JPH0360861A - 電子部品の基板への取り付け方法と装置 - 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］ 本発明は回路板のような基板に電子部品のような物品を
ハンダ付けする方法および装置に関する。 ［従来の技術］ 電子工業の分ＩＪ１では、表＋ｆｎ実装構成部品（Ｉ！
！回路板の表面のメタライゼーション領域にハンダ付け
することのできる導電性部材を有するのでこのように呼
ばれる）は特別上等の部品になりつつある。 このような表面実装構成部品は、名前から明らかなよう
に、回路板の金属メツキスルーホールにハンダ付けする
ように設計された↓二　　　ｔ、ＳＯで、“スルーホー
ル”構成部品に対応して、これよりもサイズが小さい。 対応するスルーホール構成部品に比べて、　・層中さな
表面実装構成部品は、増大する機能姓を４慮に入れて、
拝めて多数のデバイスを所定のサイズの回路板に配置す
ることができる。 現在、表面実装構成部品は次のような方法により回路板
にハンダ付けされている。最初に、各表面実装構成部品
の導電性部材がハンダ付けされるべき回路板の主要表面
！―のメタライゼーション領域にハンダベース）Ｊｌ’
ｌを塗布する。次に、表面実装構成部品を回路板上に配
置する。これにより、各構成部品の各導電性部材は対応
するハンダペーストが塗布されたメタライゼーション領
域と接触する。ハンダペーストは一般的に貼着性なので
、構成部品の導電姓部材は回路板のメタライゼーション
領域に保持される。ペーストを塗４１シ、そして、構成
部品を配置したら、ペーストを溶融、すなわち、リフロ
ーする。例えば、リフロー川に設計されたオープン中で
回路板を加熱することにより行う。 ［発明が解決しようとする：１．題］ 現在市販されている殆どのハンダペーストはロジンおよ
びその他の有機成分を３存しているが、これらの成分は
ハンダ付は中にメタライゼーション領域を湿潤させるブ
ラックスとしての機能を果たす。ハンダペーストがリフ
ローされると、ペースト中のロジンおよびその他の有機
成分は必ず回路板上に残留物を残す。使用されるハンダ
ペーストのタイプにより、これらの残留物は回路板の動
作にとってｎ′、りとなる場合がある。更に、残留物は
、回路板の試験に成人な悪影響を及ぼし、また、その外
観も金魚しにする。これらのｎｍにより、多くの製造品
はハンダ付は後に、Ｍ　ｌ！！Ｉ　′Ｉ８板を洗浄し、
回路板りに残っている残留物を除去している。 −殻内に、ハンダ付は後に谷回路板りに残っている残留
物を除去する咀・の方法は：洗剤、塩素化溶剤またはク
ロロフルオロカーボン（ＣＦＣ）のような極めて強力な
脱フラツクス溶剤を使用することである。使用済み洗剤
は処理してからでなければ公共下水道に排出できない。 これにより製造コストが上昇する。また、塩素化溶剤わ
よびＣＦＣは環境に打害であることが確認されている。 つい最近、回路板上のロジン系残留物の溶解に使用する
ことのできるテルペン系脱フラツクス剤が開発された。 洗剤、塩素化溶剤およびＣＦＣの使用に件う多くの問題
がこのテルペン系脱フラツクス剤の使用により解決され
るが、表面実装構成部品をイ１゛する１１１１路板にこ
のような溶剤類を使用することに作う別の問題が依然と
してｈ在する。 ・殻内に、ロジン系フラックス剤はハンダ付は前に構成
部品にや布されるので、構成部品を超音波溶？ｔした後
に、スルーホール構成部含金を回路板りにも残留物が残
りやすい。超音波溶着後に回路板４二に残る残留物を減
らす一つの方法は、ロジンおよびその他のｆｆ機成分の
含打晴が少ない低固体ｎｆｆ１フラツクスを用いて構成
部品リードを融着することである。低固体含酸フラ・ン
クスで構成部品を融着した後、不活性雰囲気中で構成部
品を回路板に超台波溶着する。この不活性雰囲気には、
フラックスの作用を高めるために還元剤（例えば、水素
または酸）を添加することもできる。不活性雰囲気と還
元剤を掛川すると、ハンダ付は後に残る残留物の鼠が激
減されることが１″Ｌ証された。しかし、−・殻内に、
超８波溶青は多数本のリードをイｆする表面裏装構成部
品のハンダ付けには不適コである。 従って、本発明の目的は、回路板りのロジン残留物の騎
を減少させることのできる、回路板への表面実装構成部
品のハンダ付は方法を提供するととである。 ［課題を解決するためのｆ段］ 要ｒるに、本発明によれば、ハンダ付は後に回路板上に
残る残留物の蹟を減少させることのできる、構成部品の
ような物品を回路板のような目的物の表面にハンダ付け
する方法が提供される。本発明の方法は最初に、ロジン
を少量しか含有しない低固体含量ハンダペーストを、物
品がハンダ付けされる目的物の表面に塗布する。その後
、物品を目的物のハンダペースト塗布領域に配置する。 それから、目的物と物品を不活性雰囲気下に維持しなが
ら、低固体含量ハンダペーストをリフローさせ、物品を
目的物の表面に接着する。低固体含量ハンダペーストの
塗布、これに続く、酸の塗布および不活１／Ｌ雰囲気中
におけるハンダペーストのりフローは、従来のリフロー
ハンダ付は方法に比べて、ペーストのりフロー後に残る
残留物の亀を減少することが経験的に発見された。 ［実施例コ 以ド、図面を参照しながら本発明を更に詳細に説明する
。 第１間は電子

【″、業分野で２４遍的に使用されている
常用（従来技術）の回路板１０の斜視図である。 例えばエポキシ樹脂のような材料から作られたＩ＝ｚｌ
路板１０のＬｆｉ表面１４および１０の・方または両方
に、メタライゼータ１ン領域１２のパターン形成を６２
つ。メタライゼーシｄン領域１２のパターンは回路板に
ハンダ付けずべき表面実装構成部Ｔ＋　２０の導電性部
材１８のパターンと完全に一致する。第１図に示された
実施例では、説明をＦｙＩＩｌＮにするために、・組み
のパターン１２と１個の構成部品２０しか示されていな
い。実際は、回路板１０は、極めて多数の構成部品２０
に合わせて、複数のメタライゼーシＨン領域パターンを
ｆｌする。 表面実装構成部品２０の導電ｗ１：部材１８は通常、下
記の方法により、回路板１０のメタライゼーシｄン領域
１２にハンダ付は接着される。最初に、メタライゼーシ
ョン領域１２をノ１ンダペースト層２２　テｍｉ！Ｉす
る。このハンダペーストは例えば、ハンダ合金、ロジン
、溶剤、活性剤および１８類以上の流動性変性剤からな
るＲＭＡ　（中程度に活姓化されたりジン）タイプのペ
ーストである。このようなＲＭＡタイプのハンダペース
トは一般に広く市販されている。実際は、ペースト層２
２は、周知の方法、例えば、スキージ−を用いるか、ま
たは、または最新の方法では、米國特許第４６２２２３
９号明細書に開示されているような、プリントヘッド（
ｖ！Ｊ示されていない）ヲ用いテ、ペーストをスクリー
ン印刷することにより形成される。 メタライゼーション領域１２にハンダペースト層２２を
塗布した後、構成部品２ｏを回路板１゜の上に配置する
。このようにして、各導電性部材１８を対応する一つの
メタライゼーシ、ン領域１２上のハンダペースト層上に
載置するか、または層中に圧入させる。各メタライゼー
ション領域１２ヒのハンダペースト層２２は粘着性なの
で、各導電性部材１８を下部のメタライゼーション領域
に何首させることができる。このように構成部品２０を
回路板ｌＯに配置したら、例えば、リフロ−川に設計さ
れたオープン（図示されていない）中で回路板を加熱す
ることにより、メタライゼーション領Ｊｔｉ　１２１の
ハンダペースト層２２をリフローさせる。 １１ｑ記のようなハング付は方法では必ずハンダペース
ト層２２のリフロー後に回路板中に残る残留物が生成す
る。大抵の製造者は回路板１０から残留物を除去しなけ
ればならず、製造コストの増大を招いている。第２図を
参照する。第２図は本発明による新規なハンダ付は方法
のフローチャートである。本発明の方法によれば、残留
物を大幅に減少させることができ、これによりハンダ付
は後に回路板１０を清浄にする処理操作を行う必要がな
くなることが発見された。 第２図のハンダ付は方法は最初（［程２４）に、従来か
ら使用されている常用のＲＭＡタイプのペーストの代わ
りに、低固体含酸のハンダペースト層２２をメタライゼ
ーション領域１２のパターンに塗４１する。低固体含量
ペースト（例えば、イングランドのハーフオードシアに
新札のマルチコア社から市販されているマルチコアタイ
プＸ−３２）は、常用のＲＭＡタイプのペーストに比べ
て、少歌のロジン、活ｗ１：剤、および溶剤（集合的に
フラックスとして機能する）、並びに少晴の流動性交ヤ
１：剤を含量［シている。 ｆ程２４で低固体含にペーストを塗布した後、第１図の
構成部品２０を回路板１０に配置し、各導電性部材１８
を対応するメタライゼーション領域１２の上部の低固体
含量ペースト層２２上に載置するか、または圧入する（
工程２６）。回路板１０への構成部品２０の配置は例え
ば、当業者に周知の構成部品配置機械（図示されていな
い）により行われる。 第２図の［程２６における構成部品２０の配置後、酸（
例えば、蟻酸または酢酸）をＩＩｑ路板１０の低固体食
潰ペースト層２２と混合するために、該層２２に塗布す
る（−１−程２８）。メタライゼーション領域１２およ
び／Ｘンダペースト中の金属成分が酸化することを防止
するために、酸の回路板１０への塗布は、回路板を不活
性雰囲気に暴露しながら行うことが望ましい。しかし、
酸は人気中でも悪影響を受けることなく、回路板１０に
塗布ｒることもできる。 本発明の方法の最終”［程（に程３０）は、例えば、第
１図の導宙Ｐ１ミ部材１８をメタライゼーション領域１
２に接着するために回路板１０を加熱することにより、
低固体含量ペースト月２２をリフローすることからなる
。酸化の程度を抑えるために回路板１０を不活性雰囲気
に暴露しながらハンダペーストをリフローすることが重
要である。工Ｆｉ！２８およびｔ程３０が行われる正確
な方法は第３図に極めて許細に説明されている。 各メタライゼーション領域１２の低固体含量ペースト層
２２に酸を塗布する目的は、メタライゼーション領域１
１体およびハンダペースト中に７ｒ７「する金属酸化物
を化′？的に還元することである。 これらの金属酸化物は化′？的には式ＭｅＯで示される
。式中、ｅｅはｉｆ　７＋する各押金属を総括的に示す
のに使用される。蟻酸（化２２式はＨＣＯＯＨ）を２０
０℃木満の温度で、各メタライゼーション領域１２のハ
ンダペースト層２２に塗４ｉすると、次の化゛７反応が
起こるものと思われる。 ＭｅＯ＋２８ＣＯＯＨ ＝Ｍｅ　（ＣＯＯＨ）２　＋Ｈ２０ 回路板を［程３０で２００″Ｃ以上の温度に加熱し、低
固体含量ペーストをリフローさせると、次の化″゛？２
反応こるものと思われる。 Ｍｅ　（ＣＯＯＨ）２＝Ｍｅ＋Ｈ２０＋ＣＯ２この結果
１式ＭｅＯで総括的に示される様々な金属酸化物の各々
は各単体金属（Ｍ’ｅ）に還元され、第１図の導電性部
材１８とメタライゼーション領域１２の間のハンダ接着
の品質は大幅に向上する。 酸の塗布工程（Ｔ′、程２８）および低固体ｈａペース
ト層２２のリフローｒ程（■−程３０）を不活性雰囲気
中で行う押出は、人気の空気（酸素）がｔｆ：在してい
たら起こるかもしれない＃１１一体金属（Ｍｅ）の再酸
化のｉｉＪ能ｒｔを除去するためである。 前記で指摘したように、−股間に不活性雰囲気中で行わ
れる酸中ｄｉ　Ｉ’−稈（【′、程２８）は人気中で行
うこともできる。実際は、酸塗布工程は５０℃以下の温
度で行オ】れるので、酸化ｉｌｌは少ない。従って、不
活１／を雰囲気中で酸’ｈ　４ｉを行うことは望ましい
が、必須隻件ではない。 余病酸化物ＭｅＯが対応する個々の＃１１体金属Ｍｅに
還元されることに加えて、酸を回路板上０に塗布し、続
いて回路板を不活性雰囲気中で加熱することにより得ら
れる予想もされない重要な効果が７？花する。ＲＭＡタ
イプのハンダペーストを用いて従来の方法でハンダ付け
された回路板１０に比べて、第２図の方法によりハンダ
付けされた回路板上に残る残留物の量は遥かに少ないこ
とが発見された。実際、残っている残留物置は、低固体
含量ペーストを使用し、このペーストを空気中または窒
素中でリフローさせた場合にＰｌｇｌされる残留量より
も少ないことが発見された。残っている残留物は極めて
少なく、回路板ＩＯの試験ｉｉ５能性および外観は洗浄
が不要なほど１・分にクリーンであった。表面絶縁抵抗
の劣化は何れも金く認められなかった。 第３図を参照する。ここには、回路板ｌＯの低固体含酸
ハングベース）１Ｍ２２（第１図参照）に酸を塗布し、
その後、１１１路板を不活姓雰聞気に暴露しながらハン
ダペーストをリフローする４Ａ置が小されている。第３
図に小されているように、装ｙ３２は″ｉ業ｎに周知な
ように、搬送路３６に沿って回路板１０を搬送するため
のコンベヤ３４を含む。コンベヤ３４は酸塗／ｌｉ部３
８を通過する。 ここでは回路板１０の１５ンダペーストに酸（例えば、
蟻酸または酢酸）が塗布され、酸は／１ンダペーストと
反応する。好ましい実施例では、酸塗布部３８はステン
レススチールのような耐酸性材料で形成された箱状チャ
ンバ４０から構成されている。チャンバ４０は、コンベ
ヤ３４がチャンバ内を通過できるようにその前端と後端
に人口と出口（図示されていない）を有すること以外は
概ね密閉状態になっている。ガス給送管４２はガス供給
源（図示されていない）からチャンバ４０に不活性ガス
（例えば、窒素）を送るのに使用される。 これにより、コンベヤ３４でチャンバ内を搬送される回
路板１０の周囲のチャンバ内雰囲気はほぼ無酸素状態に
なる。 実際は、管４２でチ、ヤンパ内に給送される窒素の流れ
の中に酸を吹込むためのバブラー４４を設けることによ
り、酸は回路板ｌＯのハンダペーストと混合される。第
３図に模式的に示されているように、バブラー４４は、
所定；・（の蟻酸または酢酸４７が充填された＋Ｔ）密
封Ｉ＋１能な容器４６からなる。不活外ガス（例えば、
窒素）は’ｉ’７４８により酸の液面以下のレベルから
容器４６中に導入される。排出管４９が酸の液面以上の
レベルの位置で容器４６に取付られており、不活性ガス
を酸中に吹き込むことにより発生された酸蒸気を管４２
に搬送する。これにより、酸蒸気は管４２で給送される
窒素中に注入される。チャンバ４０内に入る窒素中に酸
蒸５（を注入する代わりに、回路板に向けて噴霧ノズル
（図ホされていない）から酸を圧出することにより、酸
を１１ｉｌ路板１０にｎＲ’Ｍすることもできる。別法
として、酸はＩＬ１１ｖ８板ｌＯを酸浴（図示されてい
ない）を通過させることによってもＰｆｐ４ｉできる。 チャンバ４０の１α後に続くものはオープン５０であり
、このオープンはコンベヤ３４で搬送通過ｒる回路板を
加熱し、回路板の低固体含量ハンダペーストＮ２２Ｃｍ
１図参鰯）をリフローするためのものである。箱状の構
造をイイするオープン５０は少なくとも二つのゾーン５
２と５４からなる。 各ゾーンは・組みの加熱素子５８（例えば、ランプまた
は赤外線パネル）を有ｒる。チャンバ４０の直後に配置
された第１のゾーン５２にわける加熱素子５８は一般的
に、回路板１０を比較的低温度（例えば、１００℃）に
まで加熱する。これに対して、シー７５４の加熱素子５
８は、回路板の低固体素晴ハンダペースト層２２をリフ
ローさせるために、回路板１０を２００℃程度の高／！
Ｊαにまで加熱する。前記の説明から分かるように、ゾ
ーン５２における加熱素子５８は回路板１０の“プレヒ
ート”として作用し、これにより、ハンダペーストがリ
フローされる第２のゾーンに回路板が進入するときに受
ける熱衝撃を緩和する。回路板ｌＯをゾーン５４のｔｌ
ｉｊにゾーン５２を通過させる別の利点は、ハンダペー
スト中のフラックスに、作在する酸化物を還元するのに
−１−分な時間を与えられることである。実際は、ゾー
ン５２および５４はしばしば、プレヒートゾーンおよび
リフローゾーンとそれぞれ呼ばれる。 前記のように、オーブン５０の・構造は、Ｖ　川のもの
である。図示されたオーブン５０と市販のオーブンが異
なる点は、各々・対のガス給送管５８と８０がゾーン５
２およびゾーン−５４の内部にまで達しており、この管
を通して窒素が給送され、各ゾーン内の酸素を置換する
。このようにすれば、回路板１０がプレヒートゾーン５
２およびリフローゾーン５４をそれぞれ通過するとき、
回路板は不活性雰囲気に暴露される。 オーブン５０の上、流側のチャンバ４０内で１１１１路
板１０に酸を塗布するよりもむしろ、バブラー４４を管
４２ではなく管５８に接続することにより、オーブン自
体のプレヒートゾーン５２内で酸を牟４１することもで
きる。ごのようにすれば、チャンバ４０およびこれに付
随するガス給送管４２を設ける必要がなくなる。 プレヒートゾーン５２に導入される窒素に酸を直接？Ｆ
人すれば酸塗布部３８を設ける必要がなくなり　・Ａ１
望ましいように思われるが、このようにすると取り返し
のつかないような不利益を被る。 酸本来の性質により、回路板１０の低固体素晴ハンダペ
ーストに塗布される酸は腐食性である。このため、酸は
早くてもリフロー処理の直前に塗布することが望ましい
。しかし、酸がプレヒートゾーン５２に導入されると、
オーブン５０は早い時期に腐食してしまうことがある。 実際、回路板１０がプレヒートゾーン５２を通過する前
に酸を低固体含量ハンダペーストと混合したとしても、
ペーストリフロー中に打１゛の非混合酸が気化するので
、多少の腐食は必ず起こる。しかし、この腐食咀は、プ
レヒートゾーン５２において回路板１０のプレヒート中
に酸を低固体素晴ハンダペーストに中ｄｉ　Ｌ　、これ
と混合した時に起こる腐食にに比べれば少ない。 プレヒートゾーン５２内で酸を塗布するのではなく、チ
ャンバ４０内で酸を塗布することにより、オーブン５０
よりもむしろチャンバの方が著しく腐食される。−・・
股肉に、チャンバ４０の製造コストはオーブンの製造コ
ストよりも遥かに低い。従って、オーブンの寿命を延ば
すために、酸はチャンバ内で塗布することが望ましい。 以上、表面実装構成部品２０をリフローによりハンダ付
けする回路板１０のロジン残留物を減少させる方法につ
いて説明した。すなわち、最初に低固体含量ハンダペー
ストを回路板１０に塗布し、それから不活性雰囲気中で
酸をハンダに添加し、その後、不活性雰囲気中でハンダ
をリフローすることにより、ハンダ付は後に残る残留物
の量を減少させることができる。 ８゛うまでもなく、前記の実施例は本発明の原珪を単に
例証するだけのものである。本発明にもとることなく、
本発明に対して様々な変更および改良などが為し得るこ
とは当業考に０明である。 ［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の方法により、低固体３礒
ハンダペーストを使用し、このハンダペースト層に酸を
塗布してからリフローさせると、従来のハンダペースト
に比べて回路基板上に残る残留物の礒を人相に減少させ
ることができる。 その結果、従来行われていたようなりフロー後の残留物
除去のための回路基板表面が不要になり、製造コストを
低減させることができるばかりか、スループットを向上
させることができる。 ４、図面ノｆ１ｗＱ１．　ｆｔ　ｇｌ　明ｍ１図は回路
基板表面に実装きれた、表面実父構成部品を示す従来技
術のＭ路基板の斜視図である。 第２図は本発明のハンダ付は方法のブロック図である。 第３図は第２図のハンダ付は方？１１の数工程を実施す
るための、本発明によるハンダ付は装置の模式的斜視図
である。 ＦＩＧ、　１ イＬ東牧匍 ＦＩＧ、　２

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. （１）目的物の主要表面のメタライゼーション領域に少
   なくとも１個の物品をハンダ付けすることによる目的物
   の製造方法において、 低固体含量のハンダペーストを目的物の主要表面のメタ
   ライゼーション領域に塗布し； 物品をハンダペースト塗布メタライゼーション領域に配
   置し； ハンダペーストに酸を塗布し； 目的物をほぼ不活性な雰囲気に暴露し；そして、該目的
   物を不活性雰囲気に暴露しながら目的物のハンダペース
   トをリフローさせる； 工程からなることを特徴とする目的物の製造方法。
2. （２）目的物に注がれる気体中に酸を吹込むことにより
   酸を目的物に塗布することを特徴とする請求項１の製造
   方法。
3. （３）目的物の周囲に注がれる不活性ガス中に酸を吹込
   むことを特徴とする請求項２の製造方法。
4. （４）酸の塗布とハンダペーストのリフロー工程が同時
   に行われることを特徴とする請求項１の製造方法。
5. （５）低固体含量ペーストに酸を塗布してからペースト
   をリフローさせることを特徴とする請求項１の製造方法
   。
6. （６）低固体含量ペーストは目的物の各メタライゼーシ
   ョン領域に印刷により塗布されることを特徴とする請求
   項１の製造方法。
7. （７）物品が配置されるハンダペースト塗布メタライゼ
   ーション領域を有する目的物をほぼ不活性な雰囲気に暴
   露する手段（４０，４２）； 目的物のハンダペースト塗布メタライゼーション領域に
   酸を塗布する手段（４４）；および、目的物を不活性雰
   囲気に暴露したままの状態に維持しながら、目的物のハ
   ンダペーストをリフローさせ、物品を目的物に接着する
   手段； を特徴とする目的物のハンダペースト塗布メタライゼー
   ション領域に物品をハンダ付けする装置。
8. （８）目的物および物品を不活性雰囲気に暴露する手段
   は、 相互に連通した、概ね密閉された第１および第２のチャ
   ンバ（４０，５０）； 第１のチャンバおよび第２のチャンバにそれぞれ不活性
   ガスを注ぐ第１および第２の手段（４２，５８）；およ
   び、 目的物（および該目的物上に配置された物品）を第１お
   よび第２のチャンバから連続的に退去させる手段（３４
   ）； からなることを特徴とする請求項７の装置。
9. （９）酸を塗布する装置は第１のチャンバに注がれる不
   活性ガス中に酸を吹込む手段（４４）からなることを特
   徴とする請求項８の装置。
10. （１０）前記第２のチャンバは、目的物のハンダペース
    トをリフローさせるために該目的物を加熱する手段（５
    ８）を含むことを特徴とする請求項８の装置。