JPH0452173B2

JPH0452173B2 -

Info

Publication number: JPH0452173B2
Application number: JP61109719A
Authority: JP
Inventors: Suteiibun Nootarusuki Maaku
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1986-05-15
Filing date: 1986-05-15
Publication date: 1992-08-21
Also published as: JPS62267066A

Description

【発明の詳細な説明】技術分野本発明は、ウエーブハンダ付け（ソルダリン
グ）の為の方法に関する。

発明の背景ウエーブハンダ付けは、電子デバイスを接合し
たり或いは金属質部品を予備ハンダ付けする為の
技術である。これは、こうした部品を溶融ハンダ
の少くとも１つの定常液と接触状態に持ちきたす
ことにより達成される。この方法は、エレクトロ
ケミカルパブリケーシヨンズ社刊「エレクトロニ
クスにおけるハンダ付け」（1984年）、332〜361頁
に記述されている。

この方法は、必ずではないが代表的に、ハンダ
により濡らさるべき表面ヘフラツクスを被覆する
ことを含んでいる。フラツクスは、ハンダが表面
に付着するよう表面を処理する。フラツクスで覆
われた表面は、フラツクスを乾燥しそして活性化
し更に熱衝撃を軽減する為にハンダ付けに先立つ
て加熱されるのが普通である。

ハンダポツト内に収蔵される溶融ハンダを定常
波を提供するべくノズルを通して上方にポンピン
グすることによりハンダウエーブ即ちハンダ波が
形成される。通常、唯一つの液が形成されるが、
特に表面搭載デバイスがプリント回路板にハンダ
付けされる時には二重波もまた使用される。ハン
ダ曝落（カスケード）及びハンダ噴流がウエーブ
ハンダ付けにおいてまた有用に用いられる。

ウエーブハンダ付けと遭遇する問題の一つは、
溶融ハンダが酸素に曝させる時酸化することであ
る。酸化されたハンダは表面酸化物層を形成し、
これはハンダ付けされる部品が濡れる前にフラツ
クスにより除去されねばならない。この表面層は
波状でのハンダの流動により連続的に分断され
る。これは新しいハンダを露呈し、結局またはそ
の酸化を招く。酸化物とハンダの混合物はこうし
てハンダポツト内にたまる。この混合物はドロス
として知られ、除去し処分せねばならない。ドロ
スの発生は、ハンダ有価分の損失とそれを除去し
そしてドロスの摩耗作用により損傷したウエーブ
ソルダリング装置の機械部品を補修するのに要す
る保守時間によりプロセスコストの増加をもたら
す。ドロスはまた、そこに含まれる金属或いは酸
化物が毒性である時（例えば鉛、酸化鉛）、健康
上危険でもありうる。そうした危険は、作業者が
ハンダポツトからドロスを除去するに際してドロ
スを手作業で扱う時或いはドロスの除去が周囲大
気中へのドロス粒子の飛散と続いての人体吸入を
もたらす時顕著化する。

従来技術とその問題点ハンダ波上での酸化物の形成を最小限にする為
に使用された一つの方法は、表面を油で覆うこと
である。これは、ハンダを大気酸素から保護する
のに有効であるが、油は劣化しそして周期的に取
替えねばならない。更に、一般に使用される油は
ハンダ付けされる部品から除去困難でありそして
ウエーブハンダ付け温度において大量の煙を発生
する危険がある。

ドロス形成量の減少の為提案されたもつと満足
すべき技術は、表面全体を不活性雰囲気で覆う、
即ち波の表面上及びその上方に存在する空気或い
は酸素を不活性ガスと置換することである。残念
ながら、これはブリツジ形成として知られる現象
の発生率の増加をもたらした。「ブリツジ」とは
接合されることを意図しない部品間或いは部品部
分間に形成されるハンダ継手である。電子部品に
おいて、このブリツジは短絡につながる。

発明の目的本発明の目的は、ブリツジ現象の発生を増加す
ることなく、ドロスの形成を実質上減少しそして
濡れを改善するウエーブハンダ付け方法を提供す
ることである。

発明の構成本発明に従えば、実質上空気から成る雰囲気に
おいて加工部片をハンダ波と接触せしめることに
よるウエーブハンダ付け方法であつて、該ハンダ
波が(1)該加工部片が最初にハンダ波に接触する濡
らし領域を含む前方溢流と、(2)該加工部片がハン
ダ波との最後の接触状態にある離脱領域を含む擬
静止領域と、(3)後方溢流とを有するウエーブハン
ダ付け方法において前記目的を実現する改善が見
出された。

改善点は、 (a) 前記前方溢流と後方溢流との表面の少なくと
も50％と接触する雰囲気を不活性ガスと置換
し、 (b) 前記離脱領域と接触する雰囲気を酸化性ガス
として維持することから成る。理由は定かでないが、ブリツジの
発生を増加することなくドロスの形成を実質上減
少するには、前方溢流と後方溢流との表面の少な
くとも50％と接触する雰囲気を不活性ガスと置換
しつつ、前記離脱領域と接触する雰囲気を酸化性
ガスとして維持するのがよいことが見出されたも
のである。好ましくは、離脱領域と接触する雰囲
気が酸素で富化されそして離脱領域を除いてハン
ダ波の表面と接触する雰囲気が不活性雰囲気とさ
れる。加工部片とは、互いに接合される２つ以上
の部品或いは予備ハンダ処理される１つ以上の部
品を云う。

発明の具体的説明図面には、単一波ハンダポツトとして呼ばれる
装置が示されている。例示される特定波は「ラム
ダ（lambda）」波である。この波は一般に電子回
路板に部品をハンダ付けするのに使用される。ハ
ンダ波は、加工部片が最初にハンダ波に接触する
濡らし領域７を含む前方溢流３と、加工部片がハ
ンダ波との最後の接触状態にあり、そこから取出
されるる離脱（peel off）領域８を含む擬静止領
域５と、後方溢流４とから構成される。離脱領域
８の表面と接触状態にある雰囲気が不活性となる
のを防止し、該雰囲気を酸化性ガスとして維持す
るのが本方法の要件である。これは、不活性ガス
がこの地点に到達して大気と置換するのを防止す
ることにより或いは離脱領域に一層多くの空気を
導入することにより、好ましくは酸素で富化する
ことにより達成しうる。

ハンダ１は、電気的加熱手段（図示なし）によ
りその液相線温度以上の温度まで加熱される。電
子回路板用途向けのハンダは、代表的に約50〜70
重量％錫と残部鉛とから成る。少量のアンチモン
（組成物の約２重量％）もまた含められる。ハン
ダは、濡らされるべき表面、即ち接合されるべき
表面或いは予備ハンダ処理されるべき表面より低
い固有線を有する任意の金属乃至金属混合物とし
て定義される。溶融ハンダは収斂ノズル２の内部
を上方にポンプ送給されそしてそのほとんどが前
方溢流３として流下する。ハンダの残部は後方溢
流４として或いはドレン（図示なし）を通して流
れる。

ドロスは、ハンダ波のあらゆる場所に生ずる。
しかし、部位によつてドロスの発生量は異なり、
そして前方溢流３及び後方溢流４が活性なドロス
形成帯域である。図面に示される波設計に対して
は、ドロスの約75％は前方溢流３においてそして
20％は後方溢流４において形成され、そして擬静
止帯域５では僅か５％が形成されるだけである。

濡らし領域７は前方溢流３の上方部分である。
これは、ハンダ波がハンダ付けされるべき部品の
表面と最初に接触状態に持ちきたされる領域であ
る。フラツクスの使用はこの領域で酸化物層が部
品のハンダによる濡れを阻止するのを防止する。

離脱領域８が、擬静止領域５の始端部に、代表
的にその最初の５cmにわたり位置づけられる。離
脱領域は、ハンダ付けされる部品と接触状態にあ
る最後の波部分として定義される。

部品は、その底面がその厚さを越えない溶融ハ
ンダ深さにおいて波６と接触状態となるような態
様で矢印線９で示す位置及び方向において搬送さ
れる。

ハンダ接合或いは予備ハンダ付けされるべき部
品は、印刷回路板並びにワイヤ、キヤパシタ、レ
ジスタ、IC、トランジスタ等の電子機器を代表
例とする。

フラツクス、例えば20重量％固形分含量を有す
る活性化ロジンフラツクスがハンダ付けされるべ
き部品に先ず被覆される。本方法において使用し
うるものとして列挙しうる他のフラツクスは、
様々の有機酸、水溶性無機酸及び塩化亜鉛のよう
なハロゲン化物塩であり、これらはすべてフラツ
ク効果を与えるのに都合良く使用される。市販入
手しうるフラツクスの一つは、「HI−GRADE
＃784」ロジンフラツクスであり、これはアメリ
カHi−Grade Alloy社により製造される、高純
度ロジンと溶剤とを混和したロジン活性化フラツ
クス化合物である。

部品は、その上面において測定されるものとし
て通常約93℃の温度まで予熱されうる。予熱は一
般に、底面から、上面から或いは両方から、熱
風、対流、赤外線或いはその組合せを用いて達成
される。

濡らし領域７を含む前方溢流３は、前方ガス拡
散器１０を使用して不活性ガスにより覆われる。
不活性ガスはもちろん空気を排斥する。拡散器は
代表的に例えばAISI316ステンレス鋼から作製さ
れる矩形断面の箱である。しかし、ハンダ温度に
耐えることが出来そしてフラツクスにより侵食さ
れずまたハンダによつて濡らされない任意の材料
が使用出来る。拡散器の側壁は、波６に面する多
孔質側壁を除いてすべて非透気性である。拡散器
多孔壁１１は不活性ガスを一様にそして波６の前
方溢流３に沿つて最小限の乱流しか伴わないよう
に分配するべく作用する。前方ガス拡散器１０
は、波６に実用上なるたけ近づけてそしてハンダ
付けされる回路板に取付けられる部品リード衝突
しない限りにおいてなるたけ高く装置上に設置さ
れる。拡散器はまた波６と同巾ともされるべきで
ある。側方シールド（図示なし）が側方からの空
気の混入を防止する為に波を越えて上方に伸延し
て波の両側部に設置される。

或る帯域は、そこで測定される酸素水準が約１
容積％未満の時不活性であるとみなされる。しか
し、各帯域がその程度まで不活性である必要はな
い。活性ドロス形成帯域において、ハンダ波の表
面の少くとも50％と接触する雰囲気が不活性ガス
により置換されるべきでありそして好ましくは該
表面の少くとも約70％と接触下にある雰囲気が置
換されるべきである。

適当な不活性ガスとしては、ハンダ付け温度に
おいてハンダと反応して固体酸化物乃至他の反応
生成物を形成しないような任意の気体或いは気体
混合物が含まれる。すべての金属のハンダと共に
使用しうる不活性ガスの例は、窒素、アルゴンや
ヘリウムのような稀ガス及び水素のような還元性
ガスである。316℃より低い温度で溶融する代表
的錫／鉛ハンダに対しては、二酸化炭素や水蒸気
のような僅かに酸化性のガスをまた有効である。
不活性ガスの混合物もまた所望なら使用されう
る。窒素は、そのコストが比較的安く、入手しや
すくそして空気とほとんど変らない密度を有する
ことから好ましい不活性ガスである。

窒素は、波巾単位メートル当り標準状態で少な
くとも約7.4m³／hr（以下m³／hr・ｍ（標準状態）
と記す）の割合で、好ましくは約22.1m³／hr・ｍ
（標準状態）で前方ガス拡散器を通される。この
拡散器は前方溢流３における大気を約22.1m³／
hr・ｍ（標準状態）を使用して約100ppm未満と
測定する水準にまで持ちきたしうる。

後方ガス拡散器１２は設計において前方ガス拡
散器１０と同様であるが、不活性ガスの流れの指
向を助成する為金属カバーと組合せて管状多孔金
属フイルタ要素のような他の拡散器設計も両方に
対して使用されうる。２波装置の場合には不活性
ガスの流れを納めるべくカバー及びカーテンと共
に３つの拡散器が使用されうる。気体流れを管理
する為に様々の装置もまた組込むことが出来る。

後方ガス拡散器１２の使用は、空気以外の酸化
性流体をプロセスに導入することである。もしこ
のガスが後方ガス拡散器１２内に導入されないな
ら、その場合脱離領域８には空気が存在すること
になる。酸化性ガスの導入割合は少くとも7.4
m³／hr・ｍ（標準状態）そして好ましくは約14.7
m³／hr・ｍ（標準状態）である。酸化性ガスは、
それが回路板の下側に捕捉されるような態様で差
向けられて脱離領域８における酸化性条件を保証
する。脱離領域８における雰囲気の酸素含量は約
18〜50容積％、好ましくは約25〜35容積％の範囲
をとる。最適の酸素％は特定のフラツクス及び作
動条件と共に変わる。一つの特定フラツクスを使
用した場合、例えば、窒素中35％酸素におけるブ
リツジ発生率は窒素中２１％酸素におけるそれに
較べて1/3に減ずることが観察された。

酸化性ガスが使用されない場合には、一方乃至
双方の拡散器から導入されうる不活性ガスはなる
たけ多くの空気が離脱領域８において残つている
ような態様で噴射されねばならない。

本発明に従うウエーブハンダ付け装置は単一波
及び２波に対処しうるようまたハンダ付けされる
ことを意図する様々の部品に対処しうるよう様々
の態様で設計されうることが当業者には理解され
よう。

発明の効果１ドロス形成の減少、２部品濡れの改善、３フラツクス分解の減少、４ブリツジ発生の軽減、５不活性な濡れ領域を確立することにより従来
より低い活性度を有するフラツクスを使用可能
としまた一層一貫した濡れを与えること、６上述したようなドロス減少の付随的利益とし
てハンダポツト及びポンプ（図示なし）の保守
の軽減と、安全性の向上。

実施例図面に記載したようなウエーブハンダ付け装置
を使用した。その寸法は、23cm長×38cm巾×7.6
cm深さであつた。窒素が前方ガス拡散器を通して
46.5m³／hr・ｍ（標準状態）の割合で流された。
30％酸素と70％窒素の混合物が、後方ガス拡散器
１２を通して18.5m³／hr・ｍ（標準状態）の割合
で流された。

７，40ピンデユアルオンラインパツケージIC
を備える電子回路板とハンダ付けにより接合され
るべき底装着式リードレスデバイスを含む他の電
子デバイスが、2.4ｍ／分の速度で矢印線９に沿
つて搬送された。ハンダ付けされるべき部品は中
位に活性化されたロジンフラツクスでコーテイン
グされそして回路板は底面から93℃の温度（上面
で測定して）に対流により予熱された。共に、ハ
ンダ浴内への回路板の進入に先立つてもたらされ
た。

ハンダは、59％錫、39％鉛及び２％アンチモン
（重量）から成りそしてハンダポツトにおいて260
℃の温度にあつた。溶融ハンダは、ノズル２の上
端からハンダ表面まで垂直線に沿つて測定して14
mmの深さにあつた。

前方溢流３における雰囲気は100ppm（容積）の
酸素測定値を有した。活性ドロス形成帯域の表面
の少くとも50％と接触する雰囲気が窒素により置
換されていることも認められた。酸素／窒素混合
物の導入後、離脱領域８における雰囲気の酸素含
量は28〜30％（容積）であつた。

ドロスの形成量が（）拡散器を通してのガス
の導入前には1130ｇ／hrと測定されそして（）
拡散器１０を通しての不活性ガスの導入後には
135ｇ／hrと測定された。

回路板当りのブリツジの数は、（）ガス拡散
器１０を通しての不活性ガスの導入後平均0.03±
0.01ブリツジ数／回路板として測定されそして
（）ガス拡散器１２を通しての酸素／窒素混合
物の導入後平均0.01±0.008ブリツジ数／回路板
として測定された。平均値は200個の回路板に基
く。

【図面の簡単な説明】

図面は本方法を実施するウエーブハンダ付け装
置の一具体例の断面図である。３：前方溢流、４：後方溢流、５：擬静止領
域、７：濡らし領域、８：離脱領域、１：ハン
ダ、２：ノズル、１０：前方ガス拡散器、１２：
後方ガス拡散器。

Claims

【特許請求の範囲】１実質上空気から成る雰囲気において加工部片
をハンダ波と接触せしめることによるウエーブハ
ンダ付け方法であつて、該ハンダ波が(1)該加工部
片が最初にハンダ波に接触する濡らし領域を含む
前方溢流と、(2)該加工部片がハンダ波との最後の
接触状態にある離脱領域を含む擬静止領域と、(3)
後方溢流とを有するウエーブハンダ付け方法にお
いて、 (a) 前記前方溢流と後方溢流との表面の少なくと
も50％と接触する雰囲気を不活性ガスと置換
し、 (b) 前記離脱領域と接触する雰囲気を18〜50容積
％酸素を含有する酸化性雰囲気として維持することを特徴とするウエーブハンダ付け方法。２離脱領域を除いてハンダ波の表面と接触する
雰囲気が１容積％以下の酸素しか含有しない特許
請求の範囲第１項記載の方法。３濡らし領域と接触する雰囲気が不活性である
特許請求の範囲第１項記載の方法。４前方溢流と後方溢流との表面の少なくとも70
％と接触する雰囲気が不活性である特許請求の範
囲第１項記載の方法。