JP2021142548A - Solder, method for producing solder and soldering component - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、はんだ、はんだの製造方法及びはんだ付け部品に関する。 Embodiments of the present invention relate to solder, solder manufacturing methods and soldered parts.
特許文献1には、Sn、Ag、Cu、Ni、Sn−P合金からなる各原料を電気炉中で溶解して調整し、銀(Ag)を1.0〜4.0重量%、銅(Cu)を2.0重量%以下、ニッケル(Ni)を0.5重量%以下、リン(P)を0.2重量%以下含有し、残部はスズ(Sn)及び不可避的不純物からなる、(鉛フリー)はんだ合金を製造することが記載されている。
In
従来にあっては、はんだ付けを行って得られたはんだに、突起やコブ等の外観不良が生じることがあった。また、特定の部位に付着させたはんだと別の部位に付着させた他のはんだとが一体化する、「はんだブリッジ」と呼ばれる現象が発生することがあり、この場合には、一体化したはんだ同士の間で短絡が生じることになってしまう。 Conventionally, the solder obtained by soldering may have poor appearance such as protrusions and bumps. In addition, a phenomenon called "solder bridge" may occur in which the solder attached to a specific part and the other solder attached to another part are integrated. In this case, the integrated solder is used. A short circuit will occur between them.
また、近年では、電子回路部品の精密化に伴い、微小な部品をはんだ付けできるようにすることが求められている。具体例として、次世代ディスプレイの部品等として有望なマイクロ発光ダイオード(LED:light emitting diode)の幅は、150μm程度である。このため、マイクロLEDディスプレイを製作するためには、幅が50μm程度で深さが10μm〜15μm程度の多数のはんだポケットを基板に形成し、基板に形成したはんだポケットにはんだを充填して多数のマイクロLEDをはんだ付けしなければならない。この場合、溶融したはんだに固形物が含まれていると、固形物がはんだポケットから突出し、マイクロLEDが傾斜した状態で基板に取付けられてしまう。 Further, in recent years, with the refinement of electronic circuit parts, it has been required to enable soldering of minute parts. As a specific example, the width of a micro light emitting diode (LED: light emitting diode), which is promising as a component of a next-generation display, is about 150 μm. Therefore, in order to manufacture a micro LED display, a large number of solder pockets having a width of about 50 μm and a depth of about 10 μm to 15 μm are formed on the substrate, and the solder pockets formed on the substrate are filled with solder to form a large number of solder pockets. The micro LED must be soldered. In this case, if the molten solder contains a solid substance, the solid substance protrudes from the solder pocket, and the micro LED is attached to the substrate in an inclined state.
そこで本発明は、より微細なはんだ付けを高品質に行えるようにすることを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to enable finer soldering to be performed with high quality.
本発明の実施形態に係るはんだは、複数の金属元素を混合した合金から成るはんだであって、前記合金を融解させた場合に、前記合金の溶湯中に残留する前記合金由来の固形物のうち粒径が10μmを超える固形物の、前記融解前における前記合金に対する含有量が0.03重量%以下となるものである。 The solder according to the embodiment of the present invention is a solder composed of an alloy in which a plurality of metal elements are mixed, and among the solids derived from the alloy that remain in the molten metal of the alloy when the alloy is melted. The content of a solid having a particle size of more than 10 μm with respect to the alloy before melting is 0.03% by weight or less.
また、本発明の実施形態に係るはんだ付け部品は、上述したはんだで接合されたものである。 Further, the soldered parts according to the embodiment of the present invention are joined by the above-mentioned solder.
また、本発明の実施形態に係るはんだの製造方法は、複数の金属元素を混合した合金を融解させて溶湯とする工程と、粒径が10μmを超える前記合金由来の固形物を前記溶湯から除去する工程と、前記固形物が除去された後の前記溶湯を凝固させることによってはんだを製造する工程とを有するものである。 Further, the method for producing solder according to the embodiment of the present invention includes a step of melting an alloy in which a plurality of metal elements are mixed to form a molten metal, and removing solid substances derived from the alloy having a particle size of more than 10 μm from the molten metal. It has a step of producing solder and a step of producing solder by solidifying the molten metal after the solid matter has been removed.
本発明の実施形態に係るはんだ、はんだの製造方法及びはんだ付け部品について添付図面を参照して説明する。なお、以下の説明で参照する図面における各部の大きさや厚さ等は、実際の寸法とは異なっている場合がある。 The solder, the method for manufacturing the solder, and the soldered parts according to the embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The size, thickness, etc. of each part in the drawings referred to in the following description may differ from the actual dimensions.
[用語の定義]
最初に、本実施の形態で用いる、いくつかの用語の定義について説明を行う。
[Definition of terms]
First, definitions of some terms used in this embodiment will be described.
本実施の形態における「無鉛はんだ」とは、錫(Sn)を主成分とするとともに、鉛(Pb)以外の金属元素を副成分として含む、複数の金属元素の混合物をいう。ここで、副成分となる金属元素は、鉛以外であれば、いかなる金属元素であってもよく、例えば銅(Cu)、銀(Ag)、ビスマス(Bi)、亜鉛(Zn)等を挙げることができる。そして、これらの中でも、安価に入手することが可能な、銅を用いることが望ましい。また、副成分となる金属元素は、1種類だけでなく2種類以上(例えば銀および銅など)を含むものであってもよい。なお、本実施の形態の「無鉛はんだ」は、「無鉛」と称してはいるものの、実際には、不可避不純物として鉛を含んでいることがあり得る。 The "lead-free solder" in the present embodiment means a mixture of a plurality of metal elements containing tin (Sn) as a main component and a metal element other than lead (Pb) as a sub-component. Here, the metal element as a sub-component may be any metal element other than lead, and examples thereof include copper (Cu), silver (Ag), bismuth (Bi), zinc (Zn) and the like. Can be done. Among these, it is desirable to use copper, which can be obtained at low cost. Further, the metal element as a sub-component may contain not only one type but also two or more types (for example, silver and copper). Although the "lead-free solder" of the present embodiment is referred to as "lead-free", it may actually contain lead as an unavoidable impurity.
本実施の形態における「はんだ製品」とは、上述した「無鉛はんだ」によって対象となる金属材料等の物体を接合する、はんだ付けで用いられるものをいう。ここで、「はんだ製品」としては、板状のもの(インゴット)、線状のもの(ワイヤ)、球状のもの(ボール)等を挙げることができる。 The "solder product" in the present embodiment means a product used in soldering in which an object such as a target metal material is joined by the above-mentioned "lead-free solder". Here, examples of the "solder product" include a plate-shaped product (ingot), a linear product (wire), a spherical product (ball), and the like.
本実施の形態における「はんだ原料」とは、上述した「はんだ製品」を製造する際に、その原材料として用いられるものをいう。ここで、「はんだ原料」としては、上述した主成分および副成分を構成する金属元素単体や、これらの合金等を挙げることができる。また、本実施の形態では、「はんだ原料」として、上述した「はんだ製品」を用いてはんだ付けを行うことに伴って生じた、はんだ屑を用いることもある。そして、これらの「はんだ原料」(特にはんだ屑)には、各種金属の酸化物や各種不純物が混入していることがあり得る。 The "solder raw material" in the present embodiment means a material used as a raw material when manufacturing the above-mentioned "solder product". Here, examples of the "solder raw material" include elemental metal elements constituting the above-mentioned main component and sub-component, alloys thereof, and the like. Further, in the present embodiment, as the "solder raw material", solder scraps generated by soldering using the above-mentioned "solder product" may be used. These "solder raw materials" (particularly solder scraps) may contain oxides of various metals and various impurities.
本実施の形態における「はんだ」とは、上述した「はんだ製品」が、はんだ付けによる接合に伴って、接合の対象となる金属材料側に転移・付着したものをいう。尚、本実施の形態においては、はんだ付け前における金属の混合物である「はんだ製品」と区別するために、はんだ付け後における金属の混合物を「はんだ」と称するが、実際の「はんだ」とは、物体を接合するための合金を意味し、はんだ付け前の合金であるか、はんだ付け後の合金であるかを問わない。 The "solder" in the present embodiment means that the above-mentioned "solder product" is transferred and adhered to the metal material side to be joined as a result of joining by soldering. In the present embodiment, the metal mixture after soldering is referred to as "solder" in order to distinguish it from the "solder product" which is a metal mixture before soldering, but the actual "solder" is , Means an alloy for joining objects, regardless of whether it is an alloy before soldering or an alloy after soldering.
本実施の形態では、「はんだ原料」を用いて、「無鉛はんだ」で構成された「はんだ製品」を製造し、さらに、この「はんだ製品」を用いて、対象となる金属材料にはんだ付けを行うことにより、金属材料に「はんだ」が転移・付着することになる。 In the present embodiment, a "solder raw material" is used to manufacture a "solder product" composed of "lead-free solder", and this "solder product" is used to solder to a target metal material. By doing so, "solder" will be transferred and adhered to the metal material.
本実施の形態における「溶湯」は、「はんだ製品」の原材料となる「はんだ原料」を、加熱により融解させたものをいう。 The "molten metal" in the present embodiment means a "solder raw material" which is a raw material of a "solder product" and is melted by heating.
本実施の形態における「はんだ融液」は、「はんだ」の原材料となる「はんだ製品」を、加熱により融解させたものをいう。 The "solder melt" in the present embodiment means a "solder product" which is a raw material of "solder" and is melted by heating.
[はんだ製品の製造方法]
次に、本実施の形態におけるはんだ製品の製造方法について説明を行う。
[Manufacturing method of solder products]
Next, a method for manufacturing a solder product according to the present embodiment will be described.
図1は、本実施の形態のはんだ製品の製造手順を示すフローチャートである。 FIG. 1 is a flowchart showing a manufacturing procedure of the solder product of the present embodiment.
ここでは、まず、はんだ製品の原材料となる、はんだ原料を準備する準備工程を実行する(ステップ10)。ステップ10では、錫を主成分とし、鉛以外の金属元素を含むはんだ原料を準備する。このとき、各金属元素の組成比は、基本的に、目標とするはんだ製品での組成比と同じにすることが望ましい。なお、ステップ10で準備されるはんだ原料には、実際には、不可避不純物として鉛が含まれていることがあり得る。
Here, first, a preparatory step for preparing a solder raw material, which is a raw material for a solder product, is executed (step 10). In
次に、ステップ10で準備したはんだ原料を加熱し、はんだ原料を融解させて溶湯とする、加熱工程を実行する(ステップ20)。ステップ20では、上述したはんだ原料が融解するのであれば、その温度については適宜設定してかまわないが、いわゆる無鉛はんだからなるはんだ製品を製造する場合には、300℃〜400℃程度とすることが望ましい。
Next, a heating step of heating the solder raw material prepared in
続いて、ステップ20で得られた溶湯を、フィルタ(詳細は後述する)によってろ過する、ろ過工程を実行する(ステップ30)。以下の説明においては、ステップ20を実行することによって得られた溶湯を、「ろ過前の溶湯」と称することがあり、ステップ30を実行することによって得られた溶湯を、「ろ過後の溶湯」と称することがある。なお、ステップ30の詳細については後述する。
Subsequently, a filtration step of filtering the molten metal obtained in
そして、ステップ30で得られたろ過後の溶湯を冷却し、ろ過後の溶湯を凝固させることではんだ製品とする、冷却工程を実行する(ステップ40)。ステップ40では、得たいはんだ製品の形状(インゴット、ワイヤ、ボール等)に応じて、適宜冷却方法を選択することが可能である。例えばインゴット状のはんだ製品を得たい場合には、上述したろ過後の溶湯を、酸化鉄等で構成された型枠に流し込んで固めてやればよい。 Then, the cooling step of cooling the molten metal after filtration obtained in step 30 and solidifying the molten metal after filtration to obtain a solder product is executed (step 40). In step 40, it is possible to appropriately select a cooling method according to the shape (ingot, wire, ball, etc.) of the solder product to be obtained. For example, when it is desired to obtain an ingot-shaped solder product, the above-mentioned molten metal after filtration may be poured into a mold made of iron oxide or the like and hardened.
[ろ過工程の詳細について]
図2は、ステップ30のろ過工程で用いるろ過装置10の概要を説明するための図である。また、図3は、ろ過装置10に設けられたフィルタ12(詳細は後述する)の構成例を説明するための図である。さらに、図4は、フィルタ12の他の構成例を説明するための図である。
[Details of filtration process]
FIG. 2 is a diagram for explaining an outline of the
(ろ過装置の構成)
ろ過装置10は、ろ過前の溶湯1が供給されるとともにろ過前の溶湯1を収容する容器11と、容器11に取り付けられ且つろ過前の溶湯1をろ過することでろ過後の溶湯2を排出するフィルタ12と、フィルタ12を加熱するヒータ13とを備えている。ここで、図2に示す例では、ろ過前の溶湯1の温度がろ過前温度T1となっており、ろ過後の溶湯2の温度がろ過後温度T2となっているものとする。
(Configuration of filtration device)
The
フィルタ12は、例えば板状(円板状)を呈しており、上述した容器11の底部を塞ぐように取り付けられている。そして、本実施の形態のフィルタ12の目開きsは、10μm以下、より好ましくは5μm以下、さらに好ましくは3μm以下に設定されている。このフィルタ12も、いかなる材料(例えば無機材料、金属材料、有機材料)で構成してもかまわないが、ろ過前の溶湯1に対する酸化物等の混入を抑制するという観点からすれば、セラミックス材料よりも金属材料を用いることが望ましい。また、各種金属材料の中でも、ろ過前の溶湯1に対する溶け込みを少なくするという観点からすれば、ステンレス材料、特に、SUS316Lを用いることが望ましい。さらに、金属材料からなるフィルタ12を採用する場合、上述した目開きsを得ることが可能であれば、金属線を編み込んでなる金網または金属板に穴開けを施してなるパンチングメタルのどちらを採用してもかまわない。ただし、フィルタ12としては、より小さな目開きsを容易に得ることが可能な、金網を用いることが望ましい。そして、フィルタ12として金網を採用する場合、目開きsのずれを抑制するという観点からすれば、焼結処理を施した金網を用いることが望ましい。なお、フィルタ12として使用することが可能な有機材料としては、各種アラミド樹脂や炭素繊維(カーボンファイバ)等を挙げることができる。
The
また、フィルタ12として金網を用いる場合、その編み方については、平織、綾織、平畳織および綾畳織など、各種手法を採用してかまわない。ここで、図3は、平織を採用したフィルタ12を、また、図4は、綾織を採用したフィルタ12を、それぞれ例示している。これらに示すように、それぞれで使用される金属線(ワイヤ)の径(幅)をワイヤ幅wとしたとき、隣接する2つのワイヤ同士のギャップが、目開きsとなる。なお、図3、図4に示す例では、目開きsがワイヤ幅wよりも大きくなっているが、これに限られるものではなく、目開きsとワイヤ幅wとが等しくなる場合や、目開きsがワイヤ幅wよりも小さくなる場合もあり得る。
When a wire mesh is used as the
ヒータ13は、ろ過前の溶湯1以外の加熱源を用いて、フィルタ12を加熱するものである。したがって、ヒータ13は、通電等によってフィルタ12を直接加熱するものであってもよいし、容器11や他の部材を介して、熱伝導によりフィルタ12を間接的に加熱するものであってもよい。
The
ここで、ろ過前溶湯1のろ過前温度T1と、ろ過後溶湯2のろ過後温度T2との関係について説明しておく。上述したように、ステップ20の加熱工程では、はんだ原料が300℃〜400℃程度に加熱されることで融解する。ただし、ろ過前溶湯1のろ過前温度T1は、230℃〜260℃、より好ましくは235℃〜250℃程度であり、最高温度が、融解時と比べて若干下げられている。一方、ろ過後溶湯2のろ過後温度T2は、230℃〜260℃程度とすることが望ましい。ここで、ろ過後温度T2が低すぎると、ろ過工程の実行中あるいはろ過工程の実行直後にろ過後の溶湯2が凝固し始めてしまい、はんだ製品の生産効率が著しく低下することになってしまう。
Here, the relationship between the pre-filtration temperature T1 of the pre-filtration
(ろ過装置の動作)
では、ステップ30のろ過工程におけるろ過装置10の動作について、より具体的に説明を行う。まず、ステップ20の加熱工程で、はんだ原料を300℃〜400℃に加熱することで得たろ過前溶湯1を、ろ過前温度T1(230℃〜260℃)となるように温度調整しておく。また、事前に、ヒータ13を用いてフィルタ12を加熱しておく。
(Operation of filtration device)
Then, the operation of the
次に、ろ過前温度T1に温度調整されたろ過前溶湯1を、フィルタ12が取り付けられた容器11内に、上方から投入する。すると、容器11内に投入されたろ過前溶湯1は、重力の作用により、そのほとんどがフィルタ12を通過して下方に落下し、ろ過後の溶湯2となる。なお、このとき、容器11内且つフィルタ12上に存在するろ過前の溶湯1に対し、必要に応じて、圧力をかけるようにしてもよい。そして、圧力をかける場合にあっては、ろ過前の溶湯1を酸化させにくく、且つ、ろ過前の溶湯1に対して等方的に圧力をかけることが可能な、窒素等の気体(ろ過前の溶湯1に対して不活性な気体)を用いることが望ましい。
Next, the pre-filtration
また、フィルタ12は、ろ過前の溶湯1をろ過する間、ヒータ13によって加熱されており、フィルタ12内で溶湯が凝固するのを抑制している。なお、ヒータ13は、あくまで、フィルタ12内を溶湯が通過するのを補助するための機能を果たすものに過ぎず、容器11内のろ過前の溶湯1のろ過前温度T1が、設定温度(230℃〜260℃)を超えるような、過剰となる加熱を行わないことが望ましい。
Further, the
そして、フィルタ12を通過することによって得られたろ過後の溶湯2は、上述した冷却工程によってはんだ製品とされる。一方、フィルタ12を通過することのできなかった残渣は、フィルタ12上に残る。そして、ろ過工程が実行された後、ヒータ13による加熱が終了すると、残渣が付着したフィルタ12は容器11から取り外され、廃棄される。なお、容器11には、その後、新たなフィルタ12が取り付けられる。
Then, the
以下、実施例に基づいて本発明をさらに詳細に説明する。ただし、本発明は、その要旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on Examples. However, the present invention is not limited to the following examples as long as the gist of the present invention is not exceeded.
本発明者は、ろ過工程の有無およびろ過工程で用いるフィルタ12の目開きsが異なる製造条件にて、複数種類のはんだ製品を製造し、得られた各はんだ製品の性能に関する評価を行った。ここで、表1は、実施例1〜3および比較例1〜3のはんだ製品の製造における、ステップ30のろ過工程の設定条件を示している。
ここで、実施例1〜3および比較例1〜3のそれぞれにおいては、はんだ原料として、銅を0.7wt.%とし残部を錫とした、錫の塊と銅の塊との混合物を用い、一般に『Sn0.7Cu』と称されるはんだ製品の製造を行った。したがって、実施例1〜3および比較例1〜3のそれぞれにおいて、はんだ原料は、ドロス等のはんだ屑を含まないものとした。 Here, in each of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3, copper was used as a solder raw material at 0.7 wt. A solder product generally called "Sn0.7Cu" was manufactured using a mixture of a lump of tin and a lump of copper, which was made of% and the balance was tin. Therefore, in each of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3, the solder raw material did not contain solder debris such as dross.
実施例1では、フィルタ12によるろ過工程を実行することで、はんだ製品の製造を行った(フィルタ:あり)。より具体的に説明すると、実施例1では、上記はんだ原料を加熱して得たろ過前溶湯1を、目開きsが3μmに設定されたフィルタ12でろ過し、得られたろ過後溶湯2を冷却することで、はんだ製品を得た。
In the first embodiment, the solder product was manufactured by executing the filtration step by the filter 12 (filter: yes). More specifically, in Example 1, the unfiltered
実施例2では、フィルタ12によるろ過工程を実行することで、はんだ製品の製造を行った(フィルタ:あり)。より具体的に説明すると、実施例2では、上記はんだ原料を加熱して得たろ過前溶湯1を、目開きsが5μmに設定されたフィルタ12でろ過し、得られたろ過後溶湯2を冷却することで、はんだ製品を得た。
In Example 2, the solder product was manufactured by executing the filtration step by the filter 12 (filter: yes). More specifically, in Example 2, the unfiltered
実施例3では、フィルタ12によるろ過工程を実行することで、はんだ製品の製造を行った(フィルタ:あり)。より具体的に説明すると、実施例3では、上記はんだ原料を加熱して得たろ過前溶湯1を、目開きsが10μmに設定されたフィルタ12でろ過し、得られたろ過後溶湯2を冷却することで、はんだ製品を得た。
In Example 3, the solder product was manufactured by executing the filtration step by the filter 12 (filter: yes). More specifically, in Example 3, the unfiltered
比較例1では、フィルタ12によるろ過工程を実行することで、はんだ製品の製造を行った(フィルタ:あり)。より具体的に説明すると、比較例1では、上記はんだ原料を加熱して得たろ過前溶湯1を、目開きsが20μmに設定されたフィルタ12でろ過し、得られたろ過後溶湯2を冷却することで、はんだ製品を得た。
In Comparative Example 1, a solder product was manufactured by executing the filtration step by the filter 12 (filter: yes). More specifically, in Comparative Example 1, the pre-filtered
比較例2では、フィルタ12によるろ過工程を実行することで、はんだ製品の製造を行った(フィルタ:あり)。より具体的に説明すると、比較例2では、上記はんだ原料を加熱して得たろ過前溶湯1を、目開きsが100μmに設定されたフィルタ12でろ過し、得られたろ過後溶湯2を冷却することで、はんだ製品を得た。
In Comparative Example 2, a solder product was manufactured by executing the filtration step by the filter 12 (filter: yes). More specifically, in Comparative Example 2, the
比較例3では、フィルタ12によるろ過工程を実行することなく、はんだ製品の製造を行った(フィルタ:なし)。より具体的に説明すると、比較例3では、ろ過前溶湯1をそのまま冷却することで、はんだ製品を得た。
In Comparative Example 3, the solder product was manufactured without executing the filtration step by the filter 12 (filter: none). More specifically, in Comparative Example 3, a solder product was obtained by cooling the
[はんだ製品の評価]
ここでは、各実施例および各比較例のはんだ製品を評価するための尺度として、各種はんだ製品をはんだ付けに使用して得たはんだにおけるブリッジ(はんだブリッジ)の発生状況と、各種はんだ製品を融解させて得たはんだ融液の粘度と、各種はんだ製品をはんだ付けに使用して得たはんだにおける酸素濃度とを用いた。
[Evaluation of solder products]
Here, as a scale for evaluating the solder products of each example and each comparative example, the state of occurrence of bridges (solder bridges) in the solder obtained by using various solder products for soldering and melting of various solder products. The viscosity of the solder melt obtained in this process and the oxygen concentration in the solder obtained by using various solder products for soldering were used.
(はんだブリッジ)
最初に、はんだブリッジの評価について説明を行う。なお、ここでは、実施例1〜3および比較例1〜3のすべてのはんだ製品に対し、はんだブリッジに関する評価を行った。
(Solder bridge)
First, the evaluation of the solder bridge will be described. Here, the solder bridges were evaluated for all the solder products of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3.
図5は、はんだブリッジの評価に用いた、評価基板100を、第1パターン群101〜第3パターン群103(詳細は後述する)の形成面側からみた上面図である。また、図6は、第1パターン群101を構成する第1電極群A〜第5電極群E(詳細は後述する)の構成を説明するための図である。さらに、図7は、第1電極群A〜第5電極群Eのそれぞれにおける、模擬電極110(詳細は後述する)の電極幅Fおよび電極高さIと、隣接する2つの模擬電極110間のギャップGおよびピッチHとを説明するための図である。
FIG. 5 is a top view of the
評価基板100は、矩形状のガラスエポキシ(FR−4)製の板(ガラエポ板:厚さ約1.5mm)と、それぞれが銅層からなる複数の模擬電極(厚さ18μm)で構成され、ガラエポ板の一方の面に形成されたパターン群とを有している。そして、評価基板100は、ガラエポ板と銅箔とを有する基板材料における銅箔の一部を、エッチング処理で除去することによって得られる。なお、以下の説明においては、図5に示す評価基板100において、その短手方向(図中上下方向)を「縦方向」と称し、その長手方向(図中左右方向)を「横方向」と称する。
The
評価基板100には、上記パターン群として、縦方向の上段に横方向に沿って並べて配置された第1パターン群101と、縦方向の中段に横方向に沿って配置された第2パターン群102と、縦方向の下段に横方向に沿って並べて配置された第3パターン群103とが形成されている。そして、これら第1パターン群101〜第3パターン群103は、共通の構成を有しているため、以下では、第1パターン群101を例として説明を行う。
On the
第1パターン群101は、評価基板100のうち図中最も左側に配置された第1電極群Aと、第1電極群Aの右側に隣接して配置された第2電極群Bと、第2電極群Bの右側に隣接して配置された第3電極群Cと、第3電極群Cの右側に隣接して配置された第4電極群Dと、第4電極群Dの右側に隣接し且つ評価基板100の図中最も右側に配置された第5電極群Eとを有している。また、第1電極群A、第2電極群B、第3電極群C、第4電極群Dおよび第5電極群Eは、それぞれ、縦方向に沿って伸びる長方形状の模擬電極110を、横方向に31個並べて構成されている。
The
ここで、第1電極群Aでは、電極幅Fが0.2mmに、ギャップGが0.5mmに、ピッチHが0.7mmに、電極高さIが15mmに、それぞれ設定されている。また、第2電極群Bでは、電極幅Fが0.2mmに、ギャップGが0.4mmに、ピッチHが0.6mmに、電極高さIが15mmに、それぞれ設定されている。さらに、第3電極群Cでは、電極幅Fが0.2mmに、ギャップGが0.3mmに、ピッチHが0.5mmに、電極高さIが15mmに、それぞれ設定されている。さらにまた、第4電極群Dでは、電極幅Fが0.2mmに、ギャップGが0.2mmに、ピッチHが0.4mmに、電極高さIが15mmに、それぞれ設定されている。そして、第5電極群Eでは、電極幅Fが0.15mmに、ギャップGが0.15mmに、ピッチHが0.3mmに、電極高さIが15mmに、それぞれ設定されている。 Here, in the first electrode group A, the electrode width F is set to 0.2 mm, the gap G is set to 0.5 mm, the pitch H is set to 0.7 mm, and the electrode height I is set to 15 mm. Further, in the second electrode group B, the electrode width F is set to 0.2 mm, the gap G is set to 0.4 mm, the pitch H is set to 0.6 mm, and the electrode height I is set to 15 mm. Further, in the third electrode group C, the electrode width F is set to 0.2 mm, the gap G is set to 0.3 mm, the pitch H is set to 0.5 mm, and the electrode height I is set to 15 mm. Furthermore, in the fourth electrode group D, the electrode width F is set to 0.2 mm, the gap G is set to 0.2 mm, the pitch H is set to 0.4 mm, and the electrode height I is set to 15 mm. In the fifth electrode group E, the electrode width F is set to 0.15 mm, the gap G is set to 0.15 mm, the pitch H is set to 0.3 mm, and the electrode height I is set to 15 mm.
これにより、第1電極群Aの寸法は、横21mm×縦15mmとなっている。また、第2電極群Bの寸法は、横18mm×縦15mmとなっている。さらに、第3電極群Cの寸法は、横15mm×縦15mmとなっている。さらにまた、第4電極群Dの寸法は、横12mm×縦15mmとなっている。そして、第5電極群Eの寸法は、横9mm×縦15mmとなっている。 As a result, the dimensions of the first electrode group A are 21 mm in width × 15 mm in length. The dimensions of the second electrode group B are 18 mm in width × 15 mm in length. Further, the dimensions of the third electrode group C are 15 mm in width × 15 mm in length. Furthermore, the dimensions of the fourth electrode group D are 12 mm in width × 15 mm in length. The dimensions of the fifth electrode group E are 9 mm in width × 15 mm in length.
なお、ここでは、上述した評価基板100に対し、予め定められた表面処理を施したものおよび施さないものの2種類を用意した。以下の説明においては、上記表面処理を施さない評価基板100のことを「未処理基板」と称し、上記表面処理を施した評価基板100のことを「処理済基板」と称する。ここで、「未処理基板」は、エッチング処理を施すことでパターン群を形成したガラエポ板に対し、水洗のみを施したものをいう。また、「処理済基板」は、エッチング処理を施すことでパターン群を形成したガラエポ板に対し、水洗を施した後に表面に存在する酸化物を除去する処理を施したものをいう。
Here, two types of the
次に、上述した評価基板100を用いた、はんだブリッジの試験方法について説明を行う。なお、ここでは、所謂フロー方式でのはんだ付けを模した状況下において、評価基板100に対するはんだ付けを行うようにした。
Next, a method for testing a solder bridge using the
まず、SUS316Lで構成されたはんだ槽に、対象となるはんだ製品(ここでは、実施例1〜3、比較例1〜3のいずれかのはんだ製品)を投入して加熱することにより、はんだ製品を融解させてなるはんだ融液を得た。次に、はんだ槽中のはんだ融液の温度が、250℃となるように調整を行った。続いて、はんだ槽中のはんだ融液に対し、はんだ槽の上方から、第1パターン群101を上側とし且つ第3パターン群103を下側とした状態で、評価基板100(未処理基板または処理済基板)を鉛直下方へと移動させ、評価基板100をはんだ融液中に浸漬させた。このときの評価基板100の移動速度は、60mm/sとした。それから、はんだ融液中に評価基板100の全体を浸漬した状態で、評価基板100の移動を停止させ、3sの間だけ保持(浸漬)した。その後、はんだ槽の鉛直上方に向けて、評価基板100を移動させることで、はんだ融液中に浸漬された評価基板100をはんだ融液中から取り出した。このときの評価基板100の移動速度は、60mm/sとした。
First, a target solder product (here, any of the solder products of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3) is put into a solder bath made of SUS316L and heated to heat the solder product. A melted solder melt was obtained. Next, the temperature of the solder melt in the solder bath was adjusted to 250 ° C. Subsequently, with respect to the solder melt in the solder bath, the evaluation substrate 100 (unprocessed substrate or treated) is in a state where the
このようにしてはんだ融液中から取り出した評価基板100において、評価基板100に設けられた各模擬電極110には、はんだ融液から転移し且つ冷却に伴って凝固した、はんだが付着することになる。ただし、このとき、元となるはんだ融液の状態によっては、評価基板100において隣接する2つの模擬電極110のそれぞれに付着したはんだ同士が、一体化した状態となることがある。なお、ここでは、隣接する2つの模擬電極110に付着したはんだ同士が一体化することを、「はんだブリッジが発生した」と呼ぶことにする。
In the
続いて、このようにしてはんだを付着させた評価基板100に対する、はんだブリッジの評価方法について説明を行う。
Subsequently, an evaluation method of the solder bridge with respect to the
上述した手順で得られた、はんだが付着した評価基板100(未処理基板または処理済基板)を目視で観察し、それぞれにおけるはんだブリッジの発生状態を調べた。 The evaluation substrate 100 (untreated substrate or treated substrate) to which the solder was attached, which was obtained by the above procedure, was visually observed, and the state of occurrence of the solder bridge in each was examined.
上述したように、各評価基板100には、それぞれ、3つのパターン群(第1パターン群101〜第3パターン群103)が設けられ、且つ、各パターン群には、それぞれ5つの電極群(第1電極群A〜第5電極群E)が設けられている。そして、各電極群は、それぞれが31本の模擬電極110で構成されているため、各電極群におけるはんだブリッジの発生個数は、最大で30個となる。なお、ここでは、1つの電極群において、隣接する2つの模擬電極110の間に2箇所以上にはんだブリッジが形成されていたとしても、この部位におけるはんだブリッジの発生個数は、1であるものとした。また、評価基板100の全体でみれば、同じ構成を有する3つの電極群(例えば3つの第1電極群A)におけるはんだブリッジの発生個数は、それぞれ最大で90個となる。
As described above, each
では、はんだブリッジの評価結果について説明を行う。 Now, the evaluation result of the solder bridge will be described.
表2は、実施例1のはんだ製品を用いてはんだ付けを行った、処理済基板(評価基板100)におけるはんだブリッジの発生状態を示している。表3は、比較例3のはんだ製品を用いてはんだ付けを行った、処理済基板(評価基板100)におけるはんだブリッジの発生状態を示している。表4は、実施例1のはんだ製品を用いてはんだ付けを行った、未処理基板(評価基板100)におけるはんだブリッジの発生状態を示している。表5は、比較例3のはんだ製品を用いてはんだ付けを行った、未処理基板(評価基板100)におけるはんだブリッジの発生状態を示している。 Table 2 shows the state of occurrence of solder bridges on the treated substrate (evaluation substrate 100) that was soldered using the solder product of Example 1. Table 3 shows the state of occurrence of solder bridges on the treated substrate (evaluation substrate 100) that was soldered using the solder product of Comparative Example 3. Table 4 shows the state of occurrence of solder bridges on the untreated substrate (evaluation substrate 100) that was soldered using the solder product of Example 1. Table 5 shows the state of occurrence of solder bridges on the untreated substrate (evaluation substrate 100) that was soldered using the solder product of Comparative Example 3.
ここで、表2〜表5は、評価基板100に形成された第1パターン群101〜第3パターン群103を構成する第1電極群A〜第5電極群Eの、それぞれで発生したはんだブリッジの数と、構成が同じ3つの電極群(第1電極群A〜第5電極群Eの5つ)で発生したはんだブリッジの総数(個)および発生率(%)との関係を示している。
最初に、表2を参照しつつ、実施例1のはんだ製品を用いてはんだ付けを行った、処理済基板(評価基板100)におけるはんだブリッジの発生状態について説明を行う。なお、以下では、このことを、「実施例1(処理済基板)」と表記する(以下においても同様)。 First, with reference to Table 2, the state of occurrence of solder bridges on the treated substrate (evaluation substrate 100) that has been soldered using the solder product of Example 1 will be described. In the following, this will be referred to as "Example 1 (processed substrate)" (the same shall apply hereinafter).
実施例1(処理済基板)の場合、全第1電極群Aにおけるはんだブリッジの総数は0個(発生率:0%)であり、全第2電極群Bにおけるはんだブリッジの総数は2個(発生率:2%)であり、全第3電極群Cにおけるはんだブリッジの総数は11個(発生率:12%)であった。また、実施例1(処理済基板)の場合、全第4電極群Dにおけるはんだブリッジの総数は30個(発生率:33%)であり、全第5電極群Eにおけるはんだブリッジの総数は44個(発生率:49%)であった。したがって、実施例1(処理済基板)の場合、はんだブリッジの発生率は、最も低いもので0%となり、最も高いものでも50%以下(49%)であった。 In the case of Example 1 (treated substrate), the total number of solder bridges in all the first electrode group A is 0 (occurrence rate: 0%), and the total number of solder bridges in all the second electrode group B is 2 (). Occurrence rate: 2%), and the total number of solder bridges in all the third electrode group C was 11 (occurrence rate: 12%). Further, in the case of Example 1 (processed substrate), the total number of solder bridges in all the fourth electrode group D is 30 (occurrence rate: 33%), and the total number of solder bridges in all the fifth electrode group E is 44. The number was (incidence rate: 49%). Therefore, in the case of Example 1 (treated substrate), the occurrence rate of the solder bridge was 0% at the lowest, and 50% or less (49%) at the highest.
次に、表3を参照しつつ、比較例3(処理済基板)の場合について説明を行う。 Next, the case of Comparative Example 3 (processed substrate) will be described with reference to Table 3.
比較例3(処理済基板)の場合、全第1電極群Aにおけるはんだブリッジの総数は1個(発生率:1%)であり、全第2電極群Bにおけるはんだブリッジの総数は10個(発生率:11%)であり、全第3電極群Cにおけるはんだブリッジの総数は22個(発生率:24%)であった。また、比較例3(処理済基板)の場合、全第4電極群Dにおけるはんだブリッジの総数は48個(発生率:53%)であり、全第5電極群Eにおけるはんだブリッジの総数は81個(発生率:90%)であった。したがって、比較例3(処理済基板)の場合、はんだブリッジの発生率は、最も低いものでも1%となり、最も高いものでは50%を大きく超えて(90%)いた。 In the case of Comparative Example 3 (treated substrate), the total number of solder bridges in all the first electrode group A is 1 (occurrence rate: 1%), and the total number of solder bridges in all the second electrode group B is 10 (the total number of solder bridges is 10 (occurrence rate: 1%). Occurrence rate: 11%), and the total number of solder bridges in all the third electrode group C was 22 (occurrence rate: 24%). Further, in the case of Comparative Example 3 (processed substrate), the total number of solder bridges in the total 4th electrode group D is 48 (occurrence rate: 53%), and the total number of solder bridges in the total 5th electrode group E is 81. The number was (incidence rate: 90%). Therefore, in the case of Comparative Example 3 (treated substrate), the occurrence rate of the solder bridge was 1% at the lowest, and greatly exceeded 50% (90%) at the highest.
さらに、表4を参照しつつ、実施例1(未処理基板)の場合について説明を行う。 Further, the case of Example 1 (unprocessed substrate) will be described with reference to Table 4.
実施例1(未処理基板)の場合、全第1電極群Aにおけるはんだブリッジの総数は0個(発生率:0%)であり、全第2電極群Bにおけるはんだブリッジの総数は0個(発生率:0%)であり、全第3電極群Cにおけるはんだブリッジの総数は6個(発生率:6.7%)であった。また、実施例1(未処理基板)の場合、全第4電極群Dにおけるはんだブリッジの総数は24個(発生率:27%)であり、全第5電極群Eにおけるはんだブリッジの総数は25個(発生率:28%)であった。したがって、実施例1(未処理基板)の場合、はんだブリッジの発生率は、最も低いもので0%となり、最も高いものでも30%以下(28%)となった。 In the case of Example 1 (untreated substrate), the total number of solder bridges in all the first electrode group A is 0 (occurrence rate: 0%), and the total number of solder bridges in all the second electrode group B is 0 (). Occurrence rate: 0%), and the total number of solder bridges in all the third electrode group C was 6 (occurrence rate: 6.7%). Further, in the case of Example 1 (untreated substrate), the total number of solder bridges in the total 4th electrode group D is 24 (occurrence rate: 27%), and the total number of solder bridges in the total 5th electrode group E is 25. The number was (incidence rate: 28%). Therefore, in the case of Example 1 (untreated substrate), the occurrence rate of the solder bridge was 0% at the lowest and 30% or less (28%) at the highest.
今度は、表5を参照しつつ、比較例3(未処理基板)の場合について説明を行う。 This time, the case of Comparative Example 3 (unprocessed substrate) will be described with reference to Table 5.
比較例3(未処理基板)の場合、全第1電極群Aにおけるはんだブリッジの総数は76個(発生率:84%)であり、全第2電極群Bにおけるはんだブリッジの総数は76個(発生率:84%)であり、全第3電極群Cにおけるはんだブリッジの総数は75個(発生率:83%)であった。また、比較例3(未処理基板)の場合、全第4電極群Dにおけるはんだブリッジの総数は81個(発生率:90%)であり、全第5電極群Eにおけるはんだブリッジの総数は90個(発生率:100%)であった。したがって、比較例3(未処理基板)の場合、はんだブリッジの発生率は、最も低いものでも83%となり、最も高いものでは100%(すべて)であった。 In the case of Comparative Example 3 (untreated substrate), the total number of solder bridges in all the first electrode group A is 76 (occurrence rate: 84%), and the total number of solder bridges in all the second electrode group B is 76 (). Occurrence rate: 84%), and the total number of solder bridges in all the third electrode group C was 75 (occurrence rate: 83%). Further, in the case of Comparative Example 3 (unprocessed substrate), the total number of solder bridges in all the fourth electrode group D is 81 (occurrence rate: 90%), and the total number of solder bridges in all the fifth electrode group E is 90. The number was (incidence rate: 100%). Therefore, in the case of Comparative Example 3 (untreated substrate), the occurrence rate of the solder bridge was 83% at the lowest and 100% (all) at the highest.
なお、実施例2、実施例3、比較例1および比較例2についても、実施例1および比較例3と同様の試験および評価を行った。 The same tests and evaluations as in Example 1 and Comparative Example 3 were also performed on Example 2, Example 3, Comparative Example 1 and Comparative Example 2.
表6は、実施例1〜3および比較例1〜3のはんだ製品を用いて、評価基板100(処理済基板または未処理基板)にはんだ付けを行ったときの評価結果を、一覧として示している。なお、表6では、処理済基板に対する評価結果として、はんだブリッジの発生率の最高値が、50%以下となったものを「○」で、50%超となったものを「×」で、それぞれ示している。また、表6では、未処理基板に対する評価結果として、はんだブリッジの発生率の最高値が、30%以下になったものを「○」で、30%超となったものを「×」で、それぞれ示している。
表6より、目開きsが10μm以下となるフィルタ12を用いてろ過を行った実施例1〜3のはんだ製品を用いた場合は、目開きsが20μm以上となるフィルタを用いてろ過を行った比較例1、2のはんだ製品を用いた場合よりも、はんだブリッジの発生率が低下していることがわかる。また、目開きsが10μm以下となるフィルタ12を用いてろ過を行った実施例1〜3のはんだ製品を用いた場合は、フィルタ12を用いたろ過を行わない比較例3のはんだ製品を用いた場合よりも、はんだブリッジの発生率が低下していることがわかる。
From Table 6, when the solder products of Examples 1 to 3 obtained by filtering using the
(粘度)
次に、粘度の評価について説明を行う。なお、ここでは、実施例1および比較例3のはんだ製品に対し、粘度に関する評価を行った。
(viscosity)
Next, the evaluation of viscosity will be described. Here, the viscosity of the solder products of Example 1 and Comparative Example 3 was evaluated.
では、今回実行した、粘度の測定方法について説明を行う。 Now, I will explain the viscosity measurement method that was executed this time.
まず、アルミナ製のるつぼの中に、対象となるはんだ製品(ここでは、実施例1または比較例3のはんだ製品)を投入し、アルゴン雰囲気下にて加熱することにより、はんだ製品を融解させてなるはんだ融液を得た。次に、るつぼ中のはんだ融液の温度が、300℃となるように調整を行った。そして、公知の振動式粘度計を用い、はんだ融液の温度を300℃から徐々に低下させつつ、220℃となるまで5℃おきに粘度の測定を行った。 First, the target solder product (here, the solder product of Example 1 or Comparative Example 3) is put into an alumina crucible and heated in an argon atmosphere to melt the solder product. A solder melt was obtained. Next, the temperature of the solder melt in the crucible was adjusted to 300 ° C. Then, using a known vibration viscometer, the viscosity of the solder melt was measured every 5 ° C. until it reached 220 ° C. while gradually lowering the temperature of the solder melt from 300 ° C.
図8は、実施例1および比較例3のはんだ製品を融解させて得たはんだ融液における、温度と粘度との関係を示す図である。図8において、横軸は温度(℃)であり、縦軸は粘度(Pa・s)である。 FIG. 8 is a diagram showing the relationship between temperature and viscosity in a solder melt obtained by melting the solder products of Example 1 and Comparative Example 3. In FIG. 8, the horizontal axis is the temperature (° C.) and the vertical axis is the viscosity (Pa · s).
実施例1および比較例3の両者ともに、温度の低下に伴って粘度が緩やかに増大していることがわかる。ただし、温度が220℃〜300℃となる範囲において、実施例1では、粘度が0.0035Pa・s〜0.004Pa・s程度となるのに対し、比較例3では、粘度が0.005Pa・s〜0.006Pa・s程度と、常に実施例1よりも高くなっていることがわかる。そして、同じ温度において粘度がより低いということは、実施例1のはんだ製品を用いて得たはんだ融液は、比較例3のはんだ製品を用いて得たはんだ融液に比べて、「はんだぬれ性」および「はんだ切れ性」の両者が良好となり得ることを示唆しているものと考えられる。特に、後者の「はんだ切れ性」が良好であると、上述した「はんだブリッジ」は生じにくくなるといえる。 It can be seen that the viscosities of both Example 1 and Comparative Example 3 gradually increase as the temperature decreases. However, in the range where the temperature is 220 ° C. to 300 ° C., the viscosity is about 0.0035 Pa · s to 0.004 Pa · s in Example 1, whereas the viscosity is 0.005 Pa · s in Comparative Example 3. It can be seen that it is always higher than that of Example 1 at about s to 0.006 Pa · s. The fact that the viscosity is lower at the same temperature means that the solder melt obtained by using the solder product of Example 1 is "solder wet" as compared with the solder melt obtained by using the solder product of Comparative Example 3. It is considered to suggest that both "property" and "soldering property" can be good. In particular, if the latter "soldering property" is good, it can be said that the above-mentioned "solder bridge" is less likely to occur.
(酸素濃度)
続いて、酸素濃度の評価について説明を行う。なお、ここでは、実施例1および比較例3のはんだ製品に対し、酸素濃度に関する評価を行った。
(Oxygen concentration)
Next, the evaluation of the oxygen concentration will be described. Here, the oxygen concentrations of the solder products of Example 1 and Comparative Example 3 were evaluated.
では、今回実行した、酸素濃度の測定方法について説明を行う。 Now, I will explain the method of measuring oxygen concentration that was executed this time.
まず、上述したはんだブリッジの評価で用いた、はんだ付けがなされた評価基板100を、上述した手順で作製した。このとき、はんだ融液の原材料として、実施例1または比較例3のはんだ製品を用いた。そして、評価基板100に設けられた模擬電極110に転移・付着したはんだに対し、TOF−SIMS(Time of Flight−SIMS:飛行時間型質量分析法)装置を用いて、はんだにおける深さ方向の酸素濃度と、はんだ中の平均酸素濃度とを求めた。なお、ここでは、実施例1および比較例3のそれぞれに対し、サンプルを3つずつ(実施例1−1〜実施例1−3、および、比較例3−1〜比較例3−3)用意した。
First, the soldered
図9は、実施例1および比較例3のはんだ製品をはんだ付けして得たはんだにおける深さ方向の酸素濃度分布を示す図である。図9において、横軸は、はんだの表面からの深さ(depth(μm))であり、縦軸は酸素濃度(O content[a.u.])である。また、図10は、各はんだ内における平均酸素濃度を示す図である。図10において、横軸は、各実施例および各比較例の名称であり、縦軸は平均酸素濃度(integral O content[a.u.])である。 FIG. 9 is a diagram showing the oxygen concentration distribution in the depth direction in the solder obtained by soldering the solder products of Example 1 and Comparative Example 3. In FIG. 9, the horizontal axis is the depth from the surface of the solder (depth (μm)), and the vertical axis is the oxygen concentration (Ocontent [au]). Further, FIG. 10 is a diagram showing the average oxygen concentration in each solder. In FIG. 10, the horizontal axis is the name of each Example and each Comparative Example, and the vertical axis is the average oxygen concentration (integral O content [a.u.]).
最初に、図9を参照しつつ、はんだにおける深さ方向の酸素濃度分布について説明を行う。 First, the oxygen concentration distribution in the depth direction in the solder will be described with reference to FIG.
図9に示すように、実施例1のはんだ製品をはんだ付けして得たはんだ(実施例1−1〜実施例1−3)の場合、はんだの表面近傍における酸素濃度は、相対的に高くなっているが、表面から1μm以上の深さとなる部位での酸素濃度は、それよりも低くなっている。これに対し、比較例3のはんだ製品をはんだ付けして得たはんだ(比較例3−1〜比較例3−3)の場合、はんだの酸素濃度は、深さとはあまり関係がなく、全般的に高くなっている。特に、表面から1μm以上の深さとなる部位での酸素濃度に着目すると、実施例1−1〜実施例1−3は、比較例3−1〜比較例3−3と比べて、1桁乃至2桁のレベルで、酸素濃度が低くなっていることが理解される。 As shown in FIG. 9, in the case of solder obtained by soldering the solder product of Example 1 (Examples 1-1 to 1-3), the oxygen concentration in the vicinity of the surface of the solder is relatively high. However, the oxygen concentration at a depth of 1 μm or more from the surface is lower than that. On the other hand, in the case of solder obtained by soldering the solder product of Comparative Example 3 (Comparative Examples 3-1 to 3-3), the oxygen concentration of the solder has little relation to the depth and is generally It is getting higher. In particular, focusing on the oxygen concentration at a portion having a depth of 1 μm or more from the surface, Examples 1-1 to Example 1-3 are one digit or more as compared with Comparative Examples 3-1 to 3-3. It is understood that the oxygen concentration is low at the double digit level.
続いて、図10を参照しつつ、はんだ中の平均酸素濃度について説明を行う。 Subsequently, the average oxygen concentration in the solder will be described with reference to FIG.
図10に示すように、実施例1のはんだ製品をはんだ付けして得たはんだ(実施例1−1〜実施例1−3)では、比較例3のはんだ製品をはんだ付けして得たはんだ(比較例3−1〜比較例3−3)と比べて、平均酸素濃度が2桁のレベルで低くなっていることが理解される。 As shown in FIG. 10, in the solder obtained by soldering the solder product of Example 1 (Examples 1-1 to 1-3), the solder obtained by soldering the solder product of Comparative Example 3 It is understood that the average oxygen concentration is lower at a double-digit level as compared with (Comparative Examples 3-1 to 3-3).
以上の結果から、実施例1のはんだ製品を用いて得たはんだは、比較例3のはんだ製品を用いて得たはんだに比べて、はんだ中に含まれる金属酸化物が少なくなり得ることを示唆しているものと考えられる。ここで、はんだ中に含まれる金属酸化物が少ないということは、はんだ融液中で融けずに残る異物(固形物)が少なくなることを意味する。そして、はんだ融液中の異物が少なくなるということは、「はんだぬれ性」および「はんだ切れ性」の両者が良好となり得ることを示唆するものと考えられる。 From the above results, it is suggested that the solder obtained by using the solder product of Example 1 may contain less metal oxide in the solder than the solder obtained by using the solder product of Comparative Example 3. It is thought that it is doing. Here, the fact that the amount of metal oxide contained in the solder is small means that the amount of foreign matter (solid matter) remaining unmelted in the solder melt is reduced. The fact that the amount of foreign matter in the solder melt is reduced suggests that both "solder wetting property" and "soldering breakability" can be improved.
図11は、実施例1のはんだ製品の製造において、ステップ30のろ過工程後のフィルタ12上に残った残渣の光学写真である。また、図12は、図11に示す残渣のSEM写真である。さらに、図13は、図12に示す残渣に存在する針状体のSEM写真である。
FIG. 11 is an optical photograph of the residue remaining on the
まず、図11に示すように、固形物の一例としての残渣は、全体的に灰色っぽい色を呈するとともに、砂状の粒子を塊化してなる構造を有している。このため、図11に示す残渣は、見た目から、金属酸化物を含むものであることが示唆される。 First, as shown in FIG. 11, the residue as an example of the solid matter has an overall grayish color and has a structure formed by agglomerating sand-like particles. Therefore, it is suggested from the appearance that the residue shown in FIG. 11 contains a metal oxide.
また、図12に示すように、残渣の表面はサボテンのようになっており、針状を呈する針状体が、残渣の表面から突出するようになっている。ただし、このような針状体は、残渣の表面だけでなく、実際には、残渣の内部にも存在しているものと考えられる。 Further, as shown in FIG. 12, the surface of the residue is like a cactus, and the needle-shaped spicules project from the surface of the residue. However, it is considered that such a needle-like body is actually present not only on the surface of the residue but also inside the residue.
さらに、図13に示すように、残渣中に存在する針状体は、その長さが100μm〜200μm程度となっており、その直径が12μm〜20μm程度となっている。そして、図13からも明らかなように、針状体の断面は、多角形状となっている。このことは、この針状体が、何らかの単結晶体で構成されていることを示唆するものと考えられる。 Further, as shown in FIG. 13, the needle-like body existing in the residue has a length of about 100 μm to 200 μm and a diameter of about 12 μm to 20 μm. As is clear from FIG. 13, the cross section of the needle-shaped body has a polygonal shape. This is considered to suggest that this spicule is composed of some kind of single crystal.
そして、図13に示す針状体に対し、EPMA(Electron Probe Micro Analyzer)を用いて元素分析を行ったところ、この針状体には、錫および銅の両者が含まれていることが判明した。この結果から、この針状体は、錫および銅の合金、あるいは、錫および銅の酸化物等で構成されていることが示唆される。なお、この残渣を500℃まで加熱する実験を行ったところ、残渣中に存在する針状体は、500℃では融解せず、そのままの状態を維持していた。したがって、この針状体は、錫および銅の合金の一種であるCu6Sn5(融点:約435℃)ではないと考えられる。 Then, when the needle-shaped body shown in FIG. 13 was subjected to elemental analysis using EPMA (Electron Probe Micro Analyzer), it was found that the needle-shaped body contained both tin and copper. .. From this result, it is suggested that this spicule is composed of an alloy of tin and copper, an oxide of tin and copper, and the like. When an experiment was conducted in which the residue was heated to 500 ° C., the spicules present in the residue did not melt at 500 ° C. and remained as they were. Therefore, it is considered that this spicule is not Cu6Sn5 (melting point: about 435 ° C.), which is a kind of alloy of tin and copper.
また、図13からも明らかなように、残渣に含まれる針状体の直径が10μm超であることから、この針状体は、目開きsが10μm以下に設定されたフィルタ12を通過できない。したがって、実施例1〜3のはんだ製品には、このような針状体が異物として含まれていないものと考えられる。
Further, as is clear from FIG. 13, since the diameter of the needle-shaped body contained in the residue is more than 10 μm, this needle-shaped body cannot pass through the
一方、この針状体は、目開きsが20μm以上に設定されたフィルタ12を通過することができる。また、この針状体は、フィルタ12が存在しなければ、そのままの状態を維持することができる。したがって、比較例1〜比較例3のはんだ製品には、このような針状体が異物として含まれているものと考えられる。
On the other hand, this needle-shaped body can pass through the
それゆえ、実施例1〜3のはんだ製品を用いた場合に、はんだブリッジの評価結果が「○」となり、また、比較例1〜3のはんだ製品を用いた場合に、はんだブリッジの評価結果が「×」となったものと考えられる。 Therefore, when the solder products of Examples 1 to 3 are used, the evaluation result of the solder bridge is "○", and when the solder products of Comparative Examples 1 to 3 are used, the evaluation result of the solder bridge is "○". It is probable that it became "x".
ここで、残渣中に存在する針状体の直径は、図13に示したように12μm〜20μm程度となっていた。ただし、この針状体の径は、最初から10μm超となるのではなく、成長に伴って徐々に径が太くなっていき、ある程度太くなったところで大径化が鈍化していくものと考えられる。 Here, the diameter of the needle-shaped body present in the residue was about 12 μm to 20 μm as shown in FIG. However, it is considered that the diameter of this spicule does not exceed 10 μm from the beginning, but gradually increases as it grows, and when it becomes thicker to some extent, the increase in diameter slows down. ..
[はんだ製品]
次に上述したはんだ製品の製造方法によって製造することが可能なはんだ製品の特徴について説明する。
[Solder products]
Next, the features of the solder product that can be manufactured by the above-mentioned solder product manufacturing method will be described.
はんだ製品は、はんだ原料として複数の金属元素を混合した合金から成る。例えば、はんだ原料の主成分を錫とし、かつ副成分として鉛以外の金属元素を使用すれば、錫を主成分とし、かつ副成分として鉛以外の金属元素を含む合金がはんだ製品となる。また、はんだ原料の副成分として、例えば、銅を使用すれば、はんだ製品は、副成分としてとして銅を含む合金となる。 Solder products consist of alloys in which a plurality of metal elements are mixed as a solder raw material. For example, if the main component of the solder raw material is tin and a metal element other than lead is used as a sub-component, an alloy containing tin as a main component and a metal element other than lead as a sub-component becomes a solder product. Further, if copper is used as a sub-component of the solder raw material, for example, the solder product becomes an alloy containing copper as a sub-component.
はんだ製品は、複数の金属元素を混合した合金を融解させて溶湯とし、合金由来の固形物を溶湯から除去した後、溶湯を凝固させることによって製造される。従って、はんだ製品は、融解させた場合に、除去された合金由来の固形物が残留しないという特徴を有する。例えば、上述したように目開きsが10μmに設定されたフィルタ12で溶湯をろ過し、粒径が10μmを超える固形物を溶湯中から除去することによって製造されたはんだ製品であれば、はんだ製品を構成する合金を融解させた場合に、合金の溶湯中に、粒径が10μmを超える合金由来の固形物が残留しない合金となる。同様に、それぞれ目開きsが5μm及び3μmに設定されたフィルタ12で溶湯をろ過し、粒径が5μm及び3μmを超える固形物を溶湯中から除去することによって製造されたはんだ製品であれば、はんだ製品を構成する合金を融解させた場合に、合金の溶湯中に、それぞれ粒径が5μm及び3μmを超える合金由来の固形物が残留しない合金となる。
Solder products are manufactured by melting an alloy in which a plurality of metal elements are mixed to form a molten metal, removing solid matter derived from the alloy from the molten metal, and then solidifying the molten metal. Therefore, the solder product has a feature that the solid matter derived from the removed alloy does not remain when it is melted. For example, if it is a solder product manufactured by filtering the molten metal with a
表7は従来市販されているSn−Cu系のはんだ製品を融解させた場合に残留する固形物の含有量を調べた結果を示す。
表7に示すように、A社、B社、C社及びD社の棒状のはんだ製品を融解させ、目開きsが3μmに設定されたフィルタ12で溶湯をろ過した。その結果、30kgのはんだ製品につき11gから297gの固形物がフィルタ12に残留した。従って、従来市販されているはんだ製品を融解させた場合には、高品質なものであっても少なくとも0.03重量%を超える固形物が残留することになり、低品質なものに至っては、0.99重量%もの固形物が残留することが分かる。従来のはんだ製品は、ろ過工程でろ過されずに製造されていることからフィルタ12の目開きを10μmとしても同様の結果になると考えられる。
As shown in Table 7, the rod-shaped solder products of companies A, B, C and D were melted, and the molten metal was filtered through a
これに対して、溶湯中から固形物を除去する工程を含む上述したはんだ製品の製造方法によって製造されたはんだ製品の場合には、融解させても一定の粒径を超える固形物が残留しない高品質な合金となる。このため、従来のはんだ製品に比べて、より微細なはんだ付けを行うことが可能となる。 On the other hand, in the case of a solder product manufactured by the above-mentioned method for manufacturing a solder product, which includes a step of removing solids from the molten metal, solids exceeding a certain particle size do not remain even when melted. It becomes a quality alloy. Therefore, it is possible to perform finer soldering as compared with conventional solder products.
但し、低品質なはんだ製品を有効活用するために、一定の粒径を超える固形物を含まないはんだ製品と、従来のはんだ製品とを、混合して新たなはんだ製品を製造しても良い。すなわち、従来のはんだ製品の品質よりも品質を向上させることが求められる場合であれば、従来のはんだ製品と、溶湯中から固形物を除去する工程を含む上述したはんだ製品の製造方法によって製造されたはんだ製品を混合することによって、新たなはんだ製品を製造することができる。 However, in order to effectively utilize low-quality solder products, a new solder product may be manufactured by mixing a solder product containing no solid matter exceeding a certain particle size and a conventional solder product. That is, if it is required to improve the quality of the conventional solder product, it is manufactured by the conventional solder product and the above-mentioned solder product manufacturing method including a step of removing solid matter from the molten metal. A new solder product can be manufactured by mixing the solder products.
具体例として、合金を融解させた場合に、合金の溶湯中に残留する合金由来の固形物のうち粒径が10μmを超える固形物の、融解前における合金に対する含有量が0.03重量%以下であるはんだ製品、合金を融解させた場合に、合金の溶湯中に残留する合金由来の固形物のうち粒径が5μmを超える固形物の、融解前における合金に対する含有量が0.03重量%以下であるはんだ製品、合金を融解させた場合に、合金の溶湯中に残留する合金由来の固形物のうち粒径が3μmを超える固形物の、融解前における合金に対する含有量が0.03重量%以下であるはんだ製品等を製造することができる。 As a specific example, when the alloy is melted, the content of the solids derived from the alloy remaining in the molten alloy of the alloys having a particle size of more than 10 μm with respect to the alloy before melting is 0.03% by weight or less. Of the alloy-derived solids remaining in the molten alloy when the alloy is melted, the content of the solids having a particle size of more than 5 μm with respect to the alloy before melting is 0.03% by weight. Among the following solder products and solids derived from alloys remaining in the molten alloy when the alloy is melted, the content of solids with a particle size of more than 3 μm in the alloy before melting is 0.03 weight. It is possible to manufacture solder products and the like having a percentage of% or less.
従来のはんだ製品を混合する場合には、市販対象となるはんだ製品に限らず、従来のはんだ製品の原料の段階で混合するようにしても良い。また、ろ過等によって固形物を除去した後の合金に、他の金属元素を混合するタイミングは、合金の凝固前後のいずれであっても良い。すなわち、ろ過等によって固形物が除去された溶湯に他の金属元素を混合し、溶湯を凝固させることによってはんだ製品を製造しても良いし、ろ過等によって固形物が除去された溶湯を一旦凝固させた後に、再び融解させて他の金属元素と混合しても良い。 When mixing conventional solder products, the mixture is not limited to commercially available solder products, and may be mixed at the stage of raw materials for conventional solder products. Further, the timing of mixing the other metal elements with the alloy after removing the solid matter by filtration or the like may be any of before and after the solidification of the alloy. That is, a solder product may be manufactured by mixing other metal elements with the molten metal from which the solid matter has been removed by filtration or the like and solidifying the molten metal, or the molten metal from which the solid matter has been removed by filtration or the like is once solidified. After that, it may be melted again and mixed with other metal elements.
逆に、一定の粒径を超える固形物を含まない高品質なはんだ製品が求められる場合であれば、ろ過等によって固形物が除去された後の合金に他の金属元素を混合せずにはんだ製品を製造すれば良い。 On the other hand, if a high-quality solder product that does not contain solids exceeding a certain particle size is required, solder without mixing other metal elements with the alloy after the solids have been removed by filtration or the like. All you have to do is manufacture the product.
[はんだ付け部品]
次に上述したはんだ製品の製造方法によって製造されたはんだ製品で接合されたはんだ付け部品の例について説明する。
[Soldering parts]
Next, an example of soldered parts joined by the solder product manufactured by the above-mentioned solder product manufacturing method will be described.
図14は、はんだ製品で接合されたはんだ付け部品の例を示す図である。 FIG. 14 is a diagram showing an example of soldered parts joined by a solder product.
図14に示すようにはんだ製品20でLED21を基板22に接合することによってはんだ付け部品23を製造することができる。はんだ製品20は融解させた状態で、LED21の取付位置に形成されたはんだポケットに充填される。従って、はんだ製品20を融解させた場合に残留する固形物の粒径が、少なくともはんだポケットの幅及び深さよりも小さくなければ、固形物がはんだポケットから突出し、LED21を正しい向きで基板22に固定することができない。
As shown in FIG. 14, the soldered
特に、発光する部分のサイズが100μm以下であるLED21は、マイクロLEDと呼ばれ、LED21の最大幅が150μm程度となる。マイクロLEDをはんだ製品20で基板22に接合する場合におけるはんだポケットの幅は50μm程度となり、深さは10μmから15μm程度となる。
In particular, the
従って、マイクロLEDを基板22にはんだ付けするためには、はんだ製品20を溶融させた場合に残留する固形物の粒径が10μm以下であることが必要条件となる。但し、固形物の粒径が10μm以下であっても、複数の固形物が同じはんだポケットに入った場合には、溶融したはんだ製品20が盛り上がり、マイクロLEDが傾斜した状態で接合されてしまう不具合が生じる。このため、はんだ製品20を溶融させた場合に残留する固形物の粒径を5μm以下にすることが不具合の防止に繋がる。実際に行った試験によれば、はんだ製品20を溶融させた場合に残留する固形物の粒径が3μm以下であれば、不具合の発生を飛躍的に低減させて安定的にマイクロLEDを基板22にはんだ付けできることが確認された。
Therefore, in order to solder the micro LED to the
はんだ付け部品の例としては、上述したLED21をはんだ製品20で基板22に接合したはんだ付け部品23の他、プリント配線板が挙げられる。例えば、近年、特にスマートフォン等の分野においては、はんだ付けの対象となるプリント配線板における配線パターンの微細化(細線化)が進んでいる。プリント配線板における所謂L/S(ライン/スペース)の値は、数年前から100μmを切るようになっており、最近では10μm/10μmのものが検討されている。
Examples of the soldered component include a printed wiring board in addition to the soldered
L/Sが10μm/10μmに設定されたプリント配線板にはんだ付けを行う場合、はんだ製品の溶湯中に粒径が10μmを超える固形物が存在していると、上述したはんだブリッジが生じる懸念がある。このため、はんだ製品を溶融させた場合に残留する固形物の粒径を5μm以下にすることが望ましい。 When soldering to a printed wiring board whose L / S is set to 10 μm / 10 μm, if solid matter having a particle size of more than 10 μm is present in the molten metal of the solder product, there is a concern that the above-mentioned solder bridge may occur. be. Therefore, it is desirable that the particle size of the solid matter remaining when the solder product is melted is 5 μm or less.
(他の実施形態)
以上、特定の実施形態について記載したが、記載された実施形態は一例に過ぎず、発明の範囲を限定するものではない。ここに記載された新規な方法及び装置は、様々な他の様式で具現化することができる。また、ここに記載された方法及び装置の様式において、発明の要旨から逸脱しない範囲で、種々の省略、置換及び変更を行うことができる。添付された請求の範囲及びその均等物は、発明の範囲及び要旨に包含されているものとして、そのような種々の様式及び変形例を含んでいる。
(Other embodiments)
Although the specific embodiments have been described above, the described embodiments are merely examples and do not limit the scope of the invention. The novel methods and devices described herein can be embodied in a variety of other modes. In addition, various omissions, substitutions and changes can be made in the methods and devices described herein without departing from the gist of the invention. The appended claims and their equivalents include such various modalities and variations as incorporated in the scope and gist of the invention.
例えば、上述した実施形態では、錫(主成分)と銅(副成分)とを含む、Sn−Cu系と称される2元系のはんだ製品を例として説明を行った。ただし、錫を主成分とする他のはんだ製品においても、同様の結果が得られている。 For example, in the above-described embodiment, a binary solder product called a Sn—Cu system containing tin (main component) and copper (sub component) has been described as an example. However, similar results have been obtained with other solder products containing tin as the main component.
ここで、Sn−Cu系以外の2元系のはんだ製品としては、例えばSn−Ag系、Sn−Bi系およびSn−Zn系を挙げることができる。また、3元系のはんだ製品としては、Sn−Ag−Cu系、Sn−Ag−Bi系、Sn−Ag−In系、Sn−Zn−Bi系およびSn−Zn−Al系を挙げることができる。さらに、4元系のはんだ製品としては、Sn−Ag−Cu−Bi系およびSn−Ag−In−Bi系を挙げることができる。さらにまた、5元系のはんだ製品としては、Sn−Ag−Cu−Ni−Ge系を挙げることができる。そして、6元系以上のはんだ製品についても、同様の結果を得ることが可能である。 Here, examples of binary solder products other than Sn—Cu are Sn—Ag, Sn—Bi, and Sn—Zn. Examples of the ternary solder product include Sn-Ag-Cu type, Sn-Ag-Bi type, Sn-Ag-In type, Sn-Zn-Bi type and Sn-Zn-Al type. .. Further, examples of the quaternary solder product include Sn-Ag-Cu-Bi type and Sn-Ag-In-Bi type. Furthermore, examples of the quintuple-based solder products include Sn-Ag-Cu-Ni-Ge series. The same result can be obtained for solder products of 6 elements or more.
また、上述した実施形態では、はんだ原料を融解してなる溶湯を、フィルタ12を用いてろ過する手法を例として説明を行ったが、これに限られるものではない。例えば遠心分離や固液分離等の手法を用いて、溶湯から、10μm超となる径(より好ましくは5μm超となる径)を有し且つ溶湯中に存在する固形物を取り除くようにしてもよい。
Further, in the above-described embodiment, the method of filtering the molten metal formed by melting the solder raw material by using the
1 ろ過前溶湯
2 ろ過後溶湯
10 ろ過装置
11 容器
12 フィルタ
13 ヒータ
20 はんだ製品
21 LED
22 基板
23 はんだ付け部品
100 評価基板
101 第1パターン群
102 第2パターン群
103 第3パターン群
110 模擬電極
1 Molten before
22
Claims (14)
前記合金を融解させた場合に、前記合金の溶湯中に残留する前記合金由来の固形物のうち粒径が10μmを超える固形物の、前記融解前における前記合金に対する含有量が0.03重量%以下であるはんだ。 A solder made of an alloy that is a mixture of multiple metal elements.
When the alloy is melted, the content of the solids derived from the alloy remaining in the molten metal of the alloy having a particle size of more than 10 μm with respect to the alloy before melting is 0.03% by weight. The following solder.
粒径が10μmを超える前記合金由来の固形物を前記溶湯から除去する工程と、
前記固形物が除去された後の前記溶湯を凝固させることによってはんだを製造する工程と、
を有するはんだの製造方法。 The process of melting an alloy that is a mixture of multiple metal elements to form a molten metal,
A step of removing a solid substance derived from the alloy having a particle size of more than 10 μm from the molten metal, and
A process of manufacturing solder by solidifying the molten metal after the solid matter has been removed, and
A method for manufacturing solder having.
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