JP3444096B2 - Lead-free method and solder mounting method using the same - Google Patents

Lead-free method and solder mounting method using the same

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JP3444096B2 JP16555396A JP16555396A JP3444096B2 JP 3444096 B2 JP3444096 B2 JP 3444096B2 JP 16555396 A JP16555396 A JP 16555396A JP 16555396 A JP16555396 A JP 16555396A JP 3444096 B2 JP3444096 B2 JP 3444096B2
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    • H05K3/3468Applying molten solder

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  • Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】Pbを含んだはんだ実装品の
基板、LSI、部品等の端子をPbフリー化するととも
に、該Pb系はんだの簡易回収法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a Pb-free solder-mounted product substrate, an LSI, a terminal of a component, and the like, and a simple recovery method of the Pb-based solder.

【0002】[0002]

【従来の技術】Pbは低コストで、利用価値が高く、従
来からはんだ付け等に積極的に活用されてきた。また、
Pbの環境汚染への問題は特に指摘されてこなかった。
2. Description of the Related Art Pb has a low cost and a high utility value, and has been actively used for soldering and the like. Also,
The problem of environmental pollution of Pb has not been pointed out.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】最近、Pbの環境汚染
の問題がクローズアップされている。既に放置されてい
る電気製品のプリント基板等は雨水等にさらされ地下水
に溶けていることは事実である。
Recently, the problem of environmental pollution of Pb has been highlighted. It is a fact that printed circuit boards of electrical products that have already been left unattended are exposed to rainwater and dissolved in groundwater.

【0004】このような事実を踏まえて、従来のPbを
含んだはんだで接続した基板、LSI、部品等からなる
実装品からPbを容易に除去する必要性が高まってき
た。
Based on these facts, there is an increasing need to easily remove Pb from a conventional mounted product including a substrate, an LSI, a component, etc., which is connected with a solder containing Pb.

【0005】本発明の目的は、既にPbを含んだはんだ
で作られている製品を容易にPbフリー化することにあ
る。さらには実装部分をPbフリー化して、そのPbを
回収することを目的とする。
An object of the present invention is to easily make Pb-free a product which is already made of a solder containing Pb. Further, the purpose is to make the mounting portion free of Pb and recover the Pb.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】そこで、我々は、例え
ば、基板端子、LSI端子、部品端子等にSn―Pbは
んだ、もしくはSn―Pb― Biはんだが使用されて
いる実装品には、Cu、Niメタライズ層とSnとの合
金層が形成され、Pbは入らないことに着目し、この合
金層の上のPbを含むはんだ組成をPbフリーの組成に
置換させて、そのPbを回収することとした。
Therefore, for example, in the mounting products in which Sn-Pb solder or Sn-Pb-Bi solder is used for substrate terminals, LSI terminals, component terminals, etc. Paying attention to the fact that an alloy layer of a Ni metallized layer and Sn is formed and Pb does not enter, replacing the solder composition containing Pb on this alloy layer with a Pb-free composition and recovering the Pb. did.

【0007】Cuパッド上にSn―Pbはんだではんだ付
けした直後の断面モデルを図1(a)に示し、はんだ付
け直後に更にエージングしたり実機で使用後の合金層が
形成された場合の断面モデルを図1(b)に示す。実際
にははんだ付け直後にも0.1μmレベルの薄いCu―Sn合
金層が形成される。合金層は通常Cu6Sn5が 数μm形成
される。また、エージング等の熱影響、またはリペア等
により熱履歴を繰り返すとCu3Sn がCu側に形成される
場合がある。いずれもPbは合金層には入らない。なお、
Niの場合は通常Ni3Sn4の合金層のみが形成される。
A cross-sectional model immediately after soldering with Sn—Pb solder on a Cu pad is shown in FIG. 1 (a), and a cross-sectional view after further aging immediately after soldering or when an alloy layer after use in an actual machine is formed The model is shown in Fig. 1 (b). In reality, a thin Cu—Sn alloy layer of 0.1 μm level is formed immediately after soldering. The alloy layer is usually made of Cu6Sn5 with a thickness of several μm. In addition, Cu3Sn may be formed on the Cu side when the thermal history is repeated due to the thermal effect such as aging or due to repair or the like. In both cases, Pb does not enter the alloy layer. In addition,
In the case of Ni, usually only an alloy layer of Ni3Sn4 is formed.

【0008】つまり、本発明は上記目的を達成するため
に、電子部品をPb入りはんだにより実装した基板をP
bフリーはんだに浸漬し、該Pb入りはんだに含まれて
いたPbをその濃度勾配により該Pbフリーはんだへ拡
散させてはんだ組成の置換を行い、該Pbははんだ槽で
回収する。
That is, in order to achieve the above-mentioned object, the present invention provides a substrate on which electronic components are mounted with Pb-containing solder.
It is dipped in b-free solder, Pb contained in the Pb-containing solder is diffused into the Pb-free solder by its concentration gradient to replace the solder composition, and the Pb is recovered in a solder bath.

【0009】電子部品を実装していたPb入りはんだの
量に対して、Pbフリーはんだの量が十分であれば、P
bはその濃度勾配によりPbフリーはんだへ拡散するの
で、電子部品と基板との実装部分をPbフリー化するこ
とができる。
If the amount of Pb-free solder is sufficient with respect to the amount of Pb-containing solder on which electronic components are mounted, P
Since b diffuses into the Pb-free solder due to its concentration gradient, the mounting portion of the electronic component and the substrate can be made Pb-free.

【0010】前記Pb入りはんだがSn−Pb系はん
だ、もしくはSn− Pb−B i系はんだの場合、置換
するPbフリーはんだの組成としては、Sn−Bi系は
んだ、Sn−Bi−Ag系はんだ、Sn−Bi−Zn系
はんだ、Sn系はんだ、 Sn−Ag系はんだもしくは
これらにIn、Cu、Ga、Ni、Sb、Pd、Pが1
種類もしくは2種類以上微量添加されたはんだであるこ
とが望ましい。
When the Pb-containing solder is Sn-Pb-based solder or Sn-Pb-Bi-based solder, the composition of the Pb-free solder to be replaced is Sn-Bi-based solder, Sn-Bi-Ag-based solder, Sn-Bi-Zn-based solder, Sn-based solder, Sn-Ag-based solder, or In, Cu, Ga, Ni, Sb, Pd, and P of which are 1
It is desirable that the solder be one kind or a small amount of two or more kinds added.

【0011】このように、Pb入りはんだとPbフリー
はんだとの主成分を共通化させれば、Pbの濃度勾配に
よる拡散はさらに活性化されるとともに、実装部分のP
bフリーはんだへの置換は容易となる。
In this way, if the main components of the Pb-containing solder and the Pb-free solder are made common, the diffusion due to the concentration gradient of Pb is further activated, and the P of the mounting portion is
Replacement with b-free solder becomes easy.

【0012】Pbフリーはんだを、Sn−Bi系はん
だ、Sn−Bi−Ag系はんだ、Sn−Bi−Zn系は
んだにすることにより、低温でのはんだ置換性、基板、
LSI、部品への熱影響の緩和、ぬれ性、メタライズと
の相性、リサイクルに対しての長期保管性、耐フィスカ
ー性、ぬれ性確保等が期待できる。なお、このようにB
iが混入されても、プリント基板のCu、Niメタライ
ズ層には既にSnとの合金層が形成されているので、初
期の強度低下の問題は起きないことが予想される。
By changing the Pb-free solder to Sn-Bi solder, Sn-Bi-Ag solder, or Sn-Bi-Zn solder, the solder substitutability at a low temperature, the substrate,
It can be expected to reduce thermal effects on LSIs and parts, wettability, compatibility with metallization, long-term storability against recycling, fisker resistance, and wettability. It should be noted that B
Even if i is mixed, since the alloy layer with Sn has already been formed in the Cu and Ni metallized layers of the printed circuit board, it is expected that the problem of initial strength reduction will not occur.

【0013】予備はんだの量はペースト等で供給される
はんだ量等に比べて約1桁少ないので、組成に依存して
融点が問題となることはない。
Since the amount of the preliminary solder is smaller than the amount of the solder supplied by the paste or the like by about one digit, the melting point does not matter depending on the composition.

【0014】すなわち、通常Cuパッド上に付着している
はんだ厚さはパッド中央部で最大20〜30μm にな
る。他方、LSI、部品等を接続するためのはんだペース
トの供給厚さは100〜200μm 程度であり、約1桁
多い。
That is, the thickness of the solder usually attached on the Cu pad is 20 to 30 μm at the center of the pad. On the other hand, the supply thickness of the solder paste for connecting LSIs, parts, etc. is about 100 to 200 μm, which is about one digit larger.

【0015】一方、前記基板をPbフリーはんだに浸漬
するには、従来のフローソルダもしくはウエーブソルダ
を用いても良い。つまり前述の濃度勾配を利用したPb
フリー化方法であれば、従来のプロセスを利用すること
もできる。例えばウエーブソルダを用いたPbフリー化
方法では、そのPbフリーはんだの流速を制御して、P
bをウエーブソルダのはんだ浴へ拡散させることができ
る。
On the other hand, in order to immerse the substrate in Pb-free solder, a conventional flow solder or wave solder may be used. That is, Pb using the above-mentioned concentration gradient
If it is a free method, a conventional process can be used. For example, in a Pb-free method using a wave solder, the flow rate of the Pb-free solder is controlled to
b can be diffused into the solder bath of the wave solder.

【0016】厳密なはんだ組成管理が必要な場合は、多
段に設けた前記フローソルダもしくは前記ウエーブソル
ダを介して前記基板と前記電子部品とを複数回、Pbフ
リー化すれば良い。
When strict solder composition management is required, the substrate and the electronic component may be made Pb-free a plurality of times via the flow solder or the wave solder provided in multiple stages.

【0017】つまり、ウエーブソルダ等を利用する場
合、そのはんだ浴のPbフリーはんだは、使用回数によ
り徐々にPbを含んだ組成となる。従って効率よく実装
部分をPbフリー化するにはウエーブソルダ等を多段に
設け、例えば、その1段目でLSI、部品の取り外しを行
い、大まかにPbの拡散を行い、2段目で取り外した基
板、LSI、部品等の実装部分をPbフリー化させれば良
い。
That is, when using a wave solder or the like, the Pb-free solder of the solder bath has a composition that gradually contains Pb depending on the number of times of use. Therefore, in order to efficiently make the mounting portion Pb-free, a wave solder or the like is provided in multiple stages. For example, the LSI and components are removed in the first stage, the Pb is roughly diffused, and the board removed in the second stage. It suffices that the mounting parts such as LSI, parts, etc. be Pb-free.

【0018】ウエーブソルダの有するはんだ浴に拡散し
たPbを回収するには、以下のようにしても良い。
In order to recover Pb diffused in the solder bath of the wave solder, the following may be carried out.

【0019】Pbは他に比べて比重が重いため、長時間
経過するとはんだ浴の下底に沈殿する。従って、フロー
ソルダもしくはウエーブソルダの有するはんだ浴の下底
に流れの少ない沈殿槽を設け、該沈殿槽に上部から下部
に上部を高温とする温度勾配を設ける。このように沈殿
槽に上部から下部に上部を高温とする温度勾配を設けれ
ば、上部が凝固し、比重の重いPbを多く含む低融点の
多元系はんだを液状で沈降させて回収でき、はんだ浴表
面を常にPbの少ない状態に近づけることができる。
Since Pb has a higher specific gravity than others, it precipitates on the bottom of the solder bath after a long time. Therefore, a precipitation tank with a small flow is provided at the bottom of the solder bath of the flow solder or the wave solder, and a temperature gradient is provided in the precipitation tank from the upper part to the lower part so that the upper part has a high temperature. By providing a temperature gradient from the upper part to the lower part in the precipitation tank in this way, the upper part is solidified and the low melting point multi-component solder containing a large amount of Pb with a large specific gravity can be precipitated in a liquid state and recovered. The bath surface can always be brought close to the state of low Pb.

【0020】これまでは、Pbフリー化させることにつ
いて述べてきたが、実装部分のPbを拡散させれば、結
果としてその実装部分をPbフリーはんだにより再実装
することもできる。
Up to now, it has been described that the Pb is made free, but if Pb of the mounting portion is diffused, the mounting portion can be remounted by Pb-free solder as a result.

【0021】また、これにより基板と電子部品とを取り
外すこともでき、それぞれを再利用することもできる。
この場合であっても、Pbフリー化された基板、電子部
品となることは言うまでもない。特に、取り外した基板
は前述のはんだ組成の置換により、高信頼にメタライズ
して再利用できる。
In addition, the substrate and the electronic component can be removed by this, and each can be reused.
Needless to say, even in this case, the substrate and the electronic component are Pb-free. In particular, the removed board can be metalized and reused with high reliability by replacing the solder composition.

【0022】[0022]

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面を用いて詳述
する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

【0023】図2はウエーブソルダリング装置における
実施例の断面を示す。なお、本実施例では、Pbを含む
はんだとしてSn−37Pb共晶はんだ、Pbフリーの
はんだとしてSn−58Bi共晶はんだを用いている。
FIG. 2 shows a cross section of an embodiment of a wave soldering device. In this example, Sn-37Pb eutectic solder was used as the Pb-containing solder, and Sn-58Bi eutectic solder was used as the Pb-free solder.

【0024】このウエーブソルダリング装置の動作は以
下の通りである。
The operation of this wave soldering device is as follows.

【0025】例えば、LSI1、部品2等がSn−37
Pb共晶はんだ3で表面実装されているプリント基板4
を裏返しにキャリア5に固定し、右側に移動させる。S
n−58Bi共晶はんだ(融点:138℃)9浴のはんだ
の流れはモータ7により反時計回転で動いている。モー
タ7によるSn−58Bi共晶はんだの流れは、はんだ
流路の噴出口からキャリア5に取り付けられた基板を浸
漬させるように形成されている。
For example, the LSI 1, the component 2, etc. are Sn-37.
Printed circuit board 4 surface-mounted with Pb eutectic solder 3
Is fixed upside down on the carrier 5 and moved to the right. S
The motor flow of the n-58Bi eutectic solder (melting point: 138 ° C.) 9 bath is counterclockwise by the motor 7. The flow of Sn-58Bi eutectic solder by the motor 7 is formed so as to immerse the substrate mounted on the carrier 5 from the ejection port of the solder flow path.

【0026】なお、本ウエーブソルダリング装置では、
基板に熱影響を与えないレベルの210〜220℃に設
定している。また、本実施例では、通常のはんだ付けと
同様に、フラックス、例えば塩素量0.2%入りのロジ
ン系フラックスを塗布して行う。これは、Sn−58B
i共晶はんだ(融点138℃)はぬれ性がSn−37P
b共晶はんだ(融点183℃)より悪く、Sn系である
ため表面酸化膜が強いからである。
In this wave soldering device,
The temperature is set to 210 to 220 ° C., which is a level that does not affect the heat of the substrate. Further, in this embodiment, as in the case of normal soldering, a flux, for example, a rosin-based flux containing 0.2% of chlorine is applied. This is Sn-58B
i-eutectic solder (melting point 138 ° C) has wettability of Sn-37P
This is because the surface oxide film is stronger because it is worse than the eutectic solder (melting point 183 ° C.) and is Sn-based.

【0027】溶融状態のSn−58Bi共晶はんだが、
キャリア5に取り付けられた基板を浸積すると、基板の
実装部分にあるSn−37Pb共晶はんだは、その融点
から溶融状態へと移行する。Sn−58Bi共晶はんだ
とSn−37Pb共晶はんだとが溶融状態になると、徐
々にPbの拡散が始まる。図からも分かるように、基板
の接続に使用されていたSn−37Pb共晶はんだ3の
量は、Sn−58Bi共晶はんだ9の量に比べて十分少
ないので、 Pbは37%の濃度から0%に向かって容
易に拡散していく。
The molten Sn-58Bi eutectic solder is
When the substrate mounted on the carrier 5 is immersed, the Sn-37Pb eutectic solder on the mounting portion of the substrate shifts from its melting point to a molten state. When the Sn-58Bi eutectic solder and the Sn-37Pb eutectic solder are in a molten state, Pb diffusion gradually starts. As can be seen from the figure, the amount of Sn-37Pb eutectic solder 3 used for connecting the substrates is sufficiently smaller than the amount of Sn-58Bi eutectic solder 9, so that Pb is 0% to 37%. Easily spread towards%.

【0028】はんだ浴に拡散したPbは、その比重から
はんだ浴の下部に徐々に沈積していく。下方に沈んでい
るはんだは長時間高温にさらされるため、比重の高いP
b、Biが多くなる。Pb濃度が高くなったSn−Bi
−Pbはんだは回収口10から回収して、貴金属元素、
Bi、Sn等の分離回収に出して、Pbを回収する。P
bの回収方法は後述する。
The Pb diffused in the solder bath gradually deposits in the lower part of the solder bath due to its specific gravity. Since the solder that sinks downward is exposed to high temperatures for a long time, it has a high specific gravity.
b and Bi increase. Sn-Bi with high Pb concentration
-Pb solder is recovered from the recovery port 10, and precious metal element,
Pb is recovered by sending it to the separation and recovery of Bi, Sn and the like. P
The method of collecting b will be described later.

【0029】同様に、Biも基板の実装部分に拡散する
ので、 Sn−Bi端子となり、結果として電子部品等
と基板との実装部分でのはんだ組成をPbフリーのはん
だ組成に置換して再実装することができる。
Similarly, since Bi also diffuses into the mounting portion of the substrate, it becomes a Sn-Bi terminal, and as a result, the solder composition in the mounting portion of the electronic component and the substrate is replaced with the Pb-free solder composition and re-mounted. can do.

【0030】本発明は、基板に用いられたPbを含むは
んだを回収することを目的とし、Pbを回収した基板、
LSI、部品等の中で有用なものを再実装用に使用するも
のであり、必ずしも再実装する必要はない。
The present invention aims at recovering the solder containing Pb used for the substrate, and the Pb recovered substrate,
Of the LSIs, parts, etc., useful ones are used for remounting, and it is not always necessary to remount.

【0031】次に基板と電子部品等をPbフリー化し
て、それぞれを取り外す例を説明する。この場合におい
ても、取り外す過程で濃度拡散によりPbフリー化され
るので、基板、部品ともにPbフリーの状態で取り外さ
れる。
Next, an example will be described in which the substrate and the electronic components are made Pb-free and the respective components are removed. Also in this case, since Pb-free is made by concentration diffusion in the removal process, both the substrate and the component are removed in the Pb-free state.

【0032】部品等を取り外すための構成を以下に説明
する。その他の構成については前述のウエーブソルダリ
ング装置の構成と同一である。
A structure for removing parts and the like will be described below. Other configurations are the same as those of the above-mentioned wave soldering device.

【0033】前述のウエーブソルダリング装置では21
0〜220℃に設定していたが、この温度はSn−58
Bi共晶はんだとしては十分な取外し温度である。単に
流しただけでは取外しにくい部品もある。はんだ付けと
異なり、取外しの流れは波高が乱れた乱流気味の流れが
望ましい。また、意図的に基板に振動を与えることは有
効であり、キャリアに10〜500Hzレベルが可能な
小型の加振機を取り付けたり、外部から衝撃を与える工
夫をすることが効果的である。キャリアごともしくは基
板を一瞬持ち上げて外部から衝撃を与えて、LSI、部
品等を取外したり、はんだを飛散させることは置換に対
して効果的である。更に、高温のN2ガスを吹き付ける
ことにより、スルーホール中のはんだも容易に吹き飛ば
すことができる。スルーホール継手は強制的に機械的に
溶融した状態で引き抜き、更にN2ガスを吹き付けて置
換する必要がある。
In the above-mentioned wave soldering device, 21
The temperature was set to 0-220 ℃, but this temperature was Sn-58.
The removal temperature is sufficient for Bi eutectic solder. There are some parts that are difficult to remove just by flushing them. Unlike soldering, it is desirable that the removal flow be a turbulent flow with disturbed wave height. Further, it is effective to intentionally vibrate the substrate, and it is effective to attach a small vibration exciter capable of 10 to 500 Hz level to the carrier or devise to give an impact from the outside. It is effective for the replacement to lift up the carrier or the substrate for a moment and apply an impact from the outside to remove the LSI, components, etc. or to scatter the solder. Further, by spraying high temperature N2 gas, the solder in the through holes can be easily blown off. Through-hole joints must be forcibly mechanically melted and withdrawn, and then replaced by blowing N2 gas.

【0034】はんだが溶けて基板から離れたLSI、部
品等は装置の吸い込み口8周辺に集まってくるが、はん
だより軽いのではんだの中には吸いこまれない。
The LSI, components, etc., which have melted the solder and are separated from the substrate, gather around the suction port 8 of the apparatus, but are not sucked into the solder because they are lighter than the solder.

【0035】スルーホール継手で比較的取外し容易なス
トレートリードの場合、溶融した状態で強制的に衝撃を
加えることでLSI、部品を取外すことができる。しか
し、スルーホール中のはんだは未だ取り切れていないの
で、N2等の高温不活性ガスを吹き付けることにより飛
散させて除去することは可能である。念のため、Sn−
Biに置換して更にN2ガスで吹き飛ばす必要がある。
はんだは液体の状態では粘度は大変低く、例えばSn
−37Pb共晶で融点時の値は、2.92mPa・sであ
り、かつ比重〔Bi:10g/cm3、Pb:10.7g/cm
3、Sn:7g/cm3〕が高いので、ある程度の衝撃で容
易に落下させることができる。
In the case of a straight lead which is relatively easy to remove with a through hole joint, the LSI and components can be removed by forcibly applying an impact in the molten state. However, since the solder in the through hole is not yet removed, it is possible to scatter and remove it by blowing a high temperature inert gas such as N2. Just in case, Sn-
It is necessary to replace it with Bi and blow it off with N2 gas.
Solder has a very low viscosity when it is in a liquid state.
-37Pb eutectic has a melting point value of 2.92 mPa · s and specific gravity [Bi: 10 g / cm3, Pb: 10.7 g / cm3.
3, Sn: 7 g / cm3] is high, so it can be easily dropped with some impact.

【0036】なお、O2純度として約100〜1000ppmレ
ベルのN2雰囲気でハロゲンの入らない方法も可能であ
る。
It is also possible to use a method in which halogen does not enter in an N2 atmosphere having an O2 purity of about 100 to 1000 ppm.

【0037】耐熱性に劣る紙フェノール基板等に対して
は、融点の低いSn−58Bi共晶はんだを使用し、大
気中で強めのフラックスを使用して、基板への熱影響を
少なくするため210℃でウエーブソルダリング装置を
用いれば、同様に可能である。
For a paper phenolic substrate or the like having poor heat resistance, Sn-58Bi eutectic solder having a low melting point is used, and a strong flux is used in the atmosphere to reduce the heat influence on the substrate. The same is possible with a wave soldering device at ° C.

【0038】ウエーブソルダリング等により部品等を取
り外した基板のCuパッド上に残るはんだ量は少なく、
新たに供給するはんだ量の約1/10にすぎない。従っ
て、この時点でBi含有量が多いことは信頼性上では特
に問題とならない。
A small amount of solder remains on the Cu pad of the substrate from which components and the like have been removed by wave soldering or the like.
It is only about 1/10 of the amount of newly supplied solder. Therefore, a large Bi content at this point does not cause any particular problem in terms of reliability.

【0039】次に前述のLSI、部品等を取り外した基
板をさらに融点の高い高信頼のメタライズに置換する例
を説明する。
Next, an example will be described in which the above-mentioned substrate from which the LSI, components and the like have been removed is replaced with a highly reliable metallization having a higher melting point.

【0040】LSI、部品等を取外した基板を再利用し
て融点の高い高信頼性のメタライズに置換するため、更
にSn−15Bi(融点:液相線;212℃、固相線;
160℃)はんだを用いた2度目のウエーブソルダリン
グを235℃で行った。この組成はぬれ性が良くメタラ
イズ後のはんだ付けには適している。基板を長期保管す
る上でも150℃以上の融点を有するので長期保管に耐
えられるメタライズである。本来はメタライズの信頼性
を高めるため、更にBi濃度を下げた組成で置換したい
が、ウエーブソルダリング温度が高くなり、基板の熱劣
化が問題になってくるので、Bi濃度を下げた組成への
置換は融点が上昇するので、この供給方式では困難にな
る。
In order to reuse the substrate from which the LSI, parts, etc. have been removed and replace it with a highly reliable metallization having a high melting point, Sn-15Bi (melting point: liquidus line; 212 ° C., solidus line;
(160 ° C.) A second wave soldering with solder was performed at 235 ° C. This composition has good wettability and is suitable for soldering after metallization. Since the substrate has a melting point of 150 ° C. or higher even when it is stored for a long period of time, it is a metallization that can withstand long-term storage. Originally, in order to improve the reliability of metallization, it is desired to replace with a composition having a lower Bi concentration, but since the wave soldering temperature becomes high and the thermal deterioration of the substrate becomes a problem, a composition with a lower Bi concentration is selected. The substitution raises the melting point and is therefore difficult with this feeding method.

【0041】ただし、耐熱性のガラスポリイミド基板、
BT基板、セラミック基板等に対しては問題はなく、例
えば、ガラスポリイミド基板の場合、Sn−5Bi(融
点:液相線;228℃、固相線;200℃)はんだを用
いることができる。この場合、ウエーブソルダリング温
度は260℃に設定すればよい。
However, a heat-resistant glass polyimide substrate,
There is no problem with BT substrates, ceramic substrates, etc. For example, in the case of a glass polyimide substrate, Sn-5Bi (melting point: liquidus line; 228 ° C., solidus line; 200 ° C.) solder can be used. In this case, the wave soldering temperature may be set to 260 ° C.

【0042】このように基板の耐熱温度に応じて融点を
調整したはんだ組成に置換すれば、より高信頼なメタラ
イズが可能となり、基板の再利用が容易となる。
By substituting the solder composition whose melting point is adjusted according to the heat-resistant temperature of the substrate as described above, more reliable metallization is possible and the substrate can be easily reused.

【0043】次に、はんだ浴に拡散したPbの回収方法
について説明する。
Next, a method of recovering Pb diffused in the solder bath will be described.

【0044】前述のSn−58Bi共晶はんだのウエー
ブソルダリング槽(1000kgf)を使用し、基板当
たり一回の置換で50gfのPb量がウエーブソルダリ
ング槽に入ると仮定すると、20000枚置換されると
単純計算では100kgfであり、10%のPb濃度と
なる。平均化したはんだ浴の組成を求めると、(42%
Sn−58%Bi)×0.90と残り10%のPbとな
り、その組成は(38%Sn−58%Bi−10Pb)
となる。図3に示すSn−Bi−Pbの3元系状態図で
表示すると、14の点の組成となる。数多くこなす程、
はんだ浴のPb濃度は増してくるので、許容される濃度
まで使い切るか、もしくは2段、3段にして純度を上げ
た槽を使用することになる。はんだ浴の中で濃度勾配が
つけられれば回収効率が良くなる。
Assuming that the above-mentioned Sn-58Bi eutectic solder wave soldering tank (1000 kgf) is used, and assuming that 50 gf of Pb is put into the wave soldering tank by one replacement per substrate, 20000 sheets are replaced. Then, the simple calculation is 100 kgf, and the Pb concentration is 10%. The composition of the averaged solder bath was calculated to be (42%
Sn-58% Bi) x 0.90 and the remaining 10% Pb, the composition of which is (38% Sn-58% Bi-10Pb).
Becomes When displayed in the ternary phase diagram of Sn-Bi-Pb shown in FIG. 3, the composition has 14 points. The more you do,
Since the Pb concentration of the solder bath increases, it is necessary to use it up to an allowable concentration, or use a bath having two or three stages of higher purity. If a concentration gradient is applied in the solder bath, recovery efficiency will be improved.

【0045】はんだ回収方法の一例を以下に示す。An example of the solder recovery method is shown below.

【0046】図3で説明すると、Sn−58%Bi(E
3:15)の融点は138℃であるが、Pbが入ってく
ることにより融点が下がってきて、Pb濃度が約32%
(Et:3元系共晶16)になると融点は最低の100℃
になる。従って、138℃と100℃との温度勾配を作
り、例えば、槽の特定場所を設け、上層部を高温にし
て、下層部を低温にすることにより下層部に融点の低い
Pbリッチな組成を強制的に形成させることができる。
この時、衝撃、振動等を与えることにより、液体化を加
速させることも可能である。液体化の部分はPbリッチ
な層であることから液体の状態にして取り出すことが可
能である。
Referring to FIG. 3, Sn-58% Bi (E
3:15) has a melting point of 138 ° C., but the Pb concentration decreases to about 32% due to the inclusion of Pb.
(Et: ternary eutectic 16) has a minimum melting point of 100 ° C
become. Therefore, a temperature gradient between 138 ° C. and 100 ° C. is created, and for example, a specific location of the tank is provided, the upper layer is heated to a high temperature, and the lower layer is cooled to force a Pb-rich composition with a low melting point in the lower layer. Can be formed as desired.
At this time, it is also possible to accelerate liquefaction by giving impact, vibration or the like. Since the liquefied portion is a Pb-rich layer, it can be taken out in a liquid state.

【0047】すなわち、冷却していくとPbが入らない場
合、138℃で凝固する。Pbが入ることにより凝固温度
は138℃以下になる。装置の上側を高温にし、下側を
低温とすることにより、Pb濃度が上がった場合、凝固収
縮した個体の隙間から液体が滴り落ちるようにすること
ができる。
That is, when Pb does not enter as it is cooled, it solidifies at 138 ° C. The solidification temperature becomes 138 ° C. or lower due to the inclusion of Pb. By making the upper side of the device high temperature and the lower side low temperature, when the Pb concentration rises, the liquid can be made to drip from the gap between the solidified and contracted solids.

【0048】さらに図4に示すように、はんだ槽9もし
くははんだ槽から導いた槽の中に遠心分離機構17(回
転軸:21)を設け、比重の高いPb−Biリッチのは
んだ18をSnリッチのはんだ19と分離させて、Sn
リッチ組成を再度循環させる。回収したPb−Biリッ
チはんだ20は電子部品に付着していたAu、Pd、I
n、Ag等の貴金属を採りだし、PbとBiを水、希硫
酸に溶かしPbS等にして分離させて、Biを回収す
る。また、Snは強アルカリにして電解採取することが
できる。
Further, as shown in FIG. 4, a centrifuge mechanism 17 (rotating shaft: 21) is provided in the solder bath 9 or a bath guided from the solder bath, and Pb-Bi rich solder 18 having a high specific gravity is replaced with Sn rich. Separated from the solder 19 of
Recycle the rich composition again. The recovered Pb-Bi rich solder 20 is attached to the electronic parts such as Au, Pd, I.
Noble metals such as n and Ag are taken out, Pb and Bi are dissolved in water and dilute sulfuric acid, and PbS and the like are separated to separate Bi. Further, Sn can be electrolyzed by making it a strong alkali.

【0049】最後にSn−Ag−Bi系Pbフリーはん
だへの適用を検討した。一例として、Sn−3Ag−1
0Biはんだ(融点:液相線;208℃、固相線;17
1℃)を使用した。LSI、部品を取外したプリント基
板をmax235℃のウエーブソルダリング槽に通し
て、Sn−3Ag−10Biはんだ組成に置換した。図
5(a)はLSI、部品がついていないプリント基板4の
Cuパッド11上にPb−63Sn共晶はんだ12が予
備はんだ付けされて形成された状態である。これがCu
とはんだ間にはCu6Sn513の合金層が形成されてい
る。Sn−58Bi共晶はんだで完全に置換されても、
Cu6Sn5の合金層は殆ど変わらない。更にSn−3A
g−10Biはんだ槽に流すと、合金層Cu6Sn5上に
Sn−3Ag−10Biはんだが予備はんだ付けされ
る。図5(b)のように置換時にはんだを強く吹き飛ばし
てしまうと、合金層が露出して合金層表面が酸化され易
いので再利用のときは注意を要する。
Finally, application to Sn-Ag-Bi type Pb-free solder was examined. As an example, Sn-3Ag-1
0 Bi solder (melting point: liquidus line; 208 ° C., solidus line; 17
1 ° C) was used. The printed circuit board from which the LSI and the components were removed was passed through a wave soldering bath of max 235 ° C. and replaced with a Sn-3Ag-10Bi solder composition. FIG. 5A shows a state in which the Pb-63Sn eutectic solder 12 is pre-soldered and formed on the Cu pad 11 of the printed circuit board 4 having no LSI or components. This is Cu
An alloy layer of Cu6Sn513 is formed between the solder and the solder. Even if it is completely replaced with Sn-58Bi eutectic solder,
The Cu6Sn5 alloy layer remains almost unchanged. Further Sn-3A
When flowed in the g-10Bi solder bath, Sn-3Ag-10Bi solder is pre-soldered on the alloy layer Cu6Sn5. If the solder is strongly blown off during the replacement as shown in FIG. 5 (b), the alloy layer is exposed and the surface of the alloy layer is easily oxidized, so care must be taken when reusing.

【0050】[0050]

【発明の効果】本発明により、既に出回っているPb−
Snはんだで接続された製品の基板、部品等から効率良
くPbを回収することを可能にする。また、再利用を可
能とするPbフリー化したメタライズを現用プロセスを
用いて、低コストで提供することを可能にする。
According to the present invention, Pb- which is already on the market
This makes it possible to efficiently recover Pb from the substrate, parts, etc. of the product connected by Sn solder. In addition, Pb-free metallization that enables reuse can be provided at a low cost by using an existing process.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】はんだ直後と実機使用後のSn−Pbで接合し
た接合部の断面図を示す。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a joint portion joined by Sn—Pb immediately after soldering and after use in an actual machine.

【図2】ウエーブソルダリングによるLSI、部品の取
外し断面図を示す。
FIG. 2 is a sectional view showing how to remove an LSI and components by wave soldering.

【図3】Sn−Pb−Biはんだの3元系状態を示す。FIG. 3 shows a ternary system state of Sn-Pb-Bi solder.

【図4】はんだ槽中に遠心分離機構を設けたモデルの断
面図を示す。
FIG. 4 shows a cross-sectional view of a model in which a centrifugal separation mechanism is provided in a solder bath.

【図5】プリント基板のパッド上の置換状態を示す断面
図を示す。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a replacement state on a pad of a printed circuit board.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1:LSI 14:38%Sn−5
8%Bi−10Pb 2:部品 15:Sn−58%B
i(E3) 3:Sn−37Pb共晶はんだ 16:3元系共晶 4:プリント基板 17:遠心分離機構 5:キャリア 18:Pb−Biリッ
チのはんだ 7:モータ 19:Snリッチのは
んだ 8:吸い込み口 20:Pb−Biリッ
チはんだ 9:Sn−58Bi共晶はんだ 21:回転軸 10:回収口 22:Sn 11:Cuパッド 23:Pb 12: Sn−37Pb共晶はんだ 24:Sn3Cu 13:Cu6Sn5
1: LSI 14: 38% Sn-5
8% Bi-10Pb 2: Component 15: Sn-58% B
i (E3) 3: Sn-37Pb eutectic solder 16: ternary eutectic 4: printed circuit board 17: centrifugal separation mechanism 5: carrier 18: Pb-Bi rich solder 7: motor 19: Sn rich solder 8: Suction port 20: Pb-Bi rich solder 9: Sn-58Bi eutectic solder 21: Rotating shaft 10: Recovery port 22: Sn 11: Cu pad 23: Pb 12: Sn-37Pb eutectic solder 24: Sn3Cu 13: Cu6Sn5

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石田 寿治 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (56)参考文献 特開 平9−51158(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H05K 3/34 B23K 35/26 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Toshiharu Ishida 292 Yoshida-cho, Totsuka-ku, Yokohama-shi, Kanagawa, Ltd. Inside the Institute of Industrial Science, Hitachi, Ltd. (56) Reference JP-A-9-51158 (JP, A) ( 58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H05K 3/34 B23K 35/26

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 Pb入りはんだにより電子部品が実装さ
れた基板をPbフリーはんだに浸漬し、 該Pb入りはんだを溶融状態にさせ、 該Pb入りはんだに含まれていたPbをその濃度勾配に
より該Pbフリーはんだへ拡散させて該Pbを回収する
ことを特徴とするPb回収方法。
1. A substrate on which an electronic component is mounted by Pb-containing solder is dipped in Pb-free solder to melt the Pb-containing solder, and Pb contained in the Pb-containing solder is converted into a Pb-free solder by a concentration gradient. A Pb recovery method, which comprises recovering the Pb by diffusing it into a Pb-free solder.
【請求項2】 請求項1記載のPb回収方法であって、 該Pbフリーはんだの温度を、該Pb入りはんだの融点
よりも高い温度にして該Pbを回収することを特徴とす
るPb回収方法。
2. The Pb recovery method according to claim 1, wherein the temperature of the Pb-free solder is higher than the melting point of the Pb-containing solder to recover the Pb. .
【請求項3】 請求項1又は2記載のPb回収方法であ
って、 該Pb入りはんだは、Sn−Pb系はんだ、Sn−Pb
−Bi系はんだであり、該Pbフリーはんだは、Sn−
Bi系はんだ、Sn−Bi−Ag系はんだ、Sn−Bi
−Zn系はんだ、Sn系はんだ、Sn−Ag系はんだ、
もしくはこれらにIn、Cu、Ga、Ni、Sb、P
d、Pが1種類もしくは2種類以上添加されたはんだで
あることを特徴とするPb回収方法。
3. The Pb recovery method according to claim 1, wherein the Pb-containing solder is Sn—Pb based solder or Sn—Pb solder.
-Bi solder, and the Pb-free solder is Sn-
Bi-based solder, Sn-Bi-Ag-based solder, Sn-Bi
-Zn solder, Sn solder, Sn-Ag solder,
Or In, Cu, Ga, Ni, Sb, P
A method of recovering Pb, characterized in that it is a solder in which one or more kinds of d and P are added.
【請求項4】 請求項1から3のいずれかに記載のPb
回収方法であって、 フローソルダもしくはウエーブソルダを用いて該Pbを
回収することを特徴とするPb回収方法。
4. Pb according to any one of claims 1 to 3.
A method for recovering Pb, comprising recovering the Pb using a flow solder or a wave solder.
【請求項5】 請求項4記載のPb回収方法であって、 多段に設けた該フローソルダもしくは該ウエーブソルダ
を介して該Pbを回収することを特徴とするPb回収方
法。
5. The Pb recovery method according to claim 4, wherein the Pb is recovered via the flow solder or the wave solder provided in multiple stages.
【請求項6】 Pb入りはんだにより電子部品が実装さ
れた基板をPbフリーはんだに浸漬し、 該Pb入りはんだに含まれていたPbをその濃度勾配に
より該Pbフリーはんだへ拡散させて、該基板と該電子
部品を再実装したことを特徴とするはんだ実装方法。
6. A substrate on which an electronic component is mounted by Pb-containing solder is immersed in Pb-free solder, and Pb contained in the Pb-containing solder is diffused into the Pb-free solder due to its concentration gradient, And a solder mounting method comprising remounting the electronic component.
【請求項7】 請求項6記載のはんだ実装方法であっ
て、 該Pb入りはんだは、Sn− Pb系はんだ、Sn− P
b−Bi系はんだであり、 該Pbフリーはんだは、Sn−Bi系はんだ、Sn−B
i−Ag系はんだ、Sn−Bi−Zn系はんだ、Sn系
はんだ、 Sn−Ag系はんだ、もしくはこれらにI
n、Cu、Ga、Ni、Sb、Pd、Pが1種類もしく
は2種類以上添加されたはんだであることを特徴とする
はんだ実装方法。
7. The solder mounting method according to claim 6, wherein the Pb-containing solder is Sn-Pb-based solder or Sn-P.
b-Bi-based solder, and the Pb-free solder is Sn-Bi-based solder, Sn-B
i-Ag solder, Sn-Bi-Zn solder, Sn solder, Sn-Ag solder, or I
A solder mounting method characterized in that it is a solder in which one kind or two or more kinds of n, Cu, Ga, Ni, Sb, Pd, and P are added.
【請求項8】 請求項6又は7記載のはんだ実装方法で
あって、 該基板と該電子部品をフローソルダもしくはウエーブソ
ルダを用いて再実装したことを特徴とするはんだ実装方
法。
8. The solder mounting method according to claim 6, wherein the board and the electronic component are remounted using a flow solder or a wave solder.
【請求項9】 請求項8記載のはんだ実装方法であっ
て、 多段に設けた該フローソルダもしくは該ウエーブソルダ
を介して前記基板と前記電子部品とを複数回通し、再実
装することを特徴とするはんだ実装方法。
9. The solder mounting method according to claim 8, wherein the board and the electronic component are passed a plurality of times through the flow solder or the wave solder provided in multiple stages, and re-mounted. Solder mounting method.
【請求項10】 請求項4又は5記載のPb回収方法で
あって、 該フローソルダもしくは該ウエーブソルダは、そのはん
だ浴の下底に沈殿槽を備え、該沈殿槽の上部から下部に
上部を高温とする温度勾配を設けることで該Pbを回収
することを特徴とするPb回収方法。
10. The method for recovering Pb according to claim 4 or 5, wherein the flow solder or the wave solder is provided with a settling tank at a lower bottom of the solder bath, and an upper part is heated from an upper part to a lower part of the precipitation bath. The Pb recovery method is characterized by recovering the Pb by providing a temperature gradient.
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