JPH03218950A - 無フラックスはんだ付け方法 - 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】 ［産業上の利用分野コ この発明は、例えば圧カセンサ・ユニット等のように、
高度の気密性が要求される微小なはんだ接合部をフラッ
クスを用いないで接合する無フラックスはんだ付け方法
に関する。

［従来の技術コ 例えば、圧カセンサ・ユニットのはんだ接合部分は、接
合部寸法約０，５■と微小寸法であり、且つ例えば漏れ
量１×１０−ｌｌａｔｌ−ＣＣ／Ｓ以下の高度の気密性
が要求されている。したがって、従来においてははんだ
濡れ性を良好にするため、はんだ接合面にフラックスを
塗布してはんだ付けを行っている。

しかし、フラックスを介在させて加熱すると、このフラ
ックスからガスが発生し、このガスがはんだ付け部分に
残留するようになる。このはんだ付け部分に残留するガ
スは、ボイドとなってはんだ付け部分に残り、このボイ
ドが接合部分の気密不良の大きな原因となる。したがっ
て、特に接合部分が微小寸法である場合には、その接合
部の気密性を向上させることが困難となる。また、はん
だ付け後にフラックス残渣を洗浄する必要があり、はん
だ付け工程数を増やすことになる。

［発明が解決しようとする課題コ この発明は上記のような点に鑑みな・されたもので、特
に微小接合部分における気密性が効果的に向上させられ
るようにフラックスを使用することなく、例えばはんだ
濡れ性の良好な金属部材と、はんだ濡れ性の良好でない
ガラス部材との接合等が効果的に行われ、圧カセンサ・
ユニットの組み立て等が高度の気密性を持って簡単に行
われるようにする無フラックスはんだ付け方法を提供し
ようとするものである。

［課題を解決するための手段コ この発明に係る無フラックスはんだ付け方法にあっては
、接合面がはんだ濡れ性の良好な第１の部材と、接合面
が第１の部材ほどはんだ濡れ性の良好でない第２の部材
とを、相互間にはんだ箔を挟んで、前記第１の部材が上
側に、第２の部材が下側に位置するように、接合面を対
向して組み付け設定し、還元雰囲気中で加熱するように
する。

［作用］ この様な無フラックスはんだ付け方法によれば、はんだ
濡れ性の良好な接合面が上側に位置し、はんだ濡れ性の
良くない接合面が下側に位置されるものであるため、は
んだ濡れ性の良くない接合面に荷重さらにはんだの自重
が作用するようになり、例えばガラス材料でなる第２の
部材の接合面のはんだ濡れ性が促進される。したがって
、はんだ濡れ性の良好な第１の部材の接合面との相互の
はんだ濡れ性のアンバランスが解消され、接合部全体の
はんだ濡れ性が改善されたと同等の結果が得られる。さ
らに気泡が発生しても、これが効果的に排出されるよう
になる。

［発明の実施例］ 以下、図面を参照してこの発明の一実施例を説明する。

この実施例にあっては、接合面寸法が微小であり、且つ
接合部の高気密性が要求される圧カセンサ・ユニットを
組み立てる場合を示しているもので、第１図はそのはん
だ付け時の構成を示している。

圧カセンサは、金属製のステムｌ１と半導体等によって
構成されたセンサ本体ｌ２を取り付けるガラス台座ｌ３
とを接合することにより組み立てられる。

ここで、ステム１１にはその中心軸部分に圧力導入通路
１１１が形成されており、またガラス台座ｌ３には、そ
の中心軸部分にセンサ本体１２部に至る圧力導入口１３
１が形成されており、この圧力導入通路１１１と圧力導
入口１３１とは同軸的に連通して接続されるようにする
。そして、圧力導入通路Ｉｌｌに導入される被測定圧力
が、センサ本体ｌ２に作用するようにしている。

この様なステム１１とガラス台座ｌ３を接合するに際し
ては、第１図で示されるように治具１４に対して、セン
サ本体ｌ２を取り付けたガラス台座１３を固定設定する
。この場合、センサ本体１２部を下側に設定し、ガラス
台座ｌ３の圧力導入口１３１が上側に開口設定されるよ
うにしているもので、このガラス台座ｌ３の圧力導入口
１８１の開口する端面に、ステムｌ１が接合されるよう
になる。

この様に治具ｌ４にガラス台座ｌ３が設定された状態で
、このガラス台座１３の上側端面にはんだ箔１５を載置
し、このはんだ泊ｌ５上にステム１１を載置するもので
、この状態で、ステムｌ１とガラス台座ｌ３との組み立
て構造が、治具ｌ４によって固定設定されるようになる
。

この様に治具１４によって、ステム１１とガラス台座１
３との組み立て構造が設定されたならば、これを例えば
Ｈ２　／Ｈ２　＋Ｎ２　＝３０〜５０％の還元雰囲気中
で加熱する。

ここで、ガラス台座に対してステムをはんだ付けする場
合には、一般的にはステムを下側に置きー、その上に、
はんだ箔等を介してガラス台座を設置し、これを加熱す
ることによってこの両者を接合するようにしているもの
で、この様な従来の手法によりフラックスを用いない場
合には、はんだ濡れ性が不充分であり、高度の気密性確
保ができない。

第２図および第３図は、はんだ付けを行う以前のステム
１１の接合面、およびガラス台座１３の接合面における
表面酸化膜のオージエ分析による調査結果を示している
。この図でそれぞれ（Ａ）図は表面構造を示し、（Ｂ）
図は調査結果を検出強度と分析深さとの関係で示してい
る。

すなわち、ステムｌ１の接合面には酸化膜が検出されな
いのに対して、ガラス台座１３の接合面には約１０〜１
５人の厚さの酸化膜が存在し、はんだへ濡れ性がステム
１１の接合面に比較して僅かに劣る。

第４図ははんだ濡れのモデル実験を説明するためのもの
で、（Ａ）図は第１図で示した状態で組み付けた場合を
示し、（Ｂ）図は従来の手法で接合した場合を示してい
る。そして、このいずれの場合も、上下の部材の接合面
の間にはんだ箔を挿入し、Ｈ２　／　（Ｈ２　＋Ｎ２　
）−３０％の還元雰囲気中で加熱した。この加熱に際し
ては、はんだ接合面に作用する荷重を変化させ、ガラス
台座面のはんだ濡れ状態を調査した。ここで、図に示す
γは各はんだ接合面における表面張力であり、このγの
値の大きい方がはんだ濡れ性が良好である。

そして、この第４図の（Ａ）および（Ｂ）で示した各モ
デルにおいて、はんだ付け接合面を引き剥がし、顕微鏡
で観察した結果を第５図および第６図に示す。第５図お
よび第６図において、それぞれ曲線Ａは第４図の（Ａ）
に示した実施例による方法によってはんだ付けした場合
であり、曲線Ｂは第４図（Ｂ）で示した従来手法によっ
てはんだ付けした場合の結果を示している。

すなわち、この調査結果から明らかなように、実施例の
手法（Ａ）ではんだ付けした場合には、従来手法（Ｂ）
による場合よりもボイド面積が著しく小さくなり、また
はんだ濡れ面積（はんだの広がりの外周で囲まれた部分
の面積）が大きく、良好なはんだ濡れ性が得られること
が確認された。

例えばステムのような第１の部材とガラス台座のような
第２の部材とを、間にはんだ箔を挟んで上下に重ねて設
定した場合、下側の部材の接合面の濡れ性が上側の部材
の濡れ性に比較して僅かに劣る状態にあったとしても、
下側の接合面には、上側の部材からの荷重、さらにはん
だの自重等による重力が作用し、この下側の部材の稜合
面の濡れ性が促進される。したがって、接合部全体とし
てのはんだ濡れ性が改善されたことになるもので、第４
図の（Ａ）で示したように、はんだ濡れ性の劣るガラス
台座を下側に設定した場合には、このガラス台座の接合
面のはんだ濡れ性が改善されることになって、第５図お
よび第６図で示したような結果が得られたものである。

次に実施例で示したような方法で、ステムｌ１とガラス
台座１３とをはんた接合して圧カセンサ・ユニットを組
み立てた実機によって、気密性を調査したところ、気密
性はラジフロ検査により、漏れ量Ｉ　Ｘ　１　０　−”
　　ａｔｓ−ｅｃ／　ｓ以下の良品であることが確認さ
れた。

第７図は接合面に作用する荷重と気密性良品率との関係
を示したもので、Ａは実施例で示した方法による場合、
Ｂは従来手法による場合を示す（接合寸法０．８■、雰
囲気Ｈ２濃度３０％のとき）。この特性から明らかなよ
うに、荷重を増すことによって、はんだを押し流す効果
が増大し、はんだ濡れ性が改善されて、接合部の気密性
が良好になる傾向にある。しかし、荷重が３　ｇｆ／個
（荷重負荷面積は約９■２／個）以上に増加させると、
はんだ層の厚さが薄くなり実用上好ましくない。

また、同一荷重が作用する場合でも、実施例の方法によ
る場合には、はんだ濡れ性が改善され、このため接合部
において良好な気密性が得られることを確認した。

さらに第８図ははんだ接合部寸法と気密性良品率との関
係を、Ａで示す実施例の場合と、Ｂで示す従来手法によ
る場合とを対比して示した（荷重０．０７ｇｆ／個、雰
囲気Ｈ２濃度３０％のにとき）。気密性を向上させる手
段として、一般的にはんだ接合部の面積を増大させるこ
とが考えられる。しかし、製品に求められる制約上、は
んだ接・合部面積を増大させるにも限界があり、例えば
ＩＩＩｆｆ１以下の微小な接合部においては、実施例で
示した手法によるはんだ付け方法によれば、良好な気密
性が得られることを確認した。

第９図ははんだ付け時の雰囲気におけるＨ２の濃度と気
密性良品率との関係を示している。この例では、接合面
に作用する荷重は０．０７ｇｆ’／個であり、接合部寸
法は０．８ｍｓである。すなわち、Ｈ２の濃度を上げれ
ば、はんだ濡れ性が向上する傾向にあるが、同一雰囲気
の同一Ｈ２濃度の場合には、Ａで示す実施例方法の場合
、Ｂで示す従来手法に比較して良好な気密性が得られる
ことが確認された。

第１０図は従来方式と実施例で示した方法とを対比して
示したものである。

二つの接合面の間にはんだ箔を介在させ、これを加熱す
ることによってはんだを溶解し、このはんだが流れる際
に作用する力を考えると、下側の接合面の方が、はんだ
の自重の分だけ、はんだの広がりの推進力が増す。また
、上下に設定される部材の接合面の間に、はんだ濡れ性
の差が存在した場合、その影響も加わるようになる。

すなわち、従来の手法による場合のように、上側にはん
だ濡れ性の劣るガラス台座が設定され、下側にはんだ濡
れ性の良好なステムを設定した場合、下側に位置するス
テムの接合面は、上側のガラス台座の接合面より濡れ性
が良好である上に、さらにこのステムの接合面にはんだ
の自重による押し流し効果が加わり、この面の濡れ性推
進力が大きくなる。したがって、上下に設定されるガラ
ス台座とステムのそれぞれ接合面のはんだ濡れ性のアン
バランスがさらに助長される結果となり、接合部全体と
しては、はんだ濡れ性が良くならない。

さらにこの状態ではんだ内部に気泡が取り込まれた場合
を考えると、下側の面に存在する気泡は、はんだ濡れの
進行と共に浮力によって上昇し易くなるが、上側の接合
面にある気泡は、その面のはんだ濡れが劣る上に、浮力
によって上側の接合面に押し付けられ、残留し易い状態
とされる。すなわち、第４図の（Ｂ）で示したように、
上側のガラス台座の接合面に気泡が残留する。

しかし、実施例で示したようにガラス台座ｌ３を下側に
設定し、上側にステムｌ１を位置させるようにしてはん
だ付け作業を行った場合には、はんだ濡れ性の劣るガラ
ス台座１３が下側に位置するため、このガラス台座１３
の接合面のはんだ濡れ性が、はんだ自重によって促進さ
れ、その結果上下の接合面のはんだ濡れのアンバランス
が解消される。そして、接合部全体としてのはんだ濡れ
性が改善されることになる。

また、気泡が取り込まれた状態となっても、下側のガラ
ス台座ｌ３の接合面のはんだ濡れ性が改善されるため、
気泡は浮力によって下側の接合面から離れ易くなり、気
泡が離脱した跡には、はんだが回り込むようになる。ま
た、上側の気泡は、この面のはんだ濡れ性が良好である
ため、全体のはんだの流れと共に外部に押し出され易く
なる。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、微小な接合面を還元雰
囲気中で加熱し、無フラックスではんだ付けする際に、
良好な接合特性が得られるものであり、微小な寸法で高
気密性、および高接合強度が要求される場合のはんだ付
けに際して、効果的に適用可能であり、例えば圧カセン
サを組み立てる際に効果的に適用できるものである。ま
た無フラックスにより、はんだ付け後のフラックス残渣
の洗浄工程を廃止でき、脱フロン等の環境保全にも効果
が発揮される。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係るはんだ付け方法を実
現するための構成を示す図、第２図および第３図はそれ
ぞれ部材の接合面の表面酸化膜厚を調査結果を示す図、
第４図ははんだ濡れモデル実験の説明図、第５図および
第６図はそれぞれはんだ接合面に負荷される荷重に対す
るボイド面積およびはんだ濡れ面積の関係を示す図、第
７図は上記荷重と気密性良品率との関係を示す図、第８
図ははんだ接合部寸法と気密性良品率との関係を示す図
、第９図ははんだ付け時の雰囲気と気密良品率との関係
を示す図、第１０図は従来手法とこの発明の方法とを対
比して説明するための図である。 １１・・・ステム、１２・・・センサ本体、Ｉ３・・・
ガラス台座、１４・・・治具、Ｉ５・・・−はんた箔。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 はんだ接合面がはんだ濡れ性が優れた状態に設定される
   第１の部材と、はんだ接合面が第１の部材よりはんだ濡
   れ性が劣る状態とされる第２の部材とをはんた付けする
   に際して、相互間にはんだ箔を介在して、それぞれ接合
   面が対向設定されるようにし、前記第１の部材を上側に
   、第２の部材を下側に位置して組み付け設定する手段と
   、 この手段で組み付け設定された前記第１および第２の部
   材を、還元雰囲気中で加熱する手段とを具備し、 この加熱手段によって、前記はんだ箔が溶解されるよう
   にしたことを特徴とする無フラックス半田付け方法。