JPH03238194A - 洗浄操作なしにイオン性汚染を低下させるはんだ付け法 - 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】 本発明は改良はんだ付け法に関する。更に詳細には、本
発明はフッ化第一スズを使用する改良はんだ付け法に関
し、それによりイオン性汚染を低下させ、又はんだ付け
の後別の洗浄操作を必要としない。向夏に詳細には、本
発明は、はんだ付けの前に長期間の基利の貯蔵を可能に
する。

種々のはんだ付け技術によって金属部品を接合する際、
はんだ付けフラックスを必要とすることが多い。第一に
、それは加熱の間の酸化物フィルムの形成を防止するこ
とによって完全な接合箇所の形成を促進し、又既に存在
する酸化物フィルムがあればそれを除去するのに役立つ
。

金属の表面上酸化物フィルムの破壊及び新鮮金属表面の
再酸化からの保護の外に、はんだ付けフラックスは、金
属部材上適当な厚さの均一な被膜を形成することができ
、又溶融したはんだの表面張力を低下させ、それによっ
て準備された表面上はんだのぬれ、流れ及び毛細現象を
容易にしなければならない。はんだ（ｉけフラックスに
おける望ましい他の一性質は、腐食性の残留物なしに、
又固体金属の表面を超える侵襲なしに固体金属から容易
に追い払うことができなければならない。７ラツクス残
留物の同時の沈積なしにこの容易な追い払いを達成する
ためには、はんだ付け温度より下でフラックスは流体で
あり、液相線より下の温度で反応するべきである。

従来これらの困難性をなくすためにいくつかの反応塩型
はんだ付けフラックスが提案されている。例えば塩化亜
鉛、塩化アンモニウム及び塩化物以外の追加のアルカリ
金属ハロゲン化物又はアンモニウムハロゲン化物を含有
するけんだ付けフラックスが、乾燥形態でか又は適当な
溶媒と混合して使用されている。しかしこれらのフラッ
クスは、金属表面上望ましくない腐食３− 性ハロゲン化物残留物を残し、洗浄用溶媒、例えばクロ
ロフルオロカーボン（ｃＦＣ）溶媒を用いる洗浄を必要
とし、又は接合された部材上粗面を生じている。はんだ
付けされた接合部は又、湿気の多い雰囲気に曝露される
と電気抵抗が大きく増大することによって示される腐食
抵抗不良があることが見出されている。

日本６２［：１９８７）−１６８９８は、活性化剤とし
てフッ化第一スズを含有することを特徴とするある型の
はんだ付け用フラックスを開示している。このフッ化第
一スズは、周知の結合剤、例えばロジン、ロジンフェノ
ール、ポリエチレングリコール等と組み合わせて使用さ
れる。フッ化第一スズ及び例えばロジンを含有する７ラ
ツクスで処理された金属基材は、直ちに使用しなければ
ならないことが見出されている。ロジンは粘着性の被膜
を形威し、それはフラックス処理した金属基材の貯蔵を
困難にする。

日本６４（１９８９〕−４０１９７は、１〜２０重量％
の７フ化第一スズ及び残余はカリウムフルオロアルミネ
ートコンプレックスよりなるフラックスを開示している
。発明者は、２０％を超えるフッ化第スズを使用すると
ブレーズはんだ付けの性質が低下すると主張している。

はんだ付けの前にフッ化第一スズが使用される本発明の
はんだ付け法を使用すると上の欠点を克服することがで
きることが見出された。金属基材は、はんだ付けしなけ
ればならない時まで困難なしに処理し貯蔵することがで
きる。更に、フッ化第一スズを使用する金属基材のはん
だ付けは、低いイオン性汚染を有するはんだ付けされた
基材を生じ、洗浄操作を必要どしない。

本発明によれば次の工程を特徴とする洗浄操作なしに低
イオン性汚染を可能にする基材表面のはんだ付け法が提
供される。

（ａ）基材表面にフッ化第一スズ又はその共晶混合物よ
りなる組成物を施用し、そして（１））工程（ａ）にお
いて施用されたフッ化第一スズ又はその混合物にはんだ
を施用する。

フッ化第一スズ又はその共晶混合物を使用する本発明の
はんだ付け法は、別の洗浄工程を必要とせず低いイオン
性汚染を生じる。はんだ付け操作の後プリント配線板か
らイオン性汚染を除去するために使用される最良の洗浄
用溶媒は、成層圏オゾン減少に関係するので環境に対す
る脅威を示すと考えられるクロロフルオロカーボン（ｃ
ＦＣ）である故にこのことは重要である。

本発明の方法においてフッ化第一スズが使用されたとき
、平方インチあたり実質的に２マイクログラム以下のＮ
ａＣｌ２当量の残留イオン性汚染が得られた。しかし、
はんだがイオン性汚染に寄与するコンポーネントを有す
る場合、又はフッ化第一スズの十分な酸化を可能にしな
い方法が用いられる場合には、平方インチあたり２マイ
クログラムを超えるＮａＣＱ当量の残留イオン性汚染が
得られることがある。残留イオン性汚染は、”　Ｏｍ　
ｅ　ｇ　ａ　Ｍ　ｅ　ｔ　ｅ　ｒ　”　６００中軍用規
格法（ｍｉｌ　１ｉｔａｒｙｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏ
ｎ　ｍｅｔｈｏｄ）ＭＩＬ−Ｐ−２８８０９を使用して
測定された（１５分の試験において７５重量％のイソプ
ロピルアルコール及び２５重量％の水６００ｍＩ２が使
用された）。

このはんだ付け法は、基材表面にフッ化第スズ又はその
共晶混合物を施用して後このフラックス処理基材表面に
はんだを施用する工程よりなる。

フッ化第一スズは２１０〜２１９°Ｃの範囲の融点を有
する。したがって、それははんだ付け温度より下で流体
であり、又はんだの液相線より下の温度で反応してはん
だ付け操作の前にはんだ付けされる部品又は基材の表面
上の酸化物を清掃することができる。更に、フッ化第一
スズは溶融状前において安定であり、化学的に分解せず
、はんだ付け操作の間低いイオン性汚染を可能にする。

フッ化第一スズは、液体として、又特に固体として比較
的不活性である。即ち、それははんだ付けの前常用の基
材表面に長期間有害な効果を持たない。したがって、は
んだ付けされる基材表面に基材のはんだ付けできる性質
を保ちながら施用することができ、はんだ付け操作の前
に基材を貯蔵することができる。フッ化第一スズを使用
すると、はんだ付けされた部分の腐食の効果、電気絶縁
性の劣化、特にウェーブ及び熱空気はんだレベリング施
用の際のはんだくず、その他の好ましくない効果は全く
現われないか又は最小になると考えられる。

フッ化第一スズフラックスの溶融温度を低下させかつは
んだ付け操作の間のその滞留時間を延長させるため、少
量の他の無機フッ化物とのフッ化第一スズの共晶混合物
をつくることができる。

はんだは、金属又は金属合金粉末、ペースト、プレフォ
ームの形態であってよく、又ははんだポットに入れられ
た溶融状態であってよい。はんだ金属は、普通はんだ付
けに使用される常用の単一又は多相金属、例えば金、銀
、スズ、ゲルマニウム、珪素、アンチモン、ビスマス、
鉛、インジウム、ガリウム、亜鉛、銅、燐、それらの合
金又はそれらの混合物のいずれであってもよい。はんだ
金属粒子は、普通１００メツシユより小さく、好ましく
は２００メツシユより小さい。

金属の混合物又は合金を使用するときには、各各の量を
変えることによってはんだペーストが意図されている目
的に合うように融点、引張強度、流動性、せん断強度、
伸び、Ｂｒ１ｎｅｌｌ硬度及び密度等を調節することが
可能である。電子部品用に使用される常用の金属又は金
属合金はんだは、６３％５ｎ−Ｐｂはんだ、５５％５ｎ
−Ｐｂはんだ又は５％Ａｇ−Ｐｂはんだを包含する。当
業者に知られている他の金属又は金属合金はんだも使用
することができる。

フッ化第一スズ又はその共晶混合物は、当業者に知られ
ているいずれかの手法を使用してはんだ付けされる基材
の表面に施用することができる。例えば、薄い被膜とし
て、粉末被覆として又は分散物として施用することがで
きる。それは基材表面を完全にカバーするように施用し
ても、又はその予めきめられた領域に施用されるのみで
あってもよい。次に処理された基材は、常用のはんだペ
ースト、はんだプレフォーム及び常用のはんだ付け法、
熱空気はんだレベリング又はウェーブはんだ付け法を使
用してはんだ付けすることができる。適当なスクリーン
又はステンシルプリント可能なはんだペーストは、１９
８２年８月１５日発行されたＣｏｎｗｉｃｋｅの米国特
許３　６８４．５３３に開示されている。フラックス処
理された基材上はんだペーストのプリンティングは常用
の技術（スクリーン及びステンシルを使用する）による
ことができる。好ましいペーストは、８０メツシユ（又
はそれより細かい）スクリーンを通してプリントするべ
きであるが、プリンティング操作の間にしたたるべきで
はない。

又それは適度の時間スクリーン上に保たれる時過度に乾
燥又は硬化するべきでない。満足できる性能のためには
ビヒクルの性質及びペーストの組成は、粉末の過度のセ
ットリングアウトを防止するが、プリンティング操作を
妨害しないように調節されるべきである。スクリーンプ
リンＩ・可能なはんだペースト組成物は、いずれの適当
な基材にも、特に金属基材に施用してはんだパッドを形
成させることができる。その後、はんだが溶融する温度
まではんだを加熱し、高度に接着性のはんだ結合が形成
される。いずれの雰囲気でも、例えば空気を使用するこ
とがで１ ＝１２ きるが、酸化性の雰囲気が好ましい。

別法として、フッ化第一スズ含有組成物は、はんだ上の
層として、例えばはんだポット中にあってよい。この技
術は、使用しない時はんだ表面の酸化を防止し、はんだ
付け操作においてはフッ化第一スズは、溶融したはんだ
と接触する前にはんだ付けされる部品の表面をまずぬら
し洗浄する。溶融した７ツ化第一スズ層の厚さは、良好
なはんだのぬれを得るのに十分なフラッシュ作用が可能
である程度であるべきである。

フッ化第一スズが溶融したはんだ上長時間溶融状態に保
たれる場合には、保護層を溶融フッ化水素層上に存在さ
せてその酸化を防止しかつフッ化第一スズのフラッシュ
作用を強めることができる。

はんだ付け操作においては２１０’Ｏ〜３１０℃の範囲
、好ましくは２２０℃〜２６０℃の範囲の温度が普通使
用される。しかしはんだ付け温度は、はんだ材料のコン
ポーネントによってきまる。

はんだ付けされる基材は、金属、金属被覆したエポキシ
ド、プリント配線板、金属化セラミックス等を包含する
が、それらに限定されない。

本発明の方法は、配線板へのコンポーネントの接続、配
線板のスズめっき、コンポーネントリード線、コネクタ
ー等の前スズめっきを含む電子組立物において有用であ
る。

前述したようにはんだ組成物中７フ化第一スズの使用の
顕著な利点は、例えばクロロフルオロカーボン溶媒を用
いる、後洗浄操作を除くことができることである。成層
圏に対する環境インパクトのためにこのようなりロロフ
ルオロカーボン溶媒を置き換えるためにかなりの努力が
なされている。その外洗浄剤が、到着するのが困難で目
の詰った箇所から、又表面のせ（Ｓｕｒｆａｃｅ　Ｍｏ
ｕｎｔ）又は細かいピッチ（Ｆｉｎｅ　Ｐｉｔｃｈ）組
立操作におけるコンポーネントの下から７ラツクス残留
物を完全に除去することがないことは、現在の洗浄法及
び提案されている別の洗浄剤の魅力を小さくしている。

本発明は、主に１つの洗浄剤を他のものに置き換えるこ
とに向けられている現在はんだ付け産業において行なわ
れているのと異なった解決を可能にする。洗浄剤は、は
んだ付け操作から生じるイオン性汚染を低下させる機能
をもつ。これに反し本はんだペースト処方は、最終電子
デバイス中電子コンポーネントの組立の前洗浄操作を必
要とせずに、はんだ付けされた接続部をもつはんだ付け
された伝導性コンポーネント、例えばプリント配線又は
プリント配線板（即ち、伝導性又は非伝導性の表面部分
を有するもの）の形成を可能にする。

次の実施例（ただし部及び百分率は重量による）は本発
明を例示するが、限定するものでない。

実施例　１ 反応器組立物中電気抵抗加熱によってアルミするつぼ中
でフッ化第一スズを加熱した。反応器を１０−’トール
まで排気し、次にアルゴン陽圧に保って試験試料を溶融
したフッ化第一スズに浸した。５つの銅細片をこの溶融
したフッ化スズ中に浸した。又５つの他の銅細片を対照
として用意した。全部で１０の試料を２８８℃のはんだ
ポット中に浸した。はんだは対照の試料をぬらさなかっ
たが、７ツ化第一スズで被覆された試料はすぐれたぬれ
及び低いイオン性汚染を示した。

実施例　２ 実施例１と同じ構成を使用して溶融したフッ化スズに浸
した銅細片を、外気条件において３日間経時させた。３
日後フッ化第一スズ被覆の変化は見られなかった。５つ
の試料を２９０℃のはんだポット中に浸した。全部がす
ぐれたぬれ５− １６− 及び低いイオン性汚染を有していた。

実施例　３ 上と同じ構成を使用し、大きさ４ｃｒｎ２の銅はくをる
つぼの２ｃｍ上に置いた。はくの下側に気化したフッ化
第一スズのうすい被覆が沈積するまではくを放置した。

このはくを取り出し、２９０°Ｃのはんだポット中に慎
重に浸した。フッ化第一スズ被覆をもつ側はぬれたが、
他の側は全くぬれなかった。

実施例　４ 溶融したはんだでその容積の２７３まで充たされた８ｍ
ｎの容量のるつぼを２６０℃に保たれたはんだポット上
に浮遊させた。溶融したはんだの頂端にフッ化第一スズ
約２ｇを加えた。フッ化物は溶融し、層を形成した。こ
のるつぼ中に５つの銅細片をゆっくり浸した。細片の両
側がはんだ付けされ、ぬれはすぐれていた。

実施例　５ 大きさ４０〜７０ミクロンのはんだ粉末を上述した反応
器組立物中フッ化第一スズの蒸気に＠露した。カリフォ
ルニア州ロングビーチのＲ，Ｄ。

Ｍａｔｈｉｓ　Ｃｏ、　　から購入したタンタル倒置ポ
ートソース（ｉｎｖｅｒｔｅｄ　ｂｏａｔ　５ｏｕｒｃ
ｅ）を使用し、これは蒸気の下向きの流れを生じた。は
んだ粉末を含有する小型の皿にガラスウール支持体上に
置き、蒸気に十分接触するのによく配置した。

２６０°Ｃに加熱すると、この方式で処理された粉末は
合体して大きなはんだポールを形成するが、同様の粉末
はその元の形態で残り、融合した粉末の粒子は厚い酸化
物層を有していた。

実施例　６ 大きさ０．０２５Ｘ　Ｏ，０５インチ（０，０６３５−
０，１２７ｃｍ）の表面のせパッドを配線板から切断し
た。この試料を、アルゴンで充たされそしてフッ化第一
スズ溶融物を充たした電気抵抗加熱型るつぼを有する装
置に導入した。この試料をるつぼ上約１５分間保持して
パッドをフッ化第一スズで蒸気被覆した。はんだプレフ
ォームの細片、カリフォルニア州メンローバークのＲａ
ｙｃｈｅｍ製の５ｏｌｄｅｒ　Ｑｕｉｃｋテープをパッ
ドの大きさに切断した。これらのはんだプレフォームを
各パッド上に慎重に置いた。次にこの試料を２８０℃の
はんだポット上に浮遊させた。はんだプレフォームは再
流動し、パッド全体を完全にめらした。この処理を３回
くり返して同一の結果を得た。フッ化第一スズで被覆さ
れていないパッドはぬれが不良であり、再流動したはん
だは粗い外観を有していた。

実施例　７ 厚さ０．０３１インチ（０，０７９ｃｍ）の２×２イン
チ（５，０８Ｘ　５．０８ｃｍ）の銅で被覆したガラス
エポキシ板１０枚を、分光測定紐のアセトンで洗うこと
によって清浄にした。これらの板５枚の１群を真空中フ
ッ化第一スズで蒸気被覆し、５枚の板の第２の群を対照
として使用した。フッ化第一スズ被覆板は、２５０℃の
温度に保たれたはんだポット上浮遊させた銅はく上に置
かれた。これらの板ははく上９０分間放置された。軍用
規格法ＭＩＬ−Ｐ−２８８０９を使用して被覆及び非被
覆板の両群についてイオン性汚染の測定を行なった。

両群の板は平方インチあたり２マイクログラムＮａＣｌ
２当量の同一のイオンの測定値を与え、それはこの測定
法及び測定デバイスを使用して得られる最低の測定値で
あった。

以上本発明の詳細な説明したが、本発明は更に次の実施
態様によってこれを要約して示すことができる。

１、次の工程を特徴とする洗浄操作なしにイオン性汚染
を低下させる基材表面のはんだ付け法： （ａ）基祠表面にフッ化第一スズ又はその共晶混合物よ
りなるＭｉ戊物を施用し、そして９ ０ （ｂ）工程（ａ）において施用された７ツ化第一スズ又
はその混合物にはんだを施用する。

２、はんだ付けの後基材上イオン性汚染が平方インチあ
たり２マイクログラムＮａＣｌ２当量以下である前項１
記載の方法。

３．７フ化第一スズが施用される前項ｌの方法。

４、　フッ化第一スズがうすい被膜として施用される前
項３記載の方法。

５、７フ化第一スズが粉末被覆として施用される前項３
記載の方法。

６、７フ化第一スズが分散物として施用される前項３記
載の方法。

７、更に （ｃ）加熱してはんだを溶融させる 工程よりなる前項１記載の方法。

８、はんだを溶融させる加熱が工程（ｂ）と同時に行な
われる前項６記載の方法。

９、　はんだを溶融させる加熱が工程（ｂ）の後に行な
われる前項６記載の方法。

ＩＯはんだが金属又は金属合金である前項２記載の方法
。

１１、　　金属又は金属合金が本質的に金、銀、スズ、
ゲルマニウム、珪素、アンチモン、ビスマス、鉛、イン
ジウム、ガリウム、亜鉛、銅、燐及びそれらの合金又は
混合物よりなる群から選択される前項１０記載の方法。

１２、　　金属又は金属合金が３６％の鉛、６２％のス
ズ及び２％の銀である前項１１記載の方法。

次の工程を特徴とする洗浄操作なしにイオン性汚染を低
下させる表面のはんだ付け法：（ａ）溶融したはんだが
フッ化第一スズ又はその共晶混合物よりなる表面液体層
を有する２つの分離したセクションを含有する溶融浴を
形成させる。

（ｂ）溶融浴中にはんだ付けされる表面を施３ 用し、その際表面が溶融したはんだと接触する前にフッ
化第一スズ又はその混合物を通過する。

フッ化第一スズ又は混合物中保護層が存在する前項１３
の方法。

１５、　　保護層が油である前項１４の方法。

１６、　　次の工程を特徴とする少なくとも１つのはん
だ付けされた電気伝導性のコンポーネントを有する電子
デバイスをつくり組み立てる方法： （ａ）電気伝導性のコンポーネントの伝導性表面部にフ
ッ化第一スズ又はその共晶混合物よりなる組成物を施用
する。

（ｂ）フッ化第一スズ又は混合物にはんだを施用しては
んだ付けされた接続部を得る。

（ｃ）工程（ｂ）と（ｃ）との間にはんだ洗浄操作なし
に電子デバイス中にはんだ付けされた接続部を組み立て
る。

１４゜ ３−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）次の工程を特徴とする洗浄操作なしにイオン性汚染
   を低下させる基材表面のはんだ付け法： （ａ）基材表面にフッ化第一スズ又はその共晶混合物よ
   りなる組成物を施用し、そして （ｂ）工程（ａ）において施用されたフッ化第一スズ又
   はその混合物にはんだを施用する。 ２）次の工程を特徴とする洗浄操作なしにイオン性汚染
   を低下させる表面のはんだ付け 法： （ａ）溶融したはんだがフッ化第一スズ又はその共晶混
   合物よりなる表面液体層を有する２つの分離したセクシ
   ョンを含有する溶融浴を形成させる。 （ｂ）溶融浴中にはんだ付けされる表面を施用し、その
   際表面が溶融したはんだと接触する前にフッ化第一スズ
   又はその混合物を通過する。 ３）次の工程を特徴とする少なくとも１つのはんだ付け
   された電気伝導性のコンポーネントを有する電子デバイ
   スをつくり組み立てる方法： （ａ）電気伝導性のコンポーネントの伝導性表面部にフ
   ッ化第一スズ又はその共晶混合物よりなる組成物を施用
   する。 （ｂ）フッ化第一スズ又は混合物にはんだを施用しては
   んだ付けされた接続部を得る。 （ｃ）工程（ｂ）と（ｃ）との間にはんだ洗浄操作なし
   に電子デバイス中にはんだ付けされた接続部を組み立て
   る。