JP3264556B2 - はんだ付け方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、脂入りはんだをはんだ
鏝ではんだ付けする方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に電子機器のはんだ付け方法として
は、浸漬法、リフロー法、鏝付け法等がある。

【０００３】浸漬法：プリント基板の穴に電子部品の
リードを挿入したり、プリント基板のランド上に電子部
品を接着剤で仮固定する。そして、このプリント基板を
フラクサー、プリヒーター、はんだ槽、冷却器が設置さ
れた自動はんだ付け装置のコンベアで搬送し、フラクサ
ーでフラックス塗布、プリヒーターで予備加熱、はんだ
槽ではんだの付着、冷却器で冷却することによりはんだ
付けを行う。この浸漬法は、多数箇所のはんだ付けが一
度の作業で行えるため非常に生産性に優れた方法であ
る。しかしながら、浸漬法はプリント基板の片面を溶融
はんだに接触させるため、はんだ接触面に搭載した全て
の電子部品に取捨選択の余地を与えることなくはんだが
付着してしまう。従って、はんだが付着してはならない
部品、例えばコネクターやスイッチ等にもはんだが付着
し、これらの機能を全く損ねてしまう。またこの方法
は、プリント基板や電子部品を高温となった溶融はんだ
に接触させるため、ヒートショックでこれらが損傷した
り、機能劣化を起こすこともあった。

【０００４】リフロー法：プリント基板のはんだ付け
部に粉末はんだとペースト状フラックスから成るソルダ
ーペーストをスクリーンやマスクで印刷塗布したり、デ
ィスペンサーで吐出塗布してから、リフロー炉、熱風、
レーザー、高温蒸気等で加熱し、ソルダーペーストを溶
融させてはんだ付けを行う。この方法は、ソルダーペー
ストの塗布や電子部品の搭載を自動機で行えるため、生
産性に優れ、しかもはんだ付け部だけにソルダーペース
トを塗布することができるため、不必要な箇所へのはん
だの付着はない。しかしながら、リフロー法は、ソルダ
ーペースト自体だけでなく、ソルダーペーストを塗布す
る装置や加熱する装置が高価であり、またソルダーペー
ストは長期間経過すると経時変化してはんだ付け不良を
起こすことがあった。

【０００５】鏝付け法：線状はんだの中心部に脂が充
填された脂入りはんだをはんだ付け部にあてがい、熱し
たはんだ鏝で脂入りはんだを溶融させることにより、は
んだ付けを行う方法である。この鏝付け法は、はんだ付
け部に脂入りはんだとはんだ鏝をあてがって、はんだ付
けするため、浸漬法やリフロー法のように大量生産はで
きない。しかしながら、鏝付け法は不必要な箇所へはん
だが付着することがなく、また高価な設備を必要とせ
ず、さらにまた脂入りはんだはソルダーペーストに比べ
て安価であるばかりでなく、脂がはんだ中に密閉状態で
充填されているため経時変化を起こすこともなく信頼あ
るはんだ付け部が得られる。近時ではコンピューター制
御ではんだ鏝やプリント基板を乗せた台が縦・横方向に
移動して自動的にはんだ付けを行うロボットはんだ付け
装置も出現しており、生産性も良好となっている。

【０００６】一般に、鏝付け法に用いる脂入りはんだの
脂は、松脂を主成分とし、これにはんだ付け性を向上さ
せる活性剤が添加されている。この脂の含有量は脂入り
はんだ全量に対して２．０±０．５重量％が標準とされ
ており、脂は活性剤を全く含んでいないＲタイプ、弱活
性のＲＭＡタイプ、強活性のＲＡタイプ等により活性剤
の添加量が決定される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の鏝付け法では、
はんだ付け部に脂が多量に残って付着し、これが長期間
経過するうちに吸湿してランド間の絶縁抵抗を下げた
り、腐食生成物を発生させてしまうことがあった。また
従来の鏝付け法では、はんだ付け時に脂やはんだ粒が多
数飛散し、これらが狭いランド間に付着して絶縁抵抗を
下げたり、さらにはランド間を短絡させてしまうという
問題があった。

【０００８】そのため、鏝付け法ではんだ付けしたプリ
ント基板のうち、コンピューターや通信機器のように高
信頼性が要求されるものは、はんだ付け後に脂やはんだ
粒を除去する洗浄を行わなければならなかった。

【０００９】プリント基板の洗浄には、松脂をよく溶解
しプリント基板に全く悪影響を与えないフロンやトリク
レンのような溶剤が使用されていたが、これらの溶剤は
地球を取り巻くオゾン層を破壊し、太陽の紫外線を多量
に地球に到達させて人類に皮膚癌を発生させる原因とな
ることから、その使用が規制されるようになってきてい
る。これらの溶剤に代わる洗浄液も出現してきてはいる
が、脂の洗浄性が充分でなく、しかも電子部品の内部に
侵入すると電子部品の機能を損なうものであった。そこ
で、はんだ付け後のプリント基板は洗浄しなくても済む
ことが望まれていたものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者は、鏝付け法で
はんだ付けした時に、脂やはんだ粒が飛散する原因は、
はんだ付け時、熱したはんだ鏝を脂入りはんだに接触さ
せると先ず外側のはんだが加熱され、その熱がはんだの
中心に充填された脂に伝わり、その後さらに温度が上が
ると熱せられた脂が熱膨張するため、溶け始めて軟らか
くなった部分から噴出し、溶けたはんだとともに飛散す
ることが分かった。従って、はんだ付け時に脂やはんだ
粒を飛散させないためには、脂入りはんだ中の脂の含有
量を少なくすれば良いわけである。

【００１１】ところで、脂含有量を少なくした脂入りは
んだではんだ付けすると、はんだ付け部にはんだが付着
しない未はんだとなったり、隣接したはんだ付け部同志
に股がってはんだが付着するというブリッジを形成して
しまう。これは脂の含有量が少ないため、はんだ付け部
を清浄にしたり、溶けたはんだの表面張力を小さくして
はんだの広がりを促進させることができないからであ
る。

【００１２】そこで本発明者は、少ない脂含有量の脂入
りはんだでも不良のないはんだ付けが行える方法につい
て鋭意研究を重ねて本発明を完成させた．

【００１３】本発明は、はんだ付け部に60〜180℃に加
熱した不活性ガスを吹き付けるとともに、該はんだ付け
部に脂入りはんだ全量に対して脂の含有量が0.1〜1重量
％の脂入りはんだをあてがい、はんだ鏝で加熱して脂入
りはんだを溶融し、しかも前述不活性ガスで鏝先と溶融
はんだとはんだ付け部を覆って空気と遮断することによ
りはんだ付けすることを特徴とするはんだ付け方法であ
る。

【００１４】本発明では、はんだ付け部に吹き付ける不
活性ガスの温度が６０℃よりも低いと鏝先を冷やして、
はんだの溶解を遅くしてしまう。しかるに、不活性ガス
の温度が１８０℃よりも高いと、はんだが早く溶解し
て、はんだ付け部以外の所にはんだが付着してしまう。

【００１５】また、本発明に使用する脂入りはんだは、
脂の含有量が０．１重量％より少ないと如何に不活性ガ
スを多量に吹き付けても、はんだ付け部の清浄作用が弱
く、しかも溶融したはんだの表面張力を下げて広がらせ
ることはできない。この脂の含有量が１．０重量％より
多いと、はんだ付け後に残る脂の量も多くなって長期間
経過するうちに絶縁抵抗の低下や腐食生成物発生の原因
となるばかりでなく、はんだ付け時に脂やはんだ粒の飛
散が多くなる。

【００１６】本発明で使用するはんだ鏝は、作業者が手
で持つようにホルダーが付いた手付け用はんだ鏝でもよ
いし、あるいは鏝やプリント基板を乗せた台が自動的に
移動するロボットに使用するはんだ鏝でもよい。

【００１７】また本発明で使用する不活性ガスは、窒
素、炭酸ガス、アルゴン、ヘリウム等のうち、いずれの
ものでもよい。

【００１８】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明を説明する。図
１は本発明を実施するに適したロボットはんだ付け装
置、図２は図１の鏝先におけるはんだ付け状態を説明す
る図である。

【００１９】ロボットはんだ付け装置は、アーム１が図
示しない駆動装置に取り付けられていて、予め制御装置
に入力した指示に従って縦・横方向に移動するととも
に、所定の位置において上下動するようになっている。
該アームには、はんだ鏝２が取り付けられており、また
はんだ鏝にはガスノズル３が設置されている。

【００２０】ガスノズル３は上端が閉塞されており、下
端が開放された吹き出し口４となっている。ガスノズル
３の上部には不活性ガス取り入れ口５があり、ここには
図示しない不活性ガス、例えば窒素ガス（Ｎ₂）の供給
源に接続されている。またガスノズル３内には、電熱ヒ
ーター６が巻回して設置されている。

【００２１】アーム１の下部には、はんだ供給口７が取
り付けられており、その少し上方となるところには一対
の送りローラー８、８が設置されている。この送りロー
ラーは図示しないモーターにより回動させられて脂入り
はんだ９を矢印Ａ方向に送るようになっている。

【００２２】次に上記ロボットはんだ付け装置によるは
んだ付け方法について説明する。

【００２３】先ず、はんだ鏝２に通電し、鏝先が脂入り
はんだを充分に溶かすことができるくらいに加熱してお
くとともに、ガスノズル３内の電熱ヒーター６にも通電
してガスノズル内部を加熱状態にしておく。そして予め
はんだ付け部を記憶させておいた制御装置によりアーム
１をはんだ付け部まで移動させ、鏝先が所定のはんだ付
け部上方に到達したならば、不活性ガス取り入れ口５か
らガスノズル３内に窒素ガスＮ₂ を流入させる。このよ
うにしてはんだ付けの準備ができた後、アーム１を下げ
て鏝先をプリント基板Ｐのはんだ付け部に接触させると
同時に、一対の送りローラー８、８を回動させて脂入り
はんだ９を一定量鏝先に送る。

【００２４】鏝先に送られた脂入りはんだ９は、加熱さ
れた鏝先で溶かされてはんだ付け部にはんだ付けされ
る。このとき、吹き出し口４から吹き出された不活性ガ
スは図２に示すように鏝先、溶融中のはんだ、はんだ付
け部を完全に覆って空気と遮断するようになる。

【００２５】ここで上記ロボットはんだ付け装置によ
り、ランド間隔が０．５ｍｍのはんだ付け部１００個を
有するプリント基板のはんだ付けを行った本発明の実施
例と比較例、及びそれらの結果について記す。

【００２６】○実施例１ 脂入りはんだの脂含有量：１．０重量％ 不活性ガス：１００℃の窒素ガス ○実施例２ 脂入りはんだの脂含有量：０．８重量％ 不活性ガス：１２０℃の窒素ガス ○比較例１ 脂入りはんだの脂含有量：２．０重量％ 不活性ガス：不使用 ○比較例２ 脂入りはんだの脂含有量：２．０重量％ 不活性ガス：２０℃の窒素ガス ○比較例３ 脂入りはんだの脂含有量：１．０重量％ 不活性ガス：不使用

【００２７】（結果） 実施例１…未はんだ： ０ ブリッジ： １ 絶縁
抵抗：１０×１０¹² 実施例２…未はんだ： １ ブリッジ： ３ 絶縁
抵抗：１０×１０¹³ 比較例１…未はんだ： ３ ブリッジ： ８ 絶縁
抵抗：１０×１０¹¹ 比較例２…未はんだ： １ ブリッジ：１１ 絶縁
抵抗：１０×１０¹¹ 比較例３…未はんだ：４３ ブリッジ：２８ 絶縁
抵抗：１０×１０¹² （絶縁抵抗 ＪＩＳ Ｚ ３１９７）

【００２８】

【発明の効果】以上説明した如く、本発明のはんだ付け
方法は、脂の含有量の少ない脂入りはんだを使用しても
未はんだやブリッジ等のはんだ付け不良が極めて少なく
することができるため、信頼あるはんだ付け部が得られ
るばかりでなく、はんだ付け後にはんだ付け部に残る脂
の量が少なくなるため、精密電子機器に用いても、はん
だ付け後に脂を洗浄する必要がない等、優れた効果を奏
することができるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のはんだ付け方法を実施するに適したロ
ボットはんだ付け装置

【図２】図２の鏝先におけるはんだ付けの状態を説明す
る拡大図

【符号の説明】

１ アーム ２ はんだ鏝 ３ ガスノズル ４ 吹き出し口 ５ 不活性ガス取り入れ口 ６ 電熱ヒーター ７ はんだ供給口 ８ 送りローラー ９ 脂入りはんだ

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 はんだ付け部に60〜180℃に加熱した不
   活性ガスを吹き付けるとともに、該はんだ付け部に脂入
   りはんだ全量に対して脂の含有量が0.1〜1重量％の脂入
   りはんだをあてがい、はんだ鏝で加熱して脂入りはんだ
   を溶融し、しかも前述不活性ガスで鏝先と溶融はんだと
   はんだ付け部を覆って空気と遮断することによりはんだ
   付けすることを特徴とするはんだ付け方法。