JPH06350241A

JPH06350241A - 半田付方法及び半田付装置

Info

Publication number: JPH06350241A
Application number: JP14094193A
Authority: JP
Inventors: Mikiro Takeda; 幹郎竹田
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1993-06-11
Filing date: 1993-06-11
Publication date: 1994-12-22

Abstract

(57)【要約】【構成】プリント配線基板２の配線電極２ａと、ＬＳ
Ｉパケージ１５の半田付リード線１５ａとを加熱圧着し
て半田付けする半田付装置であって、プリント配線基板
２を載置する基板載置台１及び加熱圧着ヘッド７とにそ
れぞれ超音波振動子４・１２が取り付けられている。【効果】半田のヌレ性が向上し、半田付接合部の電気
抵抗が低減すると共に接合強度が向上する。この結果、
半田付け品質及び信頼性の向上が可能となり、また、フ
ラックスの使用量の削減も可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、各種パッケージ形態の
ＬＳＩ(Large Scale Integrated Circuit),ＩＣ(Integr
ated Circuit), ＣＲ(Capacitor and Resistor)素子
や、微細狭小ピッチのＱＦＰ(Quad Flat Package),ＴＡ
Ｂ(Tape Automated Bonding), 及び多電極端子フラット
ケーブルなどの電子部品の半田付リード線と、プリント
配線基板等の回路基板の配線電極とを、半田層を介して
加熱圧着して半田付けする半田付方法及び半田付装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年集積回路等を組み込んだ装置は、小
型化、高機能化の促進に伴い実装密度のさらなる高度化
が要求されており、このような要求に対応するために、
各種パッケージ形態のＬＳＩ素子や、微細狭小ピッチＴ
ＡＢなどの電子部品の半田付リード線と、プリント配線
基板の配線電極との半田付けは、半田層を介して加熱圧
着する、いわゆる加熱圧着式の半田付方法が採用されて
いる。

【０００３】このような加熱圧着式を採用した半田付装
置としては、例えば、瞬間的に発熱部が加熱されるパル
ス加熱型や、発熱部が常時加熱されているコンスタント
加熱型等がある。

【０００４】パルス加熱型の半田付装置は、図３に示す
ように、プリント配線基板３２を載置すると共に固定す
る基板載置台（基板支持台）３１と、この基板載置台３
１の上方に配された抵抗加熱式加熱圧着ヘッド３３とを
備えている。上記加熱圧着ヘッド３３の先端部には、抵
抗加熱方式の発熱部３３ａが形成されており、この発熱
部３３ａの温度、温度保持時間等は、電極端子３４・３
４を介して接続されているパルス電流発生器３５から印
加されるパルス電流の値、出力時間にて制御される。ま
た、上記加熱圧着ヘッド３３は、図示しない装置架台に
取り付けられており、所定のストローク範囲内で上下動
可能に、かつ、任意の加圧力を発生し得るように構成さ
れている。

【０００５】このような半田付装置を使用して、例えば
ＬＳＩパッケージ３６の半田付リード線３６ａと、プリ
ント配線基板３２の配線電極３２ａとの半田付けを行う
場合、基板載置台３１の上に、予め配線電極３２ａ上に
所定の厚みの半田層３７が形成されているプリント配線
基板３２を載置し、半田層３７の表面に所定仕様の図示
しないフラックスを塗布する。このフラックスは、半田
付けしようとする金属表面の汚れを除去し、また、フラ
ックスの持つ化学的還元作用により金属表面の酸化層を
除去して半田のヌレ性を向上させるためのものである。

【０００６】次いで、ＬＳＩパッケージ３６を、各々所
定の半田付リード線３６ａと配線電極３２ａとが相対向
するように載置する。そして、加熱圧着ヘッド３３を下
降させて先端部３３ａを半田付リード線３６ａ上に、所
定の加熱温度，圧着圧力にて、所定時間加圧保持する。
これにより、ＬＳＩパッケージ３６の半田付リード線３
６ａと、プリント配線基板３２の配線電極３２ａとは、
半田付けされて電気的に接続される。この場合、半田付
けに必要とされる発熱部３３ａの加熱温度は、通常２５
０〜３００℃であり、また、圧着圧力は２〜３ｋｇ／ｃ
ｍ²である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
加熱圧着式の半田付けの場合、半田付接合部の酸化層や
汚染層を原因とする半田のヌレ性不足により、接合部の
半田層３７に気泡や空洞が発生して接合部が不均一とな
り、その結果、接合部の電気抵抗が増大すると共に接合
強度が低下し、ひいては半田付け品質及び信頼性が低下
するという問題を有している。そして、今日のさらなる
高密度実装による半田付け箇所の微細狭小化に伴い、よ
り一層深刻な解決すべき課題となっている。

【０００８】尚、従来より半田付接合部の酸化層や汚染
層を除去し、半田のヌレ性を向上させるために、フラッ
クスが塗布されているが、必ずしも充分であるとは言い
難く、加えて、フラックスがプリント配線基板３２に付
着し、腐食や汚染を引き起こす危険性も有しており、フ
ラックス使用量の減少化を図ることも解決すべき課題で
ある。

【０００９】そこで、本発明は、上記課題に鑑み成され
たもので、その目的は、半田付け品質及び信頼性の向上
を図ると共に、フラックスの使用量の低減を図り、さら
には、半田付け温度の低減、半田付け処理時間の短縮、
及び半田付け材料選択の自由度の拡大が可能な半田付方
法及び半田付装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１記載の
半田付方法は、上記課題を解決するために、電子部品の
半田付リード線と回路基板の配線電極との間に半田層を
介装し、一方側から加熱圧着することで、半田付リード
線と配線電極とを半田付けする半田付方法において、半
田層に超音波を伝播しながら加熱圧着することを特徴と
している。

【００１１】また、請求項２記載の半田付装置は、上記
課題を解決するために、加熱圧着手段と、回路基板を支
持する基板支持台とを有し、半田層を介して電子部品の
半田付リード線と上記回路基板の配線電極とを加熱圧着
手段により加熱圧着して半田付けする半田付装置におい
て、上記加熱圧着手段および基板支持台の少なくとも一
方に、超音波発生手段が取り付けられていることを特徴
としている。

【００１２】

【作用】請求項１の方法によれば、半田層に超音波を伝
播しながら加熱圧着して、半田付リード線と配線電極と
を半田付けするようになっており、この場合、例えば上
記請求項２の半田付装置の構成を採用することで、より
効果的にこの方法を実現することができる。

【００１３】これによれば、加熱圧着時、半田層に超音
波が伝播されるので、超音波の作用で、溶融した半田中
にキャビティ（空孔）が生じ、このキャビティが接合部
の半田付リード線や配線電極に作用して酸化層及び汚染
層を解離することとなる。これにより、酸化層や汚染層
を原因とした半田のヌレ性不足による接合部の不均一性
が解消される。また、超音波の作用で、半田層を構成す
る各種元素が拡散されることとなり、これによっても接
合部の均一性が向上する。これらの結果、接合部の電気
抵抗が低減すると共に接合強度が向上し、半田付け品質
及び信頼性の向上が図れる。

【００１４】また、このように超音波を伝播すること
で、フラックスを使用することなしに、フラックスと同
等の作用を得ることができるので、フラックスの使用量
を減少させることができ、さらに、半田付け温度の低減
化、半田付け処理時間の短縮、及び半田付け材料選択の
自由度の拡大も可能となる。

【００１５】

【実施例】本発明の一実施例について図１ないし図２に
基づいて説明すれば、以下の通りである。

【００１６】本発明に係る半田付装置は、図１に示すよ
うに、プリント配線基板（回路基板）２を載置すると共
に固定する基板載置台（基板支持台）１を備えており、
この基板載置台１の裏面側には、電気絶縁板３を介して
スタック構成超音波振動子（超音波発生手段）４が取り
付けられている。このスタック構成超音波振動子４に
は、各ブロック毎に所定周波数の超音波電力を印加する
ための超音波振動子電極５…が形成されており、これら
超音波振動子電極５…は、互いに並列に結線され、第１
超音波発振器６に接続されている。これにより、基板載
置台１には、第１超音波発振器６のＯＮ時、スタック構
成超音波振動子４から発生される超音波が伝播される。

【００１７】一方、上記基板載置台１の上方には、図示
しない所定の装置架台に取り付けられ、この装置架台に
取り付けられた駆動機構により、所定のストローク範囲
内で上下動されると共に、所定の加圧力を発生可能な加
熱圧着ヘッド７が配されている。

【００１８】この加熱圧着ヘッド７の先端部には、抵抗
加熱方式による発熱部７ａが形成されると共に、左右側
面には、電極端子９・９が形成されており、これら電極
端子９・９を介して、パルス電流発生器１０に接続さ
れ、このパルス電流発生器１０から印加されるパルス電
流の値、出力時間にて、発熱部７ａの加熱温度、温度保
持時間が設定されるようになっている。

【００１９】さらに、加熱圧着ヘッド７の上部には、電
気絶縁板１１を介して超音波振動子（超音波発生手段）
１２が取り付けられている。この超音波振動子１２に
は、所定周波数の超音波電力を印加するための超音波振
動子電極１３・１３が形成されており、これら超音波振
動子電極１３・１３を介して第２超音波発振器１４に接
続されている。これにより、基板載置台１と同様、加熱
圧着ヘッド７には、第２超音波発振器１４のＯＮ時、超
音波振動子１２から発生される超音波が伝播される。

【００２０】上記第１及び第２超音波発振器６・１４の
動作タイミングは、図２に示すように、発熱部７ａの温
度立ち上がり時間（ｔ₁）を考慮し、発熱部７ａが設定
温度に達した時にＯＮとなるよう、パルス電流発生器１
０のＯＮより温度立ち上がり時間（ｔ₁）分遅らせたも
のとなっている。そして、発熱部７ａが設定温度に保持
されている設定電流・設定温度保持時間（ｔ₂）の間、
継続してＯＮされ、パルス電流発生器１０のＯＦＦと共
にＯＦＦされるようになっている。尚、上記装置におい
ては、発熱部７ａが半田付リード線１５ａに圧接される
と同時に、パルス電流発生器１０がＯＮするようになっ
ている。さらに、加熱圧着ヘッド７の加圧時間は、温度
立ち上がり時間（ｔ₁）＋設定電流・設定温度保持時間
（ｔ₂）に、さらに、温度が２０％低下する温度立ち下
り時間（ｔ₃）を加えた時間に設定されており、これに
て、半田層１６が凝固してから加圧を解除し、半田付け
信頼性の向上を図っている。

【００２１】次に、上記半田付装置を使用して、プリン
ト配線基板２の配線電極２ａと、ＬＳＩパッケージ（電
子部品）１５の半田付リード線１５ａとを半田付けして
接続する際の手順を説明する。

【００２２】まず、基板載置台１の上に、プリント配線
基板２を載置し、接合部の活性化と半田のヌレ性を向上
させるために、半田層１６の表面に所定仕様の図示しな
いフラックスを塗布する。尚、載置されるプリント配線
基板２の配線電極２ａの上には、予め、メッキまたは半
田ペーストを使用した印刷等で、所定の厚みの半田層１
６が形成されており、この上に塗布される上記フラック
スは、従来使用量よりも少ない量である。

【００２３】次に、プリント配線基板２の上に、ＬＳＩ
パッケージ１５を載置し、各々所定の半田付リード線１
５ａと配線電極２ａとが相対向するように、両者の位置
合わせを行う。

【００２４】位置合わせが終了したならば、加熱圧着ヘ
ッド７を下降させて発熱部７ａを半田付リード線１５ａ
と配線電極２ａとが相対向している部分に圧接し、所定
の圧着圧力、所定の加熱温度、及び所定加圧保持時間に
て加熱圧着し、同時に、上記したタイミングで、所定周
波数の長音波を基板載置台１及び加熱圧着ヘッド７を介
して、溶融している半田層１６に伝播する。

【００２５】所定加圧時間が経過し、発熱部７ａの温度
が２０％立下りして、半田の凝固点に達して半田層１６
が凝固したならば、加熱圧着ヘッド７を上昇させ、加熱
圧着を終了する。これにより、プリント配線基板２の配
線電極２ａと、ＬＳＩパケージ１５の半田付リード線１
５ａとが半田付けされる。

【００２６】表１に、上記構成の半田付装置を使用し
て、ｐｂ−ｓｎ系の厚さが２０μのメッキにて形成され
た半田層１６を介して、ＬＳＩパッケージ１５とプリン
ト配線基板２とを加熱圧着して半田付けする際の条件の
一例を示す。

【００２７】

【表１】

【００２８】以上のように、本実施例の半田付装置は、
基板載置台１及び加熱圧着ヘッド７とに、超音波振動子
４・１２が各々取り付けられており、ＬＳＩパッケージ
１５の半田付リード線１５ａとプリント回路基板２の配
線電極２ａとを加熱圧着して半田付けする際、溶融され
た半田層１６に超音波を伝播するようになっている。

【００２９】これにより、超音波の作用で、溶融した半
田中にキャビティが生じ、このキャビティが半田付リー
ド線１５ａや配線電極２ａにおける接合部に作用して酸
化層及び汚染層を解離することとなり、半田のヌレ性が
向上して接合部の均一性が向上し、接合部の電気抵抗が
低減すると共に接合強度が向上する。また、超音波の作
用で、半田層１６を構成する各種元素が拡散されること
となり、これによっても接合部の均一性が向上し、接合
強度が向上する。この結果、半田付け品質及び信頼性の
向上が図れる。

【００３０】さらに、上記の表１に示すように、本装置
においては、従来は３００℃程必要とされていた加熱圧
着時の加熱圧着ヘッド７の加熱温度が、２５０℃で加熱
圧着可能となり、半田付温度を低減化できるので、加熱
圧着時のプリント配線基板２に及ぶ熱ストレスを低減す
ることができ、かつ、半田付け処理時間の短縮が可能と
なる。

【００３１】また、従来、ヌレ性を向上させるために塗
布するフラックスにより、プリント配線基板２に腐蝕及
び汚れが発生するという問題があったが、超音波を伝播
させることで、フラックスを塗布することと同様の作用
を得ることができ、原理的にはフラックスを使用しない
半田付けを可能とするものである。したがって、フラッ
クスの使用量の低減化が可能で、これにより、プリント
配線基板２の腐蝕及び汚れの発生が抑制される。その
他、本装置を使用することで、適用できる半田材料の選
択幅を拡げることもでき、半田付コストの削減も可能で
ある。

【００３２】

【発明の効果】本発明の請求項１記載の半田付方法は、
以上のように、半田層に超音波を伝播しながら加熱圧着
するもので、請求項２記載の半田付装置は、上記請求項
１の方法を、効果的に実現できる装置であって、加熱圧
着手段および基板支持台の少なくとも一方に、超音波発
生手段が取り付けられている構成である。

【００３３】これによれば、加熱圧着時、半田層に超音
波が伝播されるので、超音波の作用で、溶融した半田中
にキャビティ（空孔）が生じ、このキャビティが接合部
の半田付リード線や配線電極に作用して酸化層及び汚染
層を解離することとなる。これにより、酸化層や汚染層
を原因とした半田のヌレ性不足による接合部の不均一性
が解消される。また、超音波の作用で、半田層を構成す
る各種元素が拡散されることとなり、これによっても接
合部の均一性が向上する。これらの結果、接合部の電気
抵抗が低減すると共に接合強度が向上し、半田付け品質
及び信頼性の向上が図れるという効果を奏する。

【００３４】また、このように超音波を伝播すること
で、フラックスを使用することなしに、フラックスと同
等の作用を得ることができるので、フラックスの使用量
を減少させることができ、さらに、半田付け温度の低減
化が図れ、半田付け処理時間の短縮、及び半田付け材料
選択の自由度の拡大も可能となるという効果も併せて奏
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すものであり、加熱圧着
式の半田付装置の断面模式図である。

【図２】上記半田付装置における、加熱圧着ヘッドの電
流・温度と、第１及び第２超音波振発振器の動作タイミ
ングとの関係を示す説明図である。

【図３】従来の加熱圧着式の半田付装置の断面模式図で
ある。

【符号の説明】

１基板載置台（基板支持台）２プリント配線基板（回路基板）２ａ配線電極４スタック構成超音波振動子（超音波発生手段）５超音波振動子電極６第１超音波発振器７加熱圧着ヘッド７ａ発熱部１０パルス電流発振器１２超音波振動子（超音波発生手段）１３超音波振動子電極１４第２超音波発振器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電子部品の半田付リード線と回路基板の配
線電極との間に半田層を介装し、一方側から加熱圧着す
ることで、半田付リード線と配線電極とを半田付けする
半田付方法において、半田層に超音波を伝播しながら加熱圧着することを特徴
とする半田付方法。
【請求項２】加熱圧着手段と、回路基板を支持する基板
支持台とを有し、半田層を介して電子部品の半田付リー
ド線と上記回路基板の配線電極とを加熱圧着手段により
加熱圧着して半田付けする半田付装置において、上記加熱圧着手段および基板支持台の少なくとも一方
に、超音波発生手段が取り付けられていることを特徴と
する半田付装置。