JPH01102992A - リフロー半田付けによる電子部品の実装方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は印刷配線基板に電子部品を実装する方法に関
するものである。より詳しくはクリーム半田を用いてフ
ラットタイプの電子部品を実装するリフロー半田付は方
法に関する。なお、クリーム半田とは半田粒子粉末と７
ラツクスとを練り混ぜてペースト状にしたものをいう。

［従来の技術］ 近年、印刷配線基板に電子部品を実装するのにリフロー
半田付は方法が多く採用されるようになった。このリフ
ロー半田付は方法を第３図から第６図を参照して一般的
に説明する。第３図は印刷配線基板（１）を示す。この
基板にはランド部（２）が設けられている。ランド部（
２）は例えば露出した銅層からなる。図示の左下の二列
に配列された短冊形のランド部の群は第４図（Ａ）に示
された二方向のフラットタイプの電子部品に対するもの
である。図示の基板（１）の右上のランド部の群は第４
図（Ｂ）に示された四方向のフラットタイプの電子部品
に対するものである。第４図および第５図に示す如くフ
ラットタイプの電子部品はその周辺に多数のリード端子
（５）を有する。さてこれらフラットタイプの電子部品
を基板に実装するには、基板（１）のランド部（２）に
メタルマスクあるいはスクリーンマスク等を用いてクリ
ーム半田を印刷し、これに電子部品のリード端子を押し
付け、クリーム半田の持つ粘着力により仮装着し、その
後、赤外線や蒸気等を用いた加熱工程によって半田を溶
融し、その後、凝固させるというものである。

リフロー半田付は方法の問題点はブリッジ不良（リード
端子間に半田が渡りショートさせること）の発生とオー
プン不良（リード端子がランド部に接続されず浮いた状
態になっていること）の発生である。電子部品内の電気
回路の集積度が増すにつれて電子部品の周辺から引き出
されるリード端子の数が増えてリード端子の配列の間隔
が狭くなる。かくして高密度実装が行われるようになる
と、一般的に言って半田の量が多すぎる場合ブリッジ不
良が発生し、半田の量が少なすぎる場合オープン不良が
発生する。

従来の技術は半田の量を少なくするということが基本で
あった。例えば特公昭５７−２９０７２号公報に示され
たリフロー半田付は方法の特徴はランド部から溢れない
ようにランド部にクリーム半田をスクリーン印刷すると
いうことである。

それまで半田メツキによりランド部全域にわたってしか
もランド部周辺において膨れ上がるように存在していた
半田の量を、前述の如くクリーム半田をスクリーン印刷
することにより減少させ、かくして例えば０．６３５ｍ
の如き狭いリード端子間隔でもブリッジ不良の発生を見
なくなったと報告している。しかしこの方法は、リード
端子が水平に真直ぐに延びたもので何等フォーミング（
曲折加工をいう）されていない（第５図参照）。第６図
の下に示す如くリード端子（５）がフォーミングされて
いるものでは、クリーム半田（３）をランド部（２）区
域面積以下の面積で施与してもブリッジ不良が発生する
のである。

フォーミングされているものについては特開昭５８−１
３２９４０号公報がある。これはフォーミングされたリ
ード端子を有するフラットタイプの電子部品を基板に実
装するに際して、フォーミングされたリード端子の接続
部の長さより狭い幅のクリーム半田層を基板にランド部
の在る区域面にへたいちに一様に被着するということを
活性化するものである。それまではリード端子の接続部
の長さより広い幅のクリーム半田層を一様に被着してい
たのである。つまり、この特開昭５８−１３２９４０号
公報も半田の量を少なくしようというものである。とこ
ろで、この技術の基本にある、クリーム半田層を基板に
ランド部のある区域面にべたいちに一様に被着するとい
うやり方では、隣接するランド部間の間隔が狭小になる
と、融けた半田は隣接するランド部にまたがったままで
安定し、ブリッジ不良を除去しえないのである。

更にこの特開昭５８−１３２９４０号のクリーム半田の
被着は通常デイスペンサーで行われる。これは少量生産
に向くが、大量生産には不適当なのである。なぜならば
、このようなべた塗りとも称する被着を大量生産で行う
べく例えばメタルマスクを用いた印刷で行うと、必要な
半田量が確保されないのである。更に詳しく説明すると
、メタルマスクの厚みを増やすとクリーム半田がマスク
から扱けなくなり、厚みは必然的に薄くしなければなら
ないからである。かくしてこの特開昭の方法を大量生産
に適用するとオープン不良を生ぜしめるのである。そし
てたとえオープン不良でなく、リード端子がランド部に
接合していても、半田の量が少ないためにその接合は不
安定で永年に亘る品質の保証を為しえないのである。

かくして、半田の量をランド部とリード端子の接続部と
の接合をしっかりと安定させ永年に亘り維持するに十分
なものとなし、しかもブリッジ不良の発生を抑える大量
生産向きのリフロー半田付は方法の開発が求められてき
たのである。

［発明が解決しようとする問題点］ つまり、従来の大量生産におけるリフロー半田付は方法
では半田の量が多くなるとブリッジ不良がおり、半田の
量が少なくなるとオープン不良がありかつ永年に亘る接
合安定性が得られないという問題点があるということで
ある。

本発明は、かかる問題点を解消するためになされたもの
で、フォーミングされたリード端子を有するフラットタ
イプの電子部品を十分な半田量でしっかりと印刷配線基
板に実装し、しかも隣接するリード端子間をショートさ
せるブリッジ不良の発生をなくすリフロー半田付は方法
を提供することを目的とする。

［問題点についての考察］ 現在のクリーム半田を印刷する技術では、クリーム半田
のチクソ性（剪断応力が加わっている時に粘度が低下す
る性質、即ち印刷していると粘度が低下する性質）のた
め、印刷を繰り返しているうちに垂れが生じる。この垂
れは大量生産する上で不可避である。更には電子部品搭
載時、および加熱時にも垂れは生じる。そして現状のプ
ロセスではかかる垂れは不可避である。

ここで、半田の絶対量が少なければ、垂れも少なくブリ
ッジ不良に至らないが、逆にオープン不良が見られ、ま
た接合強度および信頼性が落ちる。オープン不良はフォ
ーミングされたリード端子の接続部の高さに多少のバラ
ツキが有ることにより生じる。そしてこのオープン不良
は導通検査でプローブピンを当てたときに前記接続部が
押し下げられて導通してＯＫの判定が出て発見しにくい
のである。これに対しブリツ　′シネ良は検出しやすい
。従ってオープン不良を回避した、かつ接合強度および
信頼性を確保すべく半田の量を多めにした所定量が決ま
るのである。

さて、フォーミングされたリード端子を持つフラットタ
イプの電子部品を前記所定量のクリーム半田を用いて基
板に実装した場合に見られるブリッジの発生場所には特
定の性質が有ることが判明した。これを第７図について
説明する。

第７図（Ａ）はフォーミングされたリード端子（５）の
接続部（６）が基板のランド部（２）に施与されたクリ
ーム半田（３）にその粘着力により仮装着されている状
態を示す。第７図（Ｂ）はクリーム半田が融けた直後の
状態を示し、クリーム半田（３）の厚みが減少している
ことを示している。

その後、融けた半田がランド部とリード端子の接続部と
の間でメニスカスを作って安定すべく流動する。この流
動は特にリード端子（５）の接続部（６）の付は根付近
から急激に立ち上がっている部分において特別な作用を
もたらしこの付近でのブリッジ不良の発生を助長するか
のようになっている。かくして第７図（Ｃ）に示す如く
接続部（６）の付は根付近においてブリッジを生ぜしめ
ている。しかし横から見ると第７図（Ｄ）の如くである
。つまり第６図に示す如くライン（１０）付近に沿った
部分にブリッジ（７）が特に発生するのである。

この現象を更に追及して行くと次のことが判明した。こ
れを第８〜１０図を参照して説明する。なお、第９図は
第７図（Ｂ）の斜視図であり、第１０図は第９図のＸ−
Ｘ線に沿う断面を示すと共にその変化を示す。さてラン
ド部間に跨がっている溶融半田はその中心の厚み（１）
がある臨界値以下であると二つに分かれて短絡は綺麗に
解消する。それは基板に対して溶融半田が濡れない性質
を有しているからである。ところが前記臨界値以上であ
るとより厚みを増した準安定の状態となり凝固してブリ
ッジ不良となる。

つまり点線（ｂ）に示す如く臨界値ｔｃｂを境界にして
厚み（１）が小さいと左へ移行して短絡の解消となり、
厚み（１）が臨界値ｔｃｂより大きいと右へ移行して準
安定の短絡になる。換言すれば、ランド部からはみ出し
ていたクリーム半田（前記垂れ）が溶けて互いに繋がり
ランド部を跨いだ状態になった時の溶融半田の表面エネ
ルギーは臨界値ｔｃｂで最高である。その両側に低い安
定状態がある。なお、ブリッジ不良となる右側の状態は
基板を跨いでいるだけ左側の安定状態よりエネルギー単
位は高い。

さて、第６図のライン（１０）にブリッジ不良が集中す
る理由として、リード端子の金属に対して濡れる性質と
なった溶融半田がリード端子（５）の接続部（６）の根
元の立ち上がり部域へメニスカスを完成させる時に流れ
る（第７図（Ｃ）のＳ参照）のに伴って、ランド部とラ
ンド部とに跨ってつながっていたクリーム半田のはみ出
し部（複数あるかもしれない）もライン（１０）に向け
て移動し、そこで集積して厚み（１）を増し、臨界値ｔ
ｃｂを越すからであると本発明者は判断した。更に、厚
み（１）を補給する溶融半田の流れ（第７図（Ｃ）のＳ
参照）がある場合と、ない場合、更にこの反対の流れが
ある場合とで、前記臨界値が変わってくるということも
突き止めたのである。そこでこの流れをコントロールし
てやればブリッジ不良の発生を無くすことができるであ
ろうということが判った。

このような訳で、クリーム半田のペースト状態から半田
の溶融状態へ変化したときに生じる流れをコントロール
することにより第８図の実線（ａ）で示す如く臨界値を
ｔＣａのように従来のｔａｂより大きくでき、従ってブ
リッジ発生の割合を低くすることができるということが
第８図から図式的に判るのである。

何故ならば従来の低い臨界値ｔｃｂと本発明による高い
臨界値ｔｅａとの間に在る厚み（１）を有するものは、
本発明の方法により短絡解消の方向に向かう一方、従来
の方法では短絡生成（Ｐ）に向かうから、その差だけブ
リッジ発生の割合が低くなるのである。

［問題点を解決するための手段］ さて、問題はいかにして溶融半田の流れをコントロール
するかということになる。この発明に係る方法は、ラン
ド部に印刷されたクリーム半田の先端よりも更にランド
部が実質的に伸びた延長部域を有し、このランド部の延
長部の表面をより活性化することを活性化する。

［作用］ かくして、溶融時におけるクリーム半田の流れにおいて
、この流れを抑制し、更にランド部の延長部へ向けての
流れをひとまず生ぜしめて、短絡の生成（Ｐ）を抑制お
よび消滅させる。

［実施例］ 以下、この発明の一実施例を第１図について説明する。

図において、（１）は印刷配線基板、（２）はランド部
、（３）はクリーム半田、（４）はフラットタイプの電
子部品、（５）は電子部品（４）から出されたリード端
子、（６）はリード端子（５）がフォーミングされてで
きた接続部である。接続部の傾斜角度は３〜４度である
。ランド部（２）は銅である。クリーム半田（３）は錫
−鉛共晶半田（融点１８３℃）の１０〜１５０μｍの粒
子粉末く約１０１量パーセント）とフラックス成分（約
１０１量パーセント）および特殊な添加剤等とを練り混
ぜてなるペースト状のものである。フラックスは５０重
量パーセントの固形分と５０重量パーセントの溶剤分と
からなる。固形分としてはロジン、活性剤、チクソ剤、
および安定剤である。溶剤分としてはグリコール等であ
る。特殊な添加剤は印刷性、常温での粘性を考慮したも
のである。この実施例で用いたクリーム半田は常温で１
０万〜９０万Ｃポアズ、１８３℃で２〜５Ｃポアズであ
る。リード端子（５）は４２７０イ（鉄−ニッケル合金
）であり、これに９０Ｓｎ−１０Ｐｂ半田メツキ（融点
２１５°Ｃ）が施されている。ランド部の幅は０．４０
ｍ、ランド部間隔は０．２５ｍである。それで隣接する
ランド部ピッチは０．６５ｍである。

さて従来の第７図（Ａ）に示すものと異なる点は、本発
明ではランド部（２）の先端が前方（左側）に延びてい
ることである。

このようなランド部を有する基板（１）に電子部品（４
）を搭載した後、蒸気で加熱すると、クリーム半田（３
）が融ける。このとき、クリーム半田（３）がメニスカ
スを完成すべく流動するのであるが、より活性化された
延長部（１２）に向けて流れようとするため、従来の如
くランド部の先端から接続部（６）の根元部へ向かう流
れ（Ｓ）が抑制され、あるいは無くなり、ブリッジ不良
の発生を抑制するか、抑止すべく短絡を積極的′に解消
する。凝固すると第２図のようになる。

活性化は液体または蒸気状の７ラツクス、アルゴンレー
ザあるいはエキシマレーザ等により行われる。そしてこ
の活性化はクリーム半田（３）の溶融前に行ってもよい
し、溶融中に行ってもよい。つまり、いずれの場合でも
、溶融半田をランド部（２）の延長部（１２）へ引き、
これにより短絡があればその短絡を切るのである。

また、この活性化は全てのランド部の延長部（１２）に
ついて行ってもよいし、あるいは必要個所のみに行って
もよい。必要個所とは短絡が見られるリード端子がある
ランド部の延長部（１２）である。勿論、必要個所につ
いて行うのはクリーム半田の溶融中あるいは半田が融け
ている間においてである。更に具体的には、半田が凝固
する前に短絡の有無を検査し、短絡が見られる個所のラ
ンド部の延長部（１２）を活性化し、かくして、溶融半
田をランド部（２）の延長部（１２）へ引寄せ、短絡か
ら溶融半田を用法き、その厚み（１）を前述の臨界値ｔ
ｅａより小ざくしで短絡を解消させる。

なお、上記実施例では加熱熱源としてＶＰＳ（蒸気凝縮
半田付は法）を利用したが、赤外線炉に入れて加熱して
もよいし、ホットプレートを当てるようにしてもよい。

また、クリーム半田の材料に錫−鉛共晶半田を用いたが
、これとは異なる配合比の半田であってもよいし、成分
の異なるｒｎ系の低融点半田等でもよい。ランド部（２
）も銅に限らず、例えば共晶半田をコーティングしても
良い。リード端子（５）も４２アロイに９０Ｓｎ−１０
Ｐｂ半田メツキしたものでなくても、例えば銅合金等で
もよい。基板もガラス・エポキシ銅張積層板以外にＦＰ
Ｃ（フレキシブル配線板）等でも良い。更に接続部（６
）の傾斜は３〜４度に限られることなく１０度程度まで
よい。

［発明の効果］ この発明のリフロー半田付は方法では以上説明したとお
り、狭小ピッチのリード端子を有するものにおいても、
従来の最難点であったブリッジ不良およびオープン不良
を防止し、次世代コンピュータ等の電子部品実装法とし
て非常にコストパーフォーマンスに優れた信頼性に富む
接合が得られるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す図、第２図は凝固し
た状態の前記一実施例を示す図、第３図は印刷配線基板
を示す図、第４図はフラットタイプの電子部品を示す図
、第５図はフォーミングされないフラットタイプの電子
部品の側面図、第６図は従来のリフロー半田付は方法に
よる実装の平面を示す図、第７図はブリッジ不良発生の
メカニズムを示す一連の図、第８図はブリッジ不良にな
るか否かの臨界値を示す観念図、第９図は第７図（８）
の斜視図、第１０図は第９図のＸ−Ｘ線に沿う断面図で
ある。 図において、（１）は印刷配線基板、（２）はランド部
、（３）はクリーム半田、（４）はフラットタイプの電
子部品、（５）は電子部品（４）から出されたリード端
子、（６）は接続部、（１２）は延長部である。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）電子部品から互いに一定間隔を隔てて突出する少
   なくとも二本のリード端子を有しこのリード端子が接続
   部を有するようにフォーミングされている電子部品を、
   前記リード端子に対応したランド部を有する印刷配線基
   板に常温で粘性のクリーム半田をそのランド部に印刷し
   、これに前記接続部を粘着力で接着させた後、加熱しそ
   の後冷却することにより、印刷配線基板に実装するリフ
   ロー半田付けによる電子部品の実装方法において、 ランド部に印刷されたクリーム半田の先端よりも更にラ
   ンド部が実質的に伸びた延長部域を有し、このランド部
   の延長部域の表面をより活性化することを特徴とするリ
   フロー半田付けによる電子部品の実装方法。
2. （２）クリーム半田を印刷する前にフラックスで前記延
   長部域を活性化する特許請求の範囲第１項記載のリフロ
   ー半田付けによる電子部品の実装方法。
3. （３）クリーム半田の溶融直前に前記延長部域を活性化
   する特許請求の範囲第１項記載のリフロー半田付けによ
   る電子部品の実装方法。
4. （４）クリーム半田の溶融中に短絡が見られるリード端
   子のランド部の延長部域を活性化する特許請求の範囲第
   ３項記載のリフロー半田付けによる電子部品の実装方法
   。
5. （５）蒸気状のフラックス、アルゴンレーザあるいはエ
   キシマレーザにより活性化する特許請求の範囲第３項ま
   たは第４項記載のリフロー半田付けによる電子部品の実
   装方法。