JPH04313295A - 表面実装におけるハンダ付け方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、クリームハンダを用
いて電子部品を表面実装する際、ハンダ付け界面にフラ
ックスの溶剤ガス等によるボイドを発生させることなく
ハンダ付けができる方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近時、電子機器の小型化に伴い、基板と
電子部品とのアッセンブリー法として、クリームハンダ
を用いた表面実装法が普及しているが、基板の高密度化
が進展するのに対応して、Ｎ２　ガス雰囲気でのリブロ
ー法によるハンダ付け方法が一般に採用され、基板のハ
ンダ付け部に付着するフラックス残渣の洗浄に関して脱
フロンの要請に対処すべく、固形分の少ないフラックス
を配合したクリームハンダを使用することなどが試みら
れている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、表面実
装法に使用されるクリームハンダは、周知のようにハン
ダの微粒粉とペースト状のフラックスとを混練りしてク
リーム状に調整したものであるため、必然的にフラック
スの含有量が多く、かつ、ハンダが微粒粉であることと
相まって、融解したクリームハンダからフラックスの溶
剤ガスやハンダ自体の分解ガスが発生し、これらのガス
は溶解したハンダの微粒子間に残存し、ハンダ付け界面
にボイドを発生させ易いという問題がある。

【０００４】この問題は、基板の高密度化によるハンダ
付け部の微小化が進むにしたがって、接合強度、電気特
性の信頼性を確保するために、解消しなければならない
重要な課題の一つとなっている。

【０００５】この発明は、このような従来技術の問題を
解決することを目的としてなされたものであり、ハンダ
付け界面にボイドを発生させずにハンダ付けする方法を
提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
、この発明のハンダ付け方法においては、基板に電子部
品を表面実装するに当たり、クリームハンダを塗布し、
その上に電子部品を搭載した基板を、炉内に装入・密閉
して加熱し、加熱されたクリームハンダが少なくとも融
解している間、または遅くともクリームハンダが融解し
た後に、炉内を大気圧よりも低く減圧した状態に保ち、
融解したクリームハンダから発生したフラックスの溶剤
ガスを含むガスを蒸発・拡散させるものである。

【０００７】融解したクリームハンダから蒸発・拡散し
たフラックスガスは、炉内において、あるいは炉外に排
出される減圧用配管において、吸着装置に吸着させて除
去するのが望ましい。このようにすると炉の内壁、減圧
装置の各部材が、クリームハンダから蒸発・拡散したフ
ラックスガス中の固形分により汚損されることがなくな
る。

【０００８】また、基板が加熱されてクリームハンダの
融解が完了するまでの間、基板に微振動を与えてもよい
。このようにすると、ボイドの発生をより効果的に阻止
できるだけでなく、マイクロブリッジの発生を確実に防
止することができる。

【０００９】さらに、この発明のハンダ付け方法におい
ては、融解したクリームハンダによるハンダ付け部の冷
却を、炉内に不活性ガスを導入して行うことを関連発明
としている。ハンダ付け部を不活性ガスにより急冷する
ことにより、ハンダ付け部の酸化を防止し、極めて良好
な光沢を有する表面実装基板が得られる。

【００１０】炉内の真空度は、１０−１ｔｏｒｒ程度を
保持すればよく、この程度で所望の効果が得られる。

【００１１】この発明の方法を実施する装置として好適
なハンダ付け炉の一例を図１に示す。炉本体１０は、上
蓋１１と下皿１２とを一方の端縁においてヒンジ１３に
より上下方向に回動自在に連結して密閉可能に構成した
偏平状のものであり、上蓋１１の把手１４を持って上方
に回動させると開口するようになっている。炉本体１０
の上蓋１１には互いに対向させて取り付けた電極１５ａ
，１５ｂを介してセラミックヒータ１６が内装されてい
る。電極１５ａ，１５ｂは図示しない電源に接続された
電線１７ａ，１７ｂが結線してある。炉本体１０の下皿
１２には、一対のシリコンゴム等の弾性基台１８に取り
付けた架台１９が設けてある。この架台１９に、電子部
品３１がハンダ付けされる基板３０が載せられる。また
、下皿１２には、フラックスガス吸着用のガス吸着装置
２０を内装するとともに、別のガス吸着装置２１を介装
した配管２２により真空ポンプ２３が連結してある。 一方のガス吸着装置２０としては吸着剤その他の吸着機
構を用い、他方のガス吸着装置２１としては、フィルタ
等を用いるのが好ましいが、これらのガス吸着装置２０
，２１は何れか一方のみを取り付けてもよい。また、基
板載置用の架台１９は、微振動発生装置２４による微振
動が３本のアーム２５ａ，２５ｂ，２５ｃを介して伝達
できるようにしてある。微振動発生装置２４に直結され
たアーム２５ａは、架台１９に取り付けられたアーム２
５ｂに、中間アーム２５ｃを介して枢着され、中間アー
ム２５ｃは下皿１２にシール材２６を用いて気密、かつ
揺動自在に挿通してある。この微振動発生装置２４はハ
ンダ付け条件に応じ省略してもよい。

【００１２】さらに、この炉本体１０の下皿１２には、
Ｎ２　ガス等の不活性ガスのボンベ２７が配管２８を介
して連結されている。

【００１３】

【実施例】次に、上記ハンダ付け炉を使用して実施した
ハンダ付けの結果を、大気中でのリフロー法による比較
例と対比して説明する。

【００１４】ハンダ付けはクリームハンダの種類を変え
て３種の試料について実施した。使用したクリームハン
ダは下記の通りである。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　組　　　　
成　　　　　　　　　　　　　　　　　　内　　　　容
　　　　　　試料１：　　フラックス　　１０％　　　
　　　ロジン固形分　　５５％　　　　　　　　　　　
　　　　　ハンダ粉　　　　９０％　　　　　　溶剤分
　　　　　　　　４５％　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　（Ｓｎ４６／Ｂｉ８／Ｐｂ４６ハンダ）　　　　　　
　試料２：　　フラックス　　１０％　　　　　　ロジ
ン固形分　　３５％　　　　　　　　　　　　　　　　
ハンダ粉　　　　９０％　　　　　　溶剤分　　　　　
　　　６５％　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（Ｓｎ６
３／Ｐｂ３７ハンダ）　　　　　　　試料３：　　フラ
ックス　　１５％　　　　　　半固形分　　　　　　３
０％　　　　　　　　　　　　　　　　ハンダ粉　　　
　８５％　　　　　　溶剤分　　　　　　　　７０％　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　（Ｓｎ６３／Ｐｂ３７ハ
ンダ）　実施例Ｉ−１ 基板表面にクリームハンダを塗布し、その上にチップコ
ンデンサーを搭載した試料（ハンダ付け箇所１８）を用
意し、ハンダ付け炉を開口して装入した試料を架台に載
せて密閉した後、セラミックヒータと真空ポンプとの各
電源スイッチをＯＮにし、基板をセラミックヒータの遠
赤外線輻射熱により加熱するとともに、炉内の空気圧を
減圧した。これにより基板の温度が上昇し、炉内空気圧
が大気圧よりも低下するにしたがってクリームハンダの
フラックスの溶剤が気化し、炉内温度の上昇とともにフ
ラックス溶剤の気化が促進されるが、炉内圧は１０−１
ｔｏｒｒ程度の真空度に保持した。

【００１５】基板が所定の温度まで上昇すると、クリー
ムハンダのフラックスが流動しはじめ、これに続いてハ
ンダが融解する。ハンダの融解が完了した時点でセラミ
ックヒータの電源スイッチをＯＦＦにし、炉内を減圧状
態に保ったまま基板を常温に近い温度に下降するまで放
冷した後、真空ポンプの電源スイッチをＯＦＦにし、次
いでハンダ付け炉を開口して試料を取り出した。

【００１６】この実施例と比較例との各試料について、
ハンダ付け部の外観を肉眼観察した結果を表１に示す。 比較例の試料は従来のリフローハンダ付け装置を使用し
、通常の工程にしたがって大気中でハンダ付けしたもの
である。

【００１７】

【表１】 　　また、ハンダ付けされたチップコンデンサーを基板
から剥離し、その下のハンダ付け界面を顕微鏡観察した
結果を表２に示す。

【００１８】

【表２】 実施例Ｉ−２ 実施例Ｉ−１の減圧加熱工程において、クリームハンダ
の融解が完了した時点でセラミックヒータと真空ポンプ
との各電源スイッチをＯＦＦにし、ハンダ付け炉を開口
して大気中において基板を冷却した。

【００１９】各試料のハンダ付け部の外観を肉眼観察し
た結果およびハンダ付け界面を顕微鏡観察した結果は、
それぞれ実施例Ｉ−１において得られた結果とほぼ同様
であった。

【００２０】実施例Ｉ−３ 実施例Ｉ−１の減圧加熱中、クリームハンダの融解が始
まって完全に融解するまでの間、微振動発生装置を作動
して基板に微振動を与え、微振動発生装置の作動を停止
した後、セラミックヒータの電源スイッチをＯＦＦにし
て、実施例Ｉ−１と同じ操作で基板を冷却した。

【００２１】各試料のハンダ付け部の外観を肉眼観察し
た結果およびハンダ付け界面を顕微鏡観察した結果を、
それぞれ表３および表４に示す。

【００２２】

【表３】

【００２３】

【表４】 実施例ＩＩ−１ 減圧加熱は実施例Ｉと同一の工程を行い、クリームハン
ダの融解が完了し時点でセラミックヒータと真空ポンプ
との各電源スイッチをＯＦＦにした後、Ｎ２ガスボンベ
からＮ２　ガスを炉内に導入して基板を急冷した。

【００２４】各試料のハンダ付け部を肉眼観察した結果
を表５に示す。

【００２５】

【表５】 　　ハンダ付けされたチップコンデンサーを基板から剥
離し、その下のハンダ付け界面を顕微鏡観察した結果を
表６に示す。

【００２６】

【表６】 実施例ＩＩ−２ ハンダ付け炉内に試料を装入・密閉した後、真空ポンプ
は作動させず、セラミックヒータのみの電源スイッチを
ＯＮにして基板を加熱した。

【００２７】クリームハンダの融解が完了した時点で真
空ポンプの電源スイッチをＯＮにして炉内を減圧し、真
空度が１０−１ｔｏｒｒに達した後、真空ポンプの電源
スイッチをＯＦＦにした。次いでＮ２　ガスを炉内に導
入して基板を急冷した。各試料のハンダ付け部の外観を
肉眼観察した結果と、ハンダ付け界面を顕微鏡観察した
結果とは、いずれも実施例ＩＩ−１の場合と変わりがな
かった。

【００２８】この発明の方法による基板の加熱手段とし
ては、前記実施例のセラミックヒータによる遠赤外線の
輻射に限らず、熱板による直接加熱手段を用いてもよい
が、この場合は、基板を熱板に密着させるジグを付設す
るなど加熱効率を高くする手段を併用するのが望ましい
。

【００２９】また、基板の加熱を炉の外側から遠赤外線
、光ビーム、レーザ等の間接加熱手段を用いて行っても
よいが、この場合は、炉の材質として、加熱ビームの透
過性が良く、適当な屈折率を有するガラス等を選択する
必要がある。

【００３０】上記実施例において説明したハンダ付け炉
は、被ハンダ付け基板を複数個装入できる容積のものを
使用するか、あるいは１個の基板用の炉を多数用意し、
これらを循環させて、基板の装入、取出しをロボット等
により自動操作するか、基板の装入部と取出し部とに、
それぞれ密封可能な別室をもつ減圧装置付き加熱炉を設
け、順次間欠的に基板を送り込む手段を講ずることによ
り、量産に適した装置として使用することができる。

【００３１】また、この発明の方法を実施するハンダ付
け炉は、従来のリフロー法に使用する炉に比べて炉内容
積を小さく設計することができるので、設備コストが安
価になるだけでなく、ハンダ付け後の基板の冷却に不活
性ガスを導入する工程を採用した場合においても、不活
性ガスの消費量は不活性ガスを用いたいリフロー法より
も少量で足りるから、ランニングコストも極めて低い価
格に押さえることができる。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれば
、クリームハンダによる電子部品の表面実装に際し、炉
内圧を大気圧よりも低く減圧してハンダ付けを行い、ク
リームハンダから発生したフラックスガスを蒸発・拡散
させる構成としているから、ハンダ付け界面にボイドが
発生することのない信頼性の高いハンダ付け方法が得ら
れる。

【００３３】また、この発明によれば、減圧加熱により
ハンダ付けされた基板の冷却に、不活性ガス雰囲気を用
いる構成としているから、ハンダ付け部分の表面光沢が
極めて良好になるという効果が併せて得られる。

【００３４】さらに、この発明において、クリームハン
ダから蒸発・拡散したフラックスガスを吸着装置に吸着
させて除去することにより、炉の内壁、減圧装置の各部
材の汚損を防止することができる。

【００３５】また、この発明において、基板に微振動を
与えてハンダ付けを行った場合は、ボイドの発生をより
効果的に防止することができるだけでなく、マイクロブ
リッジの発生も確実になくなり、更に信頼性が高くなる
。

【００３６】なお、この発明によれば、減圧加熱により
フラックスガスが蒸発・拡散するだけでなく、フラック
スの固形分も拡散し、ハンダ付け部に付着するフラック
ス残渣の量が少なくなるから、次工程に行われるフラッ
クス残渣の洗浄が極めて容易になり、場合によっては洗
浄工程を省略することも可能となる。

【００３７】また、この発明によれば、ハンダ付け部に
おけるハンダボールの発生が減少することが確認された
。ハンダボールの発生はクリームハンダの種類によって
も影響を受けるから、使用するクリームハンダを適当に
選択すれば、ハンダボールの発生を皆無にすることも可
能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の方法を実施するハンダ付け炉の一例
を示す断面図である。

【符号の説明】

１０　　　　　　ハンダ付け炉 １６　　　　　　セラミックヒータ ２０　　　　　　フラックスガス吸着装置２１　　　　
　　フラックスガス吸着装置２３　　　　　　真空ポン
プ ２４　　　　　　微振動発生装置 ２７　　　　　　不活性ガスボンベ ３０　　　　　　基板

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　基板に電子部品を表面実装するに当た
   り、クリームハンダを塗布し、その上に電子部品を搭載
   した基板を、炉内に装入・密閉して加熱し、加熱された
   クリームハンダが少なくとも融解している間、または遅
   くともクリームハンダが融解した後に、炉内を大気圧よ
   りも低く減圧した状態に保ち、融解したクリームハンダ
   から発生したフラックスの溶剤ガスを含むガスを蒸発・
   拡散させることを特徴とするハンダ付け方法。
2. 【請求項２】　　融解したクリームハンダから蒸発・拡
   散したフラックスガスを炉内または炉外の減圧用配管に
   おいて吸着して除去する請求項１記載のハンダ付け方法
   。
3. 【請求項３】　　クリームハンダの融解が完了するまで
   の間、基板に微振動を与える請求項１記載のハンダ付け
   方法。
4. 【請求項４】　　請求項１ないし３のいずれかに記載の
   ハンダ付け方法において、ハンダ付けされた基板の冷却
   を、炉内に不活性ガスを導入して行うことを特徴とする
   ハンダ付け方法。