熱で炭化してしまい、はんだコテの熱がはんだ線に伝導できない欠点が発生し、実用化できない。 However, in the technique of applying flux to the surface of the solder wire, the flux must contain a special resin in order to ensure the flexibility of the solder wire. Flux containing this special resin remains at the tip of the soldering iron used for soldering, and it is carbonized by the heat of the soldering iron, causing the drawback that the heat of the soldering iron cannot be conducted to the solder wire, which is practical. Cannot be converted.
また、やに入りはんだ線に切れ込み、または一定間隔の穴を明けた手法では、切れ込み、または穴から大気中の水分がフラックス中に混入し、フラックスの効果を減少させるとともに、含有した水分が沸騰してさらなるはんだボール、フラックス粒の増加するために実用化できない。 In addition, in the method of cutting into the solder wire or making holes at regular intervals, moisture in the atmosphere is mixed into the flux from the notch or holes, reducing the effect of the flux and boiling the contained moisture. Therefore, it cannot be put into practical use because the number of solder balls and flux particles increases.
本発明は、フラックスが気化したときのガス抜き用切れ込みをやに入りはんだ線に施し、さらにそのフラックスに大気中の水分が混入しないように調整したフラックスをその表面に塗布する、という構成をとったものである。また、塗布した柔軟性のあるフラックスがはんだコテに付着して炭化して熱伝導を妨げてしまうことを防止するために、中心部分のフラックスと表面に塗布するフラックスとのより良い含有量比率を発見し、製品化したものでる。 The present invention has a configuration in which a notch for degassing when the flux is vaporized is made in the solder wire, and a flux adjusted so that moisture in the atmosphere is not mixed into the flux is applied to the surface thereof. It is a thing. Also, in order to prevent the applied flexible flux from adhering to the soldering iron and carbonizing and hindering heat conduction, a better content ratio between the flux in the central part and the flux applied to the surface is set. It was discovered and commercialized.
即ち、請求項１に係る接合材料は、切れ込みまたは一定間隔で開口部を設けたやに入りはんだ線にフラックスをコーティングしたことを特徴とする。 That is, the bonding material according to claim 1 is characterized in that notches or openings are provided at regular intervals and the solder wire is coated with flux.
請求項２に係る接合材料は、前記はんだ線の中心部に含有されるフラックスは、全重量に対して０．２％以上６．３％未満であり、さらに前記コーティングするフラックスは全重量に対して０．３％以上５．０％以下であることを特徴とする。
In the bonding material according to
上述した構成からなる本発明によれば、表面のフラックスは水分の浸透がなく空気も遮断することが可能であるために、はんだ金属の保管時の酸化を防止することができ、はんだ濡れ性の向上させる効果がある。 According to the present invention having the above-described configuration, the flux on the surface does not allow moisture to permeate and can also block air, so that oxidation of the solder metal during storage can be prevented, and the solder wettability can be prevented. It has the effect of improving.
以下、本発明を適用した接合材料について、図面を参照しながら詳細に説明をする。 本発明を適用した接合材料は、切れ込みまたは一定間隔で開口部を設けたやに入りはんだ線にフラックスをコーティングしてなるものである。 Hereinafter, the bonding material to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings. The bonding material to which the present invention is applied is a solder wire coated with flux, which is provided with notches or openings at regular intervals.
本発明において、やに入りはんだ線を長さ方向にフラックスに到達するように切れ込みを設ける。さらに、切れ込みを入れたやに入りはんだ線を溶融したコーティング用フラックスに含浸させて表面に一定の厚みのコーティング用フラックスを塗布する。 In the present invention, a notch is provided so that the solder wire can reach the flux in the length direction. Further, the notched solder wire is impregnated with the molten coating flux, and a coating flux having a certain thickness is applied to the surface.
この時、表面に塗布するフラックスははんだ付けに寄与する活性剤を含浸させなくても良い。この塗布するコーティング用フラックスははんだ線の柔軟性を損なうことなく、フラックス自身が柔軟性を保持していること。さらに、中心部のフラックスに水分を浸透させないことが重要である。 At this time, the flux applied to the surface does not have to be impregnated with an activator that contributes to soldering. The coating flux to be applied should maintain the flexibility of the solder wire without impairing the flexibility of the solder wire. Furthermore, it is important not to allow water to penetrate the central flux.
また、切れ込みはフラックスの高温時のガス成分を抜くことが目的であるために、一定間隔の解放穴でもよい。 Further, since the purpose of the notch is to remove the gas component of the flux at high temperature, it may be a release hole at regular intervals.
上述の製品設計により、フラックスをはんだ線表面にコーティングし、さらに中心部にフラックスが含有する形態となる。 According to the above-mentioned product design, the flux is coated on the surface of the solder wire, and the flux is further contained in the central portion.
フラックスをコーティングした切れ込みのある、やに入りはんだ線は、はんだコテをあてて加熱されると、表面のコーティングフラックスが溶融し微弱ではあるが、接合部の温度を加熱する作用とはんだ付け表面をコーティングする作用を発揮し、接合部の加熱によるはんだ線の表面参加を防ぐ。 When a solder wire with a notch coated with flux is heated by applying a soldering iron, the coating flux on the surface melts and is weak, but the action of heating the temperature of the joint and the soldering surface It exerts a coating action and prevents the surface participation of the solder wire due to the heating of the joint.
次に、はんだ金属が融点に達し、溶解することにより中心部分のフラックスも溶け出し、濡れ広がり、中心部のフラックスにより清浄面が露出したはんだ付け部分にはんだ金属が濡れ広がり、電気的接合が完成する。 Next, when the solder metal reaches the melting point and melts, the flux in the central part also melts and spreads wet, and the solder metal wets and spreads in the soldered part where the clean surface is exposed by the flux in the central part, and the electrical bonding is completed. To do.
それと、同時にはんだコテに付着していたコーティング用フラックスは中心部分のフラックスにより洗い流されはんだコテの清浄度も保たれる。 At the same time, the coating flux adhering to the soldering iron is washed away by the flux in the central part, and the cleanliness of the soldering iron is maintained.
中心部分のフラックスは、はんだ付け性を主体として設計されるためにロジンなどが主成分であるために、硬く、脆い、吸湿性があるという特性を持っている。 Since the flux in the central portion is designed mainly for solderability, it has the characteristics of being hard, brittle, and hygroscopic because it is mainly composed of rosin or the like.
表面に塗布されるフラックスははんだ線の柔軟性を損なわないような割れ欠けがない柔軟な物理的特性を持たなければならない。ただし、この効果が保持するフラックスでは、はんだコテの高温では炭化し、熱伝導を妨げる特性を保持してしまう。 The flux applied to the surface must have flexible physical properties without cracking or chipping that does not impair the flexibility of the solder wire. However, the flux retained by this effect is carbonized at a high temperature of the soldering iron and retains the property of hindering heat conduction.
この２つの特性を２種のフラックスで保持、補うことで効果を発揮し、さらに含有比率を調整することにより炭化も防止することができるという本発明の効果が確認できる。 It can be confirmed that the effect of the present invention is exhibited by retaining and supplementing these two characteristics with two types of flux, and further carbonization can be prevented by adjusting the content ratio.
さらに、表面のフラックスは水分の浸透がなく空気も遮断することが可能であるために、はんだ金属の保管時の酸化を防止することができ、はんだ濡れ性の向上させる効果がある。 Further, since the flux on the surface does not allow moisture to permeate and can block air, it is possible to prevent oxidation of the solder metal during storage, which has the effect of improving the solder wettability.
はんだ線の中心部に含有されるフラックスは全重量に対して０．２％以上６．３％未満である。下限０．２％未満の場合、はんだ付性能が劣り、上限６．３％を超えた場合はＪＩＳ規格から外れてしまうとともに、加工が困難になってしまう。しかし、今後の技術開発では更なる含有量の増加も可能になる。 The flux contained in the center of the solder wire is 0.2% or more and less than 6.3% with respect to the total weight. If it is less than the lower limit of 0.2%, the soldering performance is inferior, and if it exceeds the upper limit of 6.3%, it deviates from the JIS standard and processing becomes difficult. However, in future technological development, it will be possible to further increase the content.
さらにコーティングするフラックスは全重量に対して０．３％以上５．０％以下である。下限０．３％未満の場合、コーティング層の均一性が不安定になり、含有されるフラックスに大気中の水分が混入し、はんだ付け性能が劣化する。上限５．０％を超えた場合ははんだコテに炭化物の付着が発生する。 Further, the flux to be coated is 0.3% or more and 5.0% or less with respect to the total weight. If it is less than the lower limit of 0.3%, the uniformity of the coating layer becomes unstable, moisture in the atmosphere is mixed with the contained flux, and the soldering performance deteriorates. If the upper limit of 5.0% is exceeded, carbides will adhere to the soldering iron.
フラックス成分
・含有フラックス
水素添加ロジン ９６．０重量％
２エチルへキシルアミン塩酸塩 １．５重量％
パルミチン酸 ２．５重量％
・コーティングフラックス
エチレン−酢酸ビニル共重合体 ５４．０重量％
超炎色ロジン ２５．０重量％
脂肪酸アマイド ２１．０重量％
Flux component / contained flux Hydrogenated rosin 96.0% by weight
2 Ethylhexylamine hydrochloride 1.5% by weight
Palmitic acid 2.5% by weight
-Coating flux Ethylene-vinyl acetate copolymer 54.0% by weight
Super flame rosin 25.0% by weight
Fatty acid amide 21.0% by weight
前述のフラックス成分の含有フラックスとコーティングフラックスで、それぞれの含有率を変化させ比較評価した。使用したはんだ合金はＳｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕである。 The above-mentioned flux components containing flux and coating flux were compared and evaluated by changing their respective contents. The solder alloy used is Sn-3.0Ag-0.5Cu.
図１に示した様にやに入りはんだ線に切れ込みを入れ、表面にコーティング処理を行い試験片とした。図１に示すように、やに入りはんだ線（接合材料）は、はんだ線３内に含有フラックス４を含有させており、更にこのはんだ線３には、切れ込み２が導入されている。はんだ線３の表面には、コーティングフラックス１がコーティングされている。
As shown in FIG. 1, a notch was made in the solder wire, and the surface was coated to prepare a test piece. As shown in FIG. 1, the slightly intruded solder wire (bonding material) contains a
はんだコテに付着する炭化物はコテ先温度３８０℃ではんだ付けを行い炭化のレベルを目視にて観察した。また、コーティングフラックスの含有量の評価をするために、試験片を４０℃−９０％の高温高湿槽に９６時間入れた後、コテ先温度３２０℃ではんだ付けを行い、はんだボールとフラックスの粒の飛散発生も観察した。はんだボールとフラックスの粒の飛散試験はJIS-Z-3197:2012 フラックス飛び散り試験に準拠した。 The carbides adhering to the soldering iron were soldered at the iron tip temperature of 380 ° C., and the carbonization level was visually observed. Further, in order to evaluate the content of the coating flux, the test piece was placed in a high temperature and high humidity bath of 40 ° C.-90% for 96 hours, and then soldered at a soldering tip temperature of 320 ° C. to remove the solder balls and the flux. We also observed the occurrence of grain scattering. The scattering test of solder balls and flux particles complied with JIS-Z-3197: 2012 flux scattering test.
炭化物の発生は目視において確認した。コーティングフラックスは原料の特性によりはんだ付け温度では炭化が発生する。中心部分にあるロジンを主体としたフラックスがコーティングフラックスと溶融混合して、コーティングフラックスの炭化を防止する現象を利用したものである。 The generation of carbides was visually confirmed. The coating flux is carbonized at the soldering temperature due to the characteristics of the raw material. This utilizes the phenomenon that the rosin-based flux in the central portion melts and mixes with the coating flux to prevent carbonization of the coating flux.
実施例のごとく、実施例１、４，７ではコーティングフラックスの特性が中心部分に含有されているフラックスの特性に勝りはんだコテに炭化物が発生する。
実施例２、３、５，６では逆に中心部分に含有されているフラックスの特性がコーティングフラックスの特性に勝りはんだコテに炭化物が防止する。
As in Examples 1, 4 and 7, the characteristics of the coating flux are superior to the characteristics of the flux contained in the central portion, and carbides are generated in the soldering iron.
On the contrary, in Examples 2, 3, 5 and 6, the characteristics of the flux contained in the central portion are superior to the characteristics of the coating flux, and carbides are prevented on the soldering iron.
実施例１はコーティング層の均一性が安定しないために、中心部分に含有されているスラックスが吸湿をしてしまい、多量のガスが発生して飛び散りが確認できた結果である。 Example 1 is a result in which the uniformity of the coating layer is not stable, so that the slacks contained in the central portion absorb moisture, a large amount of gas is generated, and scattering can be confirmed.
１ コーティングフラックス
２ 切れ込み
３ はんだ線
４ 含有フラックス
1
即ち、請求項１に係る接合材料は、切れ込みまたは一定間隔で開口部を設けたやに入りはんだ線にフラックスをコーティングし、前記はんだ線の中心部に含有されるフラックスは、全重量に対して０．２％以上６．３％未満であり、さらに水分の浸透がなく空気を遮断することが可能な前記コーティングするフラックスは全重量に対して０．３％以上５．０％以下であることを特徴とする。 That is, the bonding material according to claim 1 has notches or openings at regular intervals, and the solder wire is coated with flux, and the flux contained in the center of the solder wire is relative to the total weight. The flux to be coated, which is 0.2% or more and less than 6.3%, and which can block air without permeation of moisture, is 0.3% or more and 5.0% or less based on the total weight. It is characterized by.
請求項２に係る接合材料は、請求項１記載の発明において、エチレン−酢酸ビニル共重合体：５４．０重量％、ロジン：２５．０重量％、脂肪酸アマイド：２１．０重量％含有する前記コーティングするフラックスでコーティングした場合に、当該コーティングするフラックス全重量に対して０．３％以上５．０％以下とされていることを特徴とする。
In the invention according to claim 1 , the bonding material according to
フラックス成分
・含有フラックス
水素添加ロジン ９６．０重量％
２エチルへキシルアミン塩酸塩 １．５重量％
パルミチン酸 ２．５重量％
・コーティングフラックス
エチレン−酢酸ビニル共重合体 ５４．０重量％
ロジン ２５．０重量％
脂肪酸アマイド ２１．０重量％
Flux component / contained flux Hydrogenated rosin 96.0% by weight
2 Ethylhexylamine hydrochloride 1.5% by weight
Palmitic acid 2.5% by weight
-Coating flux Ethylene-vinyl acetate copolymer 54.0% by weight
Rosin 25.0% by weight
Fatty acid amide 21.0% by weight
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