JPH01274491A

JPH01274491A - 非共晶ハンダを使用した基板装置

Info

Publication number: JPH01274491A
Application number: JP10347588A
Authority: JP
Inventors: Masaya Naoi; 雅也直井; Takashi Usuha; 薄葉　隆
Original assignee: Aiwa Co Ltd
Current assignee: Sony Group Corp
Priority date: 1988-04-26
Filing date: 1988-04-26
Publication date: 1989-11-02

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、気相式ハンダ槽などを使用して面実装型電
子部品をプリント基板上に固定するようにした基板装置
、特に非共晶ハンダによって面実装型電子部品を固着し
た基板装置に関する。

［従来の技（１テ］ハイブリット型ＩＣ等では、その実装密度を高めるため
、ＩＣ基板に実装される電子部品はチップ型コンデンサ
等のように、軽薄短小化された面実装部品が使用きれる
傾向にある。

また、面実装部品の大きざは挿々あり、同一の電子部品
であってもその大きさは、極々雑多である。

このような面実装部品を実装するには、通常リフローハ
ンダ付は装置が使用きれることが多い。

これは、第４図に示すように所定のプリント基板５上に
形成された導電層６．７間にペースト状ハンダ８．９等
によって、面実装部品１が仮止めされ、仮止めきれた状
態で、プリント基板５が赤外線リフロー炉や気相ハンダ
槽（何れも図示せず）内に搬送される。

ペースト状ハンダ８，９としては、通常高融点のハンダ
、例えば５ｎ−Ｐｂ系の共晶ハンダ（その融点は、１８
３℃）が使用される。

赤外線リフロー炉や気相ハンダ槽内の高温雰囲気（１８
３℃以上）中をプリント基板５が通過することによって
、ペースト状ハンダ８，９が溶融し、その後の搬送によ
ってプリント基板５が冷却される。これで、溶融きれた
ハンダが固化して面実装部品１がプリント基板５上に固
着されることになる。

［発明が解決しようとする課題］ところで、上述したように赤外線リフロー炉や気相ハン
ダ槽などのハンダ付は装置を使用して、面実装部品１を
プリント基板５上に実装する場合、ハンダ付は装置内の
高温雰囲気中を通過するすべての面実装部品１が常に−
様な温度で加熱されるとは限らない。

それは、実装される電子部品の形状、大きざ等は様ノ？
であって、大きな面実装部品に隣接した小きな面実装部
品等にあっては、この大きな面実装部品による影響を受
け、近接する左右の７ｆ１１ｍ部３゜４間であっても、
温度差が生ずることもあるからである。

このように温度の高低差があると、ペースト状ハンダ８
，９の溶融状態も当然相違し、このことは、温度の高い
側のペースト状ハンダが完全に溶融してし、他方のペー
スト状ハンダは完全には溶融しないというｒｌ象が一時
的に生ずる。

このように、一方例えば、左側ペースト状ハンダ８が完
全溶融し、右側ベースト状ハンダ９が不完全溶融状態で
あると、完全溶融したペースト状ハンダ８側の方が、他
方よりペースト状ハング８自体の表面張力が大きくなる
。

この表面張力差は、第４図矢印で示すように両型極部３
，４での高さ方向におけるモーメント（回転モーメント
の垂直分力）の差異となって現れ、完全溶融側の電極部
３に加わるモーメントの方が、不完全溶融電極部４側に
加わるモーメントよりも、ふかに大きくなる。

これに起因して、面丈装部品工が？５５図に示すように
立ち上がってしよういわゆるマンハッタン現象が起きる
。

マンハッタン現象は、部品が小きくなればなるほど相対
的に部品の自重に対するハンダの表面張力が大さくなる
ので、より発生しやすい状態どなる。

今日の電子部品においては、実装密度の向上を目脂して
いるために、部品自体を小ざくする傾向にあり、従って
、マンハッタン現象が生じ易い条件下にある。

また、近年発達してきた気相ハンダ付は法（ＶＰＳ法）
においては、特にマンハッタン現象が起き易く、大きな
問題となっている。

マンハッタン現象による接合不良は、リフローハンダ付
けの歩留り及びイ３頼性を著しく低下きせる要因となっ
ている。

マンハッタン現象を防止し、ハンダ付不良をなくすには
、第６図に示すように接着剤１４を使用して面実装部品
１の起き上がりを防止することが考えられる。

しかし、この接着剤１４を使用すると、第７図に示すよ
うに面実装部品１の載置がずれたようなときには、ずれ
た状態でハンダ付されてしまう。

これによって、他の電子部品との接触事故等を惹起する
虞れがあり、あまり得策な解決手段とは言い難い。

接着剤を使用しなければ、仮に部品がずれて載置されて
いても面実装部品１には、第８ＵＡΔに示ずように溶融
ハンダによる水平方向のモーメント（矢印）が作用する
ため、この面実装部品１に対して、方向修正力（セルフ
アライメント）が働く。

これによって、同（２１Ｂに示すように正規の位置に固
定きれることになる。

接着剤１４を使用すると、この溶融ハンダによるセルフ
アラ−Ｃメン５作用が活用できない。

そこで、この発明においては、このような面実装部品の
立β上がり現象が生じないようにした非Ａ部品ハンダを使用した基板装置を提案するものである。

［課題を解決するための手段］上述の問題点を解決するため、この発明においでは、固
相線とｉｌｌ相線とが一致しないようにその成分比が選
定されてなるノ］三共晶ハンダを使用して、面実装型電
子部品がプリント基板上に実装されるようになきれたこ
とを特徴とするムのである。

［作　用］第３図に示す合金の融点図つまり状態図から明らかなよ
うに、共晶点ｐから外れるように合金の組成比を選択す
ると、合金の固相線Ｌａと液相線Ｌｂとが一致しなくな
る。

例えば、組成比がＱとなるようなハンダつまり非共晶ハ
ンダ（この例では、二元合金）を使用した場合には、固
相線Ｌａの温度Ｔ１と液相線Ｌｂの温度Ｔ２とが相違す
る。

この非共晶ハンダを使用する場合、第１の加熱工程で加
熱温度をＴ１とＴ２の間の適当な温度Ｔｃの雰囲気中を
通過させる。この温度雰囲気中を通過ぎせることによっ
て非共晶ハンダは、液体と固体とが混在した状態となる
。つまり、半溶融状態どなる。

このとぎ、仮に一方のＴｉ極側の加熱温度がＴｃ以下で
、この電極に塗布された合金ハンダが半溶融状態となっ
ていないときでも、マンハッタン現象は生じない。これ
は、半溶融状態では溶融ハンダによる表面張力が小ざい
ので、この表面張力によっては他方の電極側を引上げる
だけの力が加わらないからである。そして、時間と共に
この電極側す半溶融状態となる。

次に、第２の加熱工程に移って、）１２相状態となる温
度１゛２以上に加熱された温度雰囲気中を通過させる。

こうするど、非共晶ハンダが完全に溶ｆ５４１する。

ここで、一方の非共晶ハンダのみが先に完全溶融しても
、そのときの表面張力によってはマンハッタン現象は生
じない。それは、このとさ・には、すでに少なくとも他
方の電極側も半溶融状態となっているからである。そし
て、時間と共に半溶融状態側のハンダも完全溶融する。

従って、歩留りのよい基板装置を提供でさ″る。

また、このように２つの加熱工程によって非共晶ハンダ
を溶融固化すれば、マンハッタン現象の発生率をほぼ零
にてさ・る。

［実　施　例］続いて、この発明に係る非共晶ハンダを使用した基板装
置の一例を第１図以下を参照して詳にＩ［Ｉに説明する
。

この発明においても、第１図に示すように、プリント基
板５に形成された所定の導電層６，７上に裁置された面
実装部品１がペースト状をなす非共晶ハンダ１０．１１
によって固着されて、基板装置が構成される。

非共晶ハンダ１０．１１の固着は、後述するように加熱
温度の？ＪｆＪ節が容易な気相ハンダ槽を使用したハン
ダ付は装置が使用される。

面実装部品１を接合するハンダとしては、固相線と液相
線とが一致しないようにその成分比が選定された非共晶
ハンダが使用きれる。

第３図に示す合金の融点図つまり状態図を参照して、非
共晶ハングを説明する。

第３図は錫Ｓｎと鉛Ｐｂの二元合金からなる合金ハンダ
の状態図であって、ｐが共晶点を示ず。

共晶点ｐは固相綿Ｌａと液相線Ｌｂとが一致する金属組
成比を指す。共晶点ｐの金属組成比となるような合金ハ
ンダは、通常共晶ハンダと百オ〕れている。この共晶ハ
ンダは所定の加熱温度Ｔ　１以上になると溶融する。

これに対して、共晶点ｐから外れるように合金の組成比
が選択きれた非共晶ハンダを使用すると、合金の固相Ｐ
ＡＬ　ａと液相綿Ｌｂとが一致しなくなる。

例えば、組成比がＱとなるように合金を構成した場合に
は、固相線り、ａの温度Ｔ１と液相線Ｌ　Ｌ）の温度］
゛２とが相違する。

従って、第１の加２に工程で加熱温度をＴ１とＴ２の間
の適当な温度Ｔｃに設定した場合には、非共晶ハンダは
、肢体と固体が混在する状態、つまり半溶融状態となる
。

この半溶融状態では、面実装部品は軽く全屈結合される
。

このとさ、仮に一方の電極側の加熱温度がＴｃ以下で、
この電極に塗布されたプ１ミ共晶ハンダ１０が半溶融状
態となっていないとさ・でも、マンハッタン現象は生じ
ない。

これは、半溶融状態ではハンダ１０による表面張力が小
さいので、この表面張力によっては他方の電極側を引上
げるだけの力が加わらないからである。

次に、第２の加熱工程に移って、加熱温度を液相状態と
なる温度Ｔ２以上に加熱する。こうすると、非共晶ハン
ダ１０が完全に溶融する。この加熱温度によって、不完
全溶融状態であった他方の電極側の非共晶ハンダ１０（
１１）も完全に溶融する。

ここで、一方の非共晶ハンダ１０のみが先に完全ｉδ融
しても、そのときの表面張力によってはマンハッタン現
象は生じない。それは、このときには、すでに少なくと
も他方の電極側も半溶融状態となっていて、軽く金属結
合きれているからである。

非共晶ハンダの組成は上述したスズ、鎗の他に、スズＳ
ｎＳ鉛Ｐｂ、ビスマスＢｉ及び銀Ａｇの四元合金を非共
晶状態にして使用してもよい。この非共晶ハンダを使用
した場合の同相線の温度Ｔ１は１８９℃程度であり、液
相線の温度Ｔ２は２０９℃程度である。

ペースト状の非共晶ハンダ１０（１１）を使用して第１
図のように面実装部品１をハンダ付けすると、以下のよ
うな工程を経てプリント基板５に面実装部品１が固着さ
れることになる。

使用した非共晶ハンダは上述したような両相綿と液相線
とに選定された四元合金＜　Ｓ　ｎ　−１’　ｂ　−１
１ｉ　−Ａ　ｇ　）からなるハンダである。ハンダ装置
どしては、温度コントロールの容易な気相式ハンダ槽を
使用した。

第２因を参ｉｊ：ｊ　ｌ、て基板装置の装め方法の一例
を説明する。

まず、プリント基板５上に形成された所定の導電層６．
７上に上述した非共晶ハンダ１０．１１が所定屋塗布さ
れ、それらの上面に！！置きれた面実装部品１がこの非
共晶ハンダｔｏ、１１によって仮止めされる（第２図へ
）。

この状態でプリント基板５が第１０力１ばΔ温度にコン
トロールされた気相式ハンダ槽内に搬送される。

第１の加熱温度は温度Ｔ１以以下２以下の適当な温度’
Ｉ’　ｃである。上述した非共晶ハンダ１０，１１を使
用する場合においては、気相式ハンダ槽に充填される溶
剤として沸点が１９０ｔ：程度の溶剤を使用すればよい
。

この加熱条件によって、ハンダ１０．１１が溶融し始め
る。

この場合、面実装部品１の電極部間で温度差があると、
そのうりでも？：！Ｊ温側か先に溶融する。第２図Ｂは
ハンダ１０が半溶融した状態を示している。；３のため
、電極部３側は半溶融したハンダ１０により軽く接合さ
れる。

これに対して、電極部４側のハンダ１１はまだ半溶融状
態とはなっていない。しかし、上述したようにハンダ１
０の半溶融による表面張力は極くイ！６かであるために
、その力で面実装部品１の片側を持も上げられるまでに
は至らない。従って、マンハッタン現象は生じない。

しかし、ハンダＪｉＩｉを通過するまでには若干の時間
を要するので、この通過時間内には他方の電極部４側の
ハンダ１１も半溶融し、電（劣部３，４は何れも非共晶
ハンダ１０．．１１によって軽く接合される（第２図Ｃ
）。

次に、第２の加熱工程に移る。第２の加熱工程は、雰囲
気温度が液相温度′■°２以上の温度に選定される。実
施例では、沸点が２１５℃の溶剤を使用した場合である
σ５で、第２の加熱１晶度は２１５℃となる。

この；開度雰囲気中にある気相式ハンダ槽内を上述した
プリント基板５が搬送される。そうすると、半溶融状態
のハンダ１１も溶融状態となり、電極部３はノ１ミ共晶
ハンダ１０によって完全に固着きれる（同図Ｄ）。

このとき、電極部３．４間に温度差があると、上述した
と同じ理由によって、電極部４　ｆｉｌｌのハンダ１１
は即座には溶融状態とはならない。しかし、第１の加熱
工程によって電極部４は導電層７に軽く金属接合きれて
いるから、この場合も、マンハッタン現象は起きない。

ハンダ槽の中央部までＩａ３Ａされると、それまでの時
間経過によってハンダ１１ム溶融して電極部４も非共晶
ハンダ１１によって完全に固着されることになる（同図
Ｅ）。

このように非共晶ハンダ１０．１１を使用すると共に、
異なる）５１１度雰囲気中を搬送させることによって、
マンハッタン現象の発生率をほぼ完全になくすことがで
きる。

なお、上述では異なる加熱温度を得るハンダ装置として
、気相式のハンダ槽を使用したが、これに限らず、赤外
線リフロー炉の組合せでもよく、また気相式と赤外線リ
フロー式とを組合せて使用してもよい。ざらに、熱風式
、ホットプレート式など？ｒ［のりフローハンダ付は装
置をｊ■合せて使用することができる。

二元合金若しくは多元合金で非共晶ハンダを溝成した場
合、共晶点ｐを外れて組成を組めばよいので、その組成
比は特に問題とされないが、実際上は固相線と液相線と
が余り接近しない方が好ましい。

［発明の効果］以上説明したように、この発明においては、非共晶ハン
ダを使用すると共に、面実装部品を載置したプリント基
板を異なるＣ品度雰囲気中を（７）送させることによっ
て、面実装部品をプリント基板に固定するようにした乙
のである。

これによれば、第１の加熱工程において半溶融状態にあ
るハンダによって面実装部品を軽く金属結合できるので
、面実装部品のマンハッタン現象を確実に一掃できる実
益を有する。

従って、この発明はチップ化さ°れた微小面実装部品を
実装する基板装置に使用して極めて好適である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る非共晶ハンダを使用した基板装
置の一例を示す要部の断面図、第２図はこの発明に係る
基板装置の７Ａ造工程を示す図、第３１図しｔハンダの
状態図、第４図はプリント基板への実装状態を示す図、
第５図はペースト状ハンダによるマンハッタン現象の発
生を示す図、第６図は従来の他の実装状態を示す図、第
７図はそのときの平面図、第８図はセルフアライメント
効果の説明図である。１・・・面実装部品３．４・・・電極部１０．１１・・・非共晶ハンダ待〃「出願人アイワ株式会社第１図第３図第２図第６図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）固相線と液相線とが一致しないようにその成分比
が選定されてなる非共晶ハンダを使用して、面実装型電
子部品がプリント基板上に実装されるようになされたこ
とを特徴とする非共晶ハンダを使用した基板装置。