JP3159578B2 - 無洗浄はんだ付け方法及びその装置 - Google Patents

無洗浄はんだ付け方法及びその装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、はんだ付けした後に溶
剤による洗浄をしなくても済むようにした無洗浄はんだ
付け方法及びその装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、プリント配線基板の回路パターン
上にIC(集積回路)等のチップ部品をはんだ付けする
方法では、はんだ及び接合部材(チップ部品のリード
等)の表面に存在する酸化膜を還元して除去するのに、
必要な活性力を持った活性剤が含有されているフラック
スを使用している。このため、プリント配線基板上に残
ったフラックスを洗浄除去せずにそのまま放置しておく
と、プリント配線基板が組み込まれた機器が残渣フラッ
クスにより腐食したり、回路間の電気絶縁性の劣化や、
マイグレーションの発生等を引き起こしたりする等、化
学的・電気的な意味で、機器の特性を劣化させるような
異常が発生している。
【0003】そこで、従来は、はんだ付けした後にフロ
ン等の溶剤で洗浄しフラックスを除去していた。
【0004】しかしながら、フロン等の溶剤で洗浄して
フラックスを除去する方法では、複雑な洗浄工程が必要
となるのでコストが高くなる問題点や、フロン等の環境
破壊物質を使用した場合にはオゾン層を破壊する等の環
境問題が生ずる。
【0005】この対応として無洗浄化が従来より着目さ
れている。この無洗浄化の1つとして、従来より知られ
ている方法として低活性化(RMA)タイプの無洗浄化
対応クリームはんだを使用した方法があり、これは多量
の松脂中に活性剤を分散させて信頼性を維持していた。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上述した低活性化タイ
プの無洗浄化対応クリームはんだを使用した無洗浄化で
は、無洗浄化対応クリームはんだとして多量の松脂中に
活性剤を分散させ信頼性を維持していたため、次の
(1)〜(4)に述べるような問題点があった。 (1)はんだ付け後に多量のフラックスが残り高温環境
下で信頼性を損なう。 (2)品質管理工程、つまりインサーキットテストにお
けるチェッカーピンの導通不良が発生する。 (3)防湿コーティングにおける樹脂のはじきが発生す
る。 (4)モールド樹脂の未硬化による密着不良等が発生し
易い。
【0007】したがって、従来より無洗浄化が好ましい
と言うことは判ってはいるが未だ決め手に欠け、今後の
改良が望まれている処である。
【0008】本発明は、上記問題点に鑑みてなされたも
のであり、その目的は従来より問題となっていたオゾン
層を破壊する等の環境問題を無くすことができるととも
に、生産性の向上と設備の簡略化を図ってコストを下
げ、かつはんだ接続の高い信頼性が確保できる無洗浄は
んだ付け方法及びその装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明方法は、表面にはんだ処理が施されている回路パ
ターンを有したプリント配線基板の前記回路パターン上
にチップ部品を載せてはんだ付けするための無洗浄はん
だ付け方法において、酸素が遮断された雰囲気中に前記
プリント配線基板を収納させ、前記はんだ表面にレーザ
を照射してはんだ表面の酸化膜を溶融し、これを蒸発さ
せて除去し、このはんだ表面の酸化膜を除去した状態
活性力のないフラックスを塗布した後、前記回路パター
ン上に前記チップ部品を載せてリフローはんだ付する
ことを特徴としている。
【0010】また、本発明装置は、表面にはんだ処理が
施されている回路パターンを有したプリント配線基板の
前記回路パターン上にチップ部品を載せてはんだ付けを
するための無洗浄はんだ装置において、酸素が遮断され
た雰囲気を形成して、この雰囲気中に前記プリント配線
基板を収納させるためのチャンバと、前記チャンバ内に
置された前記プリント配線基板上の前記はんだ表面に
レーザを照射して前記はんだ表面の酸化膜を溶融し、こ
れを蒸発させて除去するレーザ照射手段と、前記酸化膜
が除去されたはんだ表面に活性力のないフラックスを塗
布する手段と、前記回路パターンに前記チップ部品を載
せてリフローはんだ付けするリフローは んだ付け手段と
を、備えたことを特徴としている。
【0011】
【作用】これによれば、酸素が遮断された雰囲気内で、
プリント配線基板上のはんだ表面にレーザを照射しては
んだ表面の酸化膜を溶融し、これを蒸発させて除去し、
この酸化膜を除去した状態で活性力のないフラックスを
塗布した後、回路パターン上に電子部品のリードを載せ
てリフローはんだ付けを行うので、酸化膜を還元するの
に必要な活性力を持つフラックスを使用せずにはんだ付
けを行うことができ、無洗浄化が可能になる。
【0012】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を用いて
詳細に説明する。図1は本発明の一実施例として示す無
洗浄はんだ付け装置の概略構成図である。
【0013】図1において、この無洗浄はんだ付け装置
は、内部にプリント配線基板1等を取り出し自在に配設
できるチャンバ2と、エキシマ(紫外)レーザービーム
3を発生させるエキシマレーザ発生器4と、エキシマレ
ーザ発生器4より発生されたレーザービーム3をチャン
バ2内に導くためのレンズ5等で構成されている。
【0014】さらに詳述すると、チャンバ2は、一方か
ら不活性ガスを導入させるとともに他方より排気させ、
これによりチャンバ2の内部を酸素を遮断した雰囲気を
形成できる構造になっている。また、内部に配設された
プリント配線基板1と対応する位置には、エキシマレー
ザ発生器4で生成されたレーザービーム3をレンズ5を
通してチャンバ2内に取り入れるための石英窓6が設け
られている。
【0015】なお、ここでのプリント配線基板1には、
図3に示すように、表面にSn(錫)−Pb(鉛)系の
はんだ7がメッキ処理等により回路パターン8である
(Cu)パターン上に設けられている。
【0016】このように構成されたはんだ付け装置で
は、エキシマレーザ発生器4より波長が128nm(A
rF)程度のレーザービーム3を発生させると、これが
レンズ5及び石英窓6を通ってチャンバ2内に入り、チ
ャンバ2内にセットされているプリント配線基板1の表
面に照射できる(レーザー照射手段)。そして、レーザ
ービーム3を照射することによりはんだ7の表面に付着
している酸化膜を除去することができるもので、この原
理を図2を用いて次に説明する。
【0017】まず、ここでのプリント配線基板1には、
回路パターン8上にSn−Pb系のはんだ7がメッキ処
理されているが、このはんだ7の表面は酸化されて酸化
膜9が作られた状態にあるものとする。
【0018】ここでプリント配線基板1のはんだ7の表
面に、被処理材となるプリント配線基板1への加熱影響
が少なくなるようにレーザービーム3を照射すると、こ
のレーザービーム3の光エネルギーにより酸化膜9の表
面が集中加熱される。このとき、はんだ7の融点は非常
に低いので、この加熱により酸化膜9の全体とはんだ
(金属層)7の表面まで溶融する。また、溶融と同時に
Pb−O(酸素),Sn−O間の結合がレーザービーム
3の光エネルギーにより切断され、酸素が解離されて蒸
発除去されることになる。これにより、表面に酸化膜9
の無いはんだ7が得られる。
【0019】図3及び図7は、本実施例の無洗浄はんだ
付け装置を使用して、プリント配線基板1にチップ部品
としてのファインピッチIC(集積回路)10をはんだ
付けして実装する場合におけるはんだ付け工程の一例を
示したものである。そこで、このはんだ工程を順に説明
する。
【0020】まず、酸素を遮断した雰囲気に保たれてい
るチャンバ2内にプリント配線基板1がセットされる。
ここでのプリント配線基板1は、回路パターン8上には
んだ7がメッキされており、それまで大気中に配置され
ていたことにより、はんだ7の表面が酸化され、酸化膜
9で覆われた状態になっている(図3参照)。
【0021】次いで、回路パターン8上に向かってレー
ザービーム3がパルス状に照射され、このレーザービー
ム3のエネルギーで照射はんだ7の表面における酸化膜
9が溶融され、かつ蒸発除去される(図4参照)。
【0022】引き続き酸素を遮断した雰囲気中でプリン
ト配線基板上1に活性力のないフラックス11を固着剤
を兼ねて塗布(コーティング)し、はんだ7と回路パタ
ーン8が共に大気(酸素)と触れないようにする(図5
参照)。これにより、はんだ7の表面の酸化膜を取り除
いても大気中にさらすと一般に20秒程度でかなり酸化
されてしまうが、このフラックス11の塗布により再び
酸化されるのが防げる。
【0023】次いで、ファインピッチIC10のリード
10Aに、プリント配線基板1上に塗布したものと同じ
活性力の無いフラックス11を固着剤として塗布し、こ
のファインピッチIC10をプリント配線基板1の対応
する回路パターン8上に載置する(図6参照)。なお、
このときの作業雰囲気も、酸素を遮断した状態が望まし
い。しかし、ファインピッチIC10のリード10Aと
プリント配線基板1の回路パターン8及びはんだ7は、
フラックス11がコーティングされているため、多少の
酸素の存在は可能である。
【0024】次に、この回路パターン8上にファインピ
ッチIC10を載せた状態で、N2(窒素ガス)やH2
(水素ガス)が入れられた不活性雰囲気中で、不活性ガ
スリフローを行う。すると、ファインピッチIC10の
リード10Aと回路パターン8との間がはんだ7にては
んだ付けされ、固定が完了する。そして、このようにし
てリフローはんだ付けされた場合では、活性力のないフ
ラックス11を用いてのはんだ付けなので、リフロー後
の洗浄工程は不用になる。
【0025】したがって、このようにしてはんだ付けし
た場合では、酸素が遮断された雰囲気内で、プリント配
線基板1上のはんだ7の表面にレーザービーム3を照射
して、このときの光エネルギーによりはんだ7の表面の
酸化膜9を溶融し、これを蒸発させて除去し、この酸化
膜9を除去した状態を保持し上述したフラックス11を
塗布した後、配線パターン1上に電子部品としてのファ
ィンピッチIC10のリード10Aを載せてリフローは
んだ付けを行うので、酸化膜9を還元するのに必要なフ
ラックスを使用せずにはんだ付けを行うことができる。
これにより、無洗浄化が可能になる。
【0026】なお、上記実施例では、レーザビーム3と
して、エキシマレーザーを使用した場合について説明し
たが、これはエキシマレーザに限ることなく光エネルギ
ーを使用すれば良いもので、例えばエキシマレーザ以外
にも半導体レーザやプラズマ等があり、被処理材(ここ
ではプリント配線基板1等)への加熱影響の少ないパル
ス状の光エネルギーが用いられる。
【0027】また、上記実施例では、チャンバ2の内部
に不活性ガスを導入させて酸素を遮断した雰囲気を作る
場合について説明したが、不活性ガスを導入するのに変
えて、チャンバ2内を真空にする手段を設けて酸素が遮
断された雰囲気を作るようにしても良いものである。
【0028】
【発明の効果】以上説明したとおり、本発明によれば、
酸素が遮断された雰囲気内で、プリント配線基板上のは
んだ表面にレーザを照射してはんだ表面の酸化膜を溶融
し、これを蒸発させて除去し、この酸化膜を除去した状
で活性力のないフラックスを塗布した後、回路パター
ン上に電子部品のリードを載せてリフローはんだ付けを
行うので、酸化膜を還元するのに必要なフラックスを使
用せずにはんだ付けを行うことができ、無洗浄化が可能
になる。
【0029】したがって、(1)無洗浄であるため、従
来問題となっていたフロンを使用してオゾン層を破壊す
る等の環境問題を解消することができる。 (2)洗浄工程が省略できるので製造時間の短縮が可能
になり、生産性を向上させることができるとともに、洗
浄工程が省略できることによって洗浄後の排水処理にか
かるランニングコストを削減でき、トータルコストを削
減してプリント回路板を安価に提供することができる。 (3)コンデンサーや抵抗器等の一般部品からIC等の
電子部品に至るチップ部品を実装するのに用いることが
できる。 (4)腐食、絶縁性劣化、マイグレーションの発生等を
抑えて高接続信頼性が確保される、等の効果が期待でき
るものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例として示す無洗浄はんだ付け
装置の概略構成図である。
【図2】はんだ表面の酸化膜が除去される原理を説明す
る図である。
【図3】はんだ付けの工程説明図である。
【図4】はんだ付けの工程説明図である。
【図5】はんだ付けの工程説明図である。
【図6】はんだ付けの工程説明図である。
【図7】はんだ付けの工程説明図である。
【符号の説明】
1 プリント配線基板 2 チャンバ 3 レーザビーム 4 エキシマレーザ発生器 7 はんだ 8 回路パターン(配線パターン) 9 酸化膜 10 ファインピッチIC(チップ部品) 11 不活性フラックス
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大坪 茂 石川県金沢市大豆田本町甲58 澁谷工業 株式会社内 (56)参考文献 特開 平3−145192(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H05K 3/34 B23K 1/20 B23K 3/00 B23K 31/02

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 表面にはんだ処理が施されている回路パ
    ターンを有したプリント配線基板の前記回路パターン上
    にチップ部品を載せてはんだ付けするための無洗浄はん
    だ付け方法において、 酸素が遮断された雰囲気中に前記プリント配線基板を収
    納させ、前記はんだ表面にレーザを照射してはんだ表面
    の酸化膜を溶融し、これを蒸発させて除去し、このはん
    だ表面の酸化膜を除去した状態で活性力のないフラック
    スを塗布した後、前記回路パターン上に前記チップ部
    載せてリフローはんだ付することを特徴とする無洗
    浄はんだ付け方法。
  2. 【請求項2】 表面にはんだ処理が施されている回路パ
    ターンを有したプリント配線基板の前記回路パターン上
    にチップ部品を載せてはんだ付けをするための無洗浄は
    んだ装置において、 酸素が遮断された雰囲気を形成して、この雰囲気中に前
    記プリント配線基板を収納させるためのチャンバと、 前記チャンバ内に置された前記プリント配線基板上の
    前記はんだ表面にレーザを照射して前記はんだ表面の酸
    化膜を溶融し、これを蒸発させて除去するレーザ照射手
    段と、前記酸化膜が除去されたはんだ表面に活性力のないフラ
    ックスを塗布する手段と、 前記回路パターンに前記チップ部品を載せてリフローは
    んだ付けするリフローはんだ付け手段とを、 備えたことを特徴とする 無洗浄はんだ付け装置。
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