JP3600786B2

JP3600786B2 - 糸はんだ、糸はんだ製造装置および接合部品

Info

Publication number: JP3600786B2
Application number: JP2000278316A
Authority: JP
Inventors: 陽吉田; 浩司松原
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2000-09-13
Filing date: 2000-09-13
Publication date: 2004-12-15
Anticipated expiration: 2020-09-13
Also published as: JP2002086291A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｐｂを含まない糸はんだ、その糸はんだの製造装置およびその糸はんだを用いた接合部品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
基板に半導体チップ等を搭載して実装するために用いられるはんだとしては、従来、Ｓｎ−Ｐｂはんだ（融点１８３℃）が使用されていた。しかし、Ｐｂは微量でも人体に有害であるため、近年、Ｐｂの使用を避けた鉛フリーはんだが注目されてきている。鉛フリーはんだとしては、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉ系はんだ、Ｓｎ−Ｚｎ系はんだ、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｂｉ系はんだ等が知られている。これらのうち、例えば、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだおよびＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉ系はんだの融点は２１０℃〜２２０℃程度であり、Ｓｎ−Ｐｂ系はんだと比較して、４０℃もの融点差を有する。すなわち、従来、Ｓｎ−Ｐｂ系はんだではんだ付けしていた電子部品では、４０℃程度、温度を高めないとはんだ付けすることができず、電子部品の耐熱性の限界（通常２４０℃程度）に細心の注意を払う必要が生じてくる。このため、最近では、Ｓｎ−Ｐｂ系はんだの融点に比較的近い融点を有するＳｎ−Ｚｎ系はんだ（融点１９９℃程度）またはＳｎ−Ｚｎ−Ｂｉ系はんだが脚光を浴びつつある。例えば、Ｓｎ−８Ｚｎ−３Ｂｉでは固相温度１８７℃、液相温度１９７℃程度であり、Ｓｂ−Ｐｂ系はんだの融点１８３℃と実質的に相違はない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これらＺｎ系はんだは、酸化がいちじるしく生じるので、通常の条件下でははんだ付けできないという課題を有していた。このため、Ｚｎ系はんだの表面にめっき処理、蒸着処理または浸漬処理を施して酸化しにくい金属相を表面に形成する方法が提案された（特開平８−１６４４９６号公報）。この方法によれば、はんだボールのような塊状の単体を複数個むらなく効率的にめっきすることは、比較的簡単に行うことができる。すなわち、めっき液中にはんだボールを複数個投入し、めっき液中ではんだボールを攪拌しながら容易に均一厚さにめっきすることができる。しかし、糸はんだのように形状が細長い連続体の場合、めっき液中にはんだを流入させて、比較的短時間でめっきすることが望まれるが、数秒オーダーで均一な厚さでめっきすることは不可能である。さらに、めっき処理等を施すために、多くの前処理や後処理の工程が必要になり、比較的安価なＳｎ−Ｚｎ系はんだを高価なものにしてしまう。
【０００４】
そこで、本発明は、高能率で安価に製造することができる、鉛フリーの糸はんだ、その製造装置およびその糸はんだを用いた接合部品を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の糸はんだ製造装置は、糸はんだ母材を供給する供給リールと、糸はんだを巻き取る巻取りリールと、供給リールと巻取りリールとの間において、供給リールの後段に位置して糸はんだの酸化膜を除去する酸を収容する酸容器、酸容器の後段に位置して洗浄用水を収容する洗浄用水容器、および洗浄用水容器の後段に位置してフラックスを収容するフラックス容器とを備える。また、酸容器に設けられた第１の連通管、酸容器と洗浄用水容器とを連通する第２の連通管、洗浄用水容器とフラックス容器とを連通する第３の連通管、およびフラックス容器に設けられた第４の連通管とを備え、第１〜第４の連通管に不活性ガスが充填されている（請求項１）。上記の構成により、引き抜き工程等を終了し、供給リールに巻かれ、そこから供給される糸はんだ母材の表面に比較的短時間で連続的に酸化抑止作用の強いフラックスを塗布することができる。この結果、フラックス付き糸はんだを高い生産性で製造することができる。このフラックスの塗布により、糸はんだ母材の表面が直接空気と接触する部分を減らすことができる。フラックスを糸はんだ母材の全表面に塗布する場合には、直接空気と接触する部分がなくなる。また、はんだ付けの際にはフラックスは高い還元性を有する液体となるので、たとえ糸はんだの一部に酸化された箇所があっても還元して、高い信頼性のはんだ付け接合部を形成することが可能となる。また、上記構成により、フラックスが塗布される前の糸はんだ母材の表面を清浄にすることができ、より確実性の高いはんだ付け接合部を形成することが可能となる。なお、第１の連通管内には、液漏れを防ぐように常に大気圧より高い圧力の不活性ガス、例えば窒素ガスが充填されているようにする。また、第２の連通管には、酸化防止のために常に不活性ガスが大気圧より所定圧高い圧力となるように充填され、酸化が抑止されている。また、大気圧より所定圧以上高い圧力とすることにより、洗浄用水容器内の洗浄用水に酸容器内の希硫酸が混入することを防止している。また、第３の連通管は、洗浄用水容器とフラックス容器との間に設けられており、酸化抑止のために不活性ガスが充填されるようにし、左右に孔を設けている。充填された不活性ガスは、大気圧より常に所定圧以上高い圧力としてフラックス容器内のフラックスと洗浄用水容器内の洗浄用水とを分離している。さらに、第４の連通管の大気側は、フラックスが付着した糸はんだよりわずかに径の大きい孔が設けられ、フラックス容器の側は大気側に比べて大きい孔が設けられている。第４の連通管内には、液漏れを防ぐように大気圧より所定圧以上高い圧力の不活性ガスが常に充填されている。本発明の糸はんだは、上記の糸はんだ製造装置により製造された、糸はんだである（請求項２）。そして、上記本発明の糸はんだでは、糸はんだ製造装置におけるフラックスが糸はんだ母材の表面にフラックス膜を形成している（請求項３）。
【０００６】
この糸はんだはＺｎを含むため鉛を含まなくても従来と同様の加熱温度ではんだ付けをすることができる。しかし、Ｚｎは酸化されやすいので、フラックスを長さ方向に沿って配して、フラックスを溶融させて接合部付近を還元して、清浄な表面をはんだ付けすることが可能となる。上記フラックスは還元作用のあるフラックスであり、はんだ付けの際、溶融して還元作用によりはんだ付け部の表面を清浄化し、さらにその接合部表面とはんだとが酸化されないように保護膜を形成する。そのとき、フラックス自体が酸化物等を形成するが、はんだ付け部の外表面に浮くように形成される。また、はんだ付けに際して、はんだ付け接合部にフラックス等を塗布することなく、糸はんだに備えられたフラックスによって代用されるので、フラックス塗布の工数を節減することが可能となる。
【０００７】
上記のフラックスは長さ方向に沿って配されていれば、はんだ付けを行うにつれて溶融して上記作用を発揮するので、どのように配置されていてもよい。例えば、糸はんだ母材においてフラックスが配置される箇所は、糸はんだ母材を筒状にして、筒状の糸はんだ母材の内部に収納してもよい。また、円形断面の糸はんだ母材の表面に長さ方向に沿って凹部を設け、その凹部にフラックスを収納することもできる。さらに、円形断面の一部にのみフラックスを塗布して長さ方向にらせん状に配置してもよいし、直線状に配置してもよい。どのように配置されても、長さ方向に沿って配されているかぎり、はんだ付け温度は従来とほとんど変わらず、Ｐｂフリーで信頼性の高いはんだ付け接合部を形成することが可能となる。
【０００９】
糸はんだの表面にはフラックス膜を容易に形成することができる。このため、例えば市販の糸はんだの表面にフラックス膜を、刷毛、噴射、浴中浸漬等の方法を用いて形成することができる。この結果、フラックス付き糸はんだを簡便に製造することができ、従来とほとんど同じはんだ付け温度で信頼性の高いＰｂフリーのはんだ付け接合部を形成することができる。
【００１０】
上記本発明の糸はんだでは、Ｚｎを含む糸はんだの主成分がＳｎ - Ｚｎであり、その中にＢｉ、Ｃｕ、Ｉｎ、ＡｇおよびＳｂのうちの少なくとも１種を含むことができる（請求項４）。
【００１１】
上記組成の糸はんだは、融点が従来のＳｎ−Ｐｂ系はんだとほとんど同じであり、はんだ付け接合部の強度も十分高いことが確認されている。
【００１２】
本発明の接合部品は、はんだ付けの接合部を含む接合部品であって、上記本発明のいずれかの糸はんだを用いてはんだ付けを行った、接合部品である（請求項５）。
【００１３】
上記糸はんだを用いることにより、接合部にフラックスを塗布することなく、従来とほとんど同じ加熱温度で、高信頼性のＰｂフリーのはんだ付け接合部を形成することができる。このため、工程省略を行いながら、人体に優しいはんだ付け接合部を有する接合部品を製造することができる。なお、上記の接合部品には、半導体チップ等を搭載した実装品や電子回路など、はんだ付け部を有する接合部品であればすべての部品が含まれる。
【００１４】
上述したように、本発明の糸はんだ製造装置は、糸はんだ母材を供給する供給リールと、糸はんだを巻き取る巻取りリールと、供給リールと巻取りリールとの間に配置され、糸はんだ母材にフラックスを塗布するフラックス塗布手段とを備える。
【００１５】
上記の構成により、引き抜き工程等を終了し、供給リールに巻かれ、そこから供給される糸はんだ母材の表面に比較的短時間で連続的に酸化抑止作用の強いフラックスを塗布することができる。この結果、フラックス付き糸はんだを高い生産性で製造することができる。このフラックスの塗布により、糸はんだ母材の表面が直接空気と接触する部分を減らすことができる。フラックスを糸はんだ母材の全表面に塗布する場合には、直接空気と接触する部分がなくなる。また、はんだ付けの際にはフラックスは高い還元性を有する液体となるので、たとえ糸はんだの一部に酸化された箇所があっても還元して、高い信頼性のはんだ付け接合部を形成することが可能となる。
【００１６】
上述したように、本発明の糸はんだ製造装置では、供給リールの後段に配置され、糸はんだ母材の酸化膜を除去する酸化膜除去手段と、フラックス塗布手段の前段に配置され、酸化膜除去手段によって酸化膜が除去された糸はんだ母材を洗浄する洗浄手段とをさらに備える。
【００１７】
上記構成により、フラックスが塗布される前の糸はんだ母材の表面を清浄にすることができ、より確実性の高いはんだ付け接合部を形成することが可能となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
次に図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。
【００１９】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における糸はんだの断面図である。糸はんだ母材１は、Ｓｎ−Ｚｎ系はんだもしくはＳｎ−Ｚｎ−Ｂｉ系はんだ、またはＳｎ−Ｚｎ系はんだもしくはＳｎ−Ｚｎ−Ｂｉ系はんだの中にＣｕ、Ｉｎ、Ａｇ、Ｓｂの少なくとも１種を含んでいる。糸はんだ母材の組成は、Ｐｂを含まず、Ｚｎを含み、溶融温度がＳｎ−Ｐｂ系はんだと実質的に大きく相違しなければどのようなものでもよい。この糸はんだ母材１の長さ方向に沿ってフラックス２が配置され、糸はんだ３が形成されている。図１（ａ）に示す糸はんだでは、糸はんだ母材１の外側の全周にフラックスが塗布されている。また、図１（ｂ）では、円形断面の一部に凹部が設けられ、この凹部にフラックス２が収納されている。図１（ｃ）では、円筒状糸はんだ母材の中にフラックスが収納されている。糸はんだは、長さ方向に沿ってフラックスが配置されていれば、断面における配置や形状はどのようなものでもよい。しかし、糸はんだ形成後、糸はんだ使用前の期間が長い場合には、露出している母材表面に酸化層が形成されるので、図１（ａ）のように全周にフラックスが塗布されるほうが望ましい。
【００２０】
上記の糸はんだは簡便に製造することができ、はんだ付けに際して、フラックスが溶融して保護膜を形成し、従来とほとんど同じ加熱温度で、信頼性の高いＰｂフリーのはんだ付け接合部を形成することができる。また、従来、はんだ付け接合部にはフラックスを別に塗布していたが、上記糸はんだのフラックスが接合部に供給されるので、はんだ付け接合部へのフラックス塗布が不要になる。
【００２１】
（実施の形態２）
図２は、図１（ａ）に示す糸はんだを製造する糸はんだ製造装置を例示する図である。この糸はんだ製造装置では、糸はんだ母材をフラックス液内に浸漬して製造する。図２を参照して、引抜き工程を終えた糸はんだ母材が巻き取られている供給リール１２から、当該糸はんだ母材が繰り出されフラックスが塗布される。この図２の装置全体は、例えば、窒素パージされた小室など、無酸素雰囲気下で行われることが望ましい。供給リール１２から供給された糸はんだ母材１６は、巻取りリール１５に巻き取られるが、その間においてフラックスが塗布される。上記工程において、糸はんだ母材に連続的にフラックスを塗布することが可能である。供給リール１２から供給された糸はんだ母材１６は、まず第１の連通管２０にいたる。この第１の連通管２０は、容器２３の内部に連通している。容器２３内には、５％程度の希硫酸２４が連通管の高さ位置を超える高さレベルまで充填されている。第１の連通管２０の大気側は、糸はんだ母材よりわずかに径の大きい孔（図示せず）を有し、容器側は大気側より大きい径の孔（図示せず）を有している。
【００２２】
この第１の連通管２０内には、液漏れを防ぐように常に大気圧より高い圧力の不活性ガス、例えば窒素ガスが充填されているようにする。この第１の連通管を通過した糸はんだ母材１６は、希硫酸２４内を通過し、表面に形成されていた酸化膜が除去される。酸化膜を除去された糸はんだ母材１６は、次の第２の連通管２１にいたる。
【００２３】
第２の連通管２１は、容器２３と容器１８とを連結しており、その左右には同じ径の孔（図示せず）を有し、容器１８と容器２３とを連結している。第２の連通管２１には、酸化防止のために常に不活性ガスが大気圧より所定圧高い圧力となるように充填され、酸化が抑止されている。また、大気圧より所定圧以上高い圧力とすることにより、容器１８内の洗浄用水１７に容器２３内の希硫酸２４が混入することを防止している。
【００２４】
洗浄用水１７を入れた容器１８内で、糸はんだ母材１６の表面に付着した希硫酸２４を洗浄する。容器１８内を通過した糸はんだ母材１６は、次の第３の連通管２２にいたる。第３の連通管２２は、容器１１と容器１８との間に設けられており、酸化抑止のために不活性ガスが充填されるようにし、左右に孔（図示せず）を設けている。充填された不活性ガスは、大気圧より常に所定圧以上高い圧力として容器１１内のフラックス１９と容器１８内の洗浄用水とを分離している。
【００２５】
この第３の連通管２２を通過した糸はんだ母材１６は、フラックス１９を入れた容器１１内に導入され、フラックス１９内を通過する間に糸はんだ母材１６表面にフラックス１９を付着させ、第４の連通管１４にいたる。第４の連通管１４の大気側は、フラックスが付着した糸はんだよりわずかに径の大きい孔（図示せず）が設けられ、容器１１の側は大気側に比べて大きい孔（図示せず）が設けられている。第４の連通管１４内には、液漏れを防ぐように大気圧より所定圧以上高い圧力の不活性ガス、例えば窒素ガスが常に充填されている。
【００２６】
第４の連通管を通過したフラックスを表面に付着した糸はんだは、巻取りリール１５に巻き取られる。ここで、第４の連通管１４から大気中に出た糸はんだ１６の表面のフラックスに温風を当てて、フラックスを早く乾燥させるようにしてもよい。
【００２７】
上記装置を用いることにより、糸はんだ母材の表面にフラックスを連続的に付着し、酸化しやすいＳｎ−Ｚｎ系はんだを酸化させることなく、フラックスにより被覆することができる。
【００２８】
本実施の形態では、フラックス容器１１内に糸はんだ母材を通したが、フラックス容器の代わりに、フラックスを含んだ刷毛や、海綿体などのフラックス供給部材を使用してもよい。
【００２９】
上記において、本発明の実施の形態について説明をおこなったが、上記に開示された本発明の実施の形態は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれら発明の実施の形態に限定されない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
【００３０】
【発明の効果】
本発明の糸はんだを用いることにより、Ｓｎ−Ｚｎ系等の糸はんだ母材にフラックスが備えられるため、はんだ付けにおいて従来と同じ加熱温度で加熱することにより、接合部にフラックス塗布をしなくても、保護膜を形成して信頼性の高いＰｂフリーのはんだ付け部を形成することが可能となる。また、フラックスを糸はんだ母材の全周に被覆することにより、酸化しやすいＳｎ−Ｚｎ系糸はんだ母材を使用前の酸化から保護することができる。
【００３１】
また、本発明の糸はんだ製造装置を用いることにより、引抜き工程を終えた糸はんだ母材の表面を、高清浄表面とし、連続的に高能率でフラックスを塗布することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における糸はんだを示す断面図である。（ａ）は、糸はんだ母材の全周にフラックスが被覆されたものであり、（ｂ）は円形断面の一部に凹部が設けられその凹部にフラックスが収納されたものであり、（ｃ）は円筒状糸はんだ母材の内部にフラックスが収納されたものである。
【図２】本発明の実施の形態２における糸はんだ製造装置を示す図である。
【符号の説明】
１糸はんだ母材、２フラックス、３（フラックスが付着された）糸はんだ、１１フラックス容器、１２供給リール、１４第４の連通管、１５巻取りリール、１６糸はんだ母材または糸はんだ、１７洗浄水、１８洗浄水容器、１９溶融フラックス（加熱状態）、２０第１の連通管、２１第２の連通管、２２第３の連通管、２３希硫酸溶液、２４希硫酸、２５ガス圧計。

Claims

糸はんだ母材を供給する供給リールと、
糸はんだを巻き取る巻取りリールと、
前記供給リールと巻取りリールとの間において、前記供給リールの後段に位置して前記糸はんだの酸化膜を除去する酸を収容する酸容器、前記酸容器の後段に位置して洗浄用水を収容する洗浄用水容器、および前記洗浄用水容器の後段に位置してフラックスを収容するフラックス容器と、
前記酸容器に設けられた第１の連通管、前記酸容器と洗浄用水容器とを連通する第２の連通管、前記洗浄用水容器と前記フラックス容器とを連通する第３の連通管、および前記フラックス容器に設けられた第４の連通管とを備え、
前記第１〜第４の連通管に不活性ガスが充填されている、糸はんだ製造装置。
前記請求項１に記載の糸はんだ製造装置により製造された、糸はんだ。
前記糸はんだ製造装置におけるフラックスが前記糸はんだ母材の表面にフラックス膜を形成している、請求項２に記載の糸はんだ。
前記Ｚｎを含む糸はんだの主成分がＳｎ - Ｚｎであり、その中にＢｉ、Ｃｕ、Ｉｎ、ＡｇおよびＳｂのうちの少なくとも１種を含む、請求項２または３に記載の糸はんだ。
はんだ付けの接合部を含む接合部品であって、請求項２〜４のいずれかに記載の糸はんだを用いてはんだ付けを行った、接合部品。