JPH0661641A - 低ブリッジングハンダ付け方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ブリッジングの発生及びその他のハンダ付け
欠陥の少ない基材にハンダを接合する或は被覆する方法
を提供する。 【構成】 基材に第一リン約０．０００１〜約０．１重
量％含有する溶融ハンダの供給を酸素約１０容積％まで
を含有する希釈ガスの雰囲気で接触させることを含むウ
エーブハンダ付け或はリフローハンダ付け方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、基材にハンダを接合す
る或は被覆する方法、特にプリント配線板上の基材に関
する。

【０００２】

【従来技術】エレクトロニクス産業では、プリント配線
板が広く用いられている。板上の基材及び部品リード線
は、急速なオートメーション化した大量生産プロセスで
ハンダにより被覆及び／又は接合される。最も高いレベ
ルの信頼性及び品質並びに欠陥の回避を求めるようにあ
らゆる接合部を精査することは実施し得ない。一層小型
化しようとする継続する推進力を満足させるために、板
上の基材と接合部とを近接させることが増大してきた。
これは、基材と接合部との間の望ましくない接続或はブ
リッジを形成する増大傾向を生じた。ゆえに、エレクト
ロニクス産業は、この特別の欠陥を、とりわけ広く用い
られている大量生産ハンダ付け方法、すなわちウエーブ
ハンダ付けにおいて発生するのを低減させるプロセスを
熱心に求めてきた。

【０００３】次に最も広く用いられているハンダ付け方
法であるリフローハンダ付けは、ブリッジングに加え
て、それに特有の他の欠陥、すなわちハンダによる基材
のディウエッティング、板の変色及び板上の白色ヘーズ
を経験する。ハンダによる基材のディウエッティングは
基材のハンダによる不連続なコーティング、ハンダの基
材への付着力の低下、その結果強さ及び信頼性の低い接
合部を生じる。リフロープロセスの後の回路板上の変色
は、板が幾分か損傷されてきたという問題を提起する。
損傷の様子は明らかでないのがしばしばであるので、変
色はかなりの程度黙許される。ハンダ付けプロセスの間
に板上に生じる白色ヘーズは特別関心のある変色の形態
である。ハンダ付けされた回路板を保護するために用い
られる多数のコーティングは板上の白色ヘーズ領域に良
く付着しない。

【０００４】ブリッジング欠陥及びドロス発生を低減さ
せることを指向する改良されたウエーブハンダ付けプロ
セス並びにハンダによる基材のディウエッティング、板
上の白色ヘーズ及び板上の変色を低減させることを指向
する改良されたリフローハンダ付けプロセスが、１９９
１年１２月１０日にＮｏｗｏｔａｒｓｋｉに発行された
「Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｆｏｒ Ｊｏｉｎｉｎｇ／Ｃｏａｔ
ｉｎｇ ＵｓｉｎｇＡｎ Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ Ｈａ
ｖｉｎｇ Ａ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｏｘｉｄａｔｉ
ｏｎ Ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ」なる表題の米国特許第
５，０４１，０５８号に開示された。開示されたプロセ
スでは、ハンダ付けは、酸素濃度約０．００１〜約１０
容積％を有する管理された酸化雰囲気で行なわれた。慣
用のフラックス及びハンダが用いられ、添加剤は開示さ
れなかった。引用する特許に開示されたプロセスはブリ
ッジングを含む名前を挙げた欠陥の低減をもたらした
が、本発明はこのような欠陥のレベルの一層の低減をも
たらす。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、典型的にはプ
リント配線板上に認められる通りの基材にハンダを被覆
する或は少なくとも２つの基材をハンダで接合する改良
された方法を提供する。発明はウエーブハンダ付け及び
リフローハンダ付け作業において実施可能である。その
方法は、基材に、リン、カルシウム、銀、ビスマス、
銅、金、水銀、バリウム、リチウム、ナトリウム、テル
ル、カリウム、ルビジウム、セシウム、及びアルミニウ
ムからなる群より選ぶ少なくとも一種の物質を、アンチ
モンと、もしくはアンチモン及び亜鉛及び／又はカドミ
ウムと組み合わせて約０．０００１〜約１重量％含有す
る溶融ハンダの供給を、酸素約０．１〜約１０容積％を
含有する希釈ガスの雰囲気で接触させることを含む。

【０００６】発明は、ウエーブハンダ付けでは、ブリッ
ジングの発生を低減させることになる。発明は、リフロ
ーハンダ付けでは、ブリッジング、基材のディウエッテ
ィング、板の変色及び板上の白色ヘーズを低減させるこ
とになる。

【０００７】発明の詳細な説明 発明を特に有利な用途−プリント配線板のウエーブハン
ダ付けにおいて具体化して記載する。ハンダ被覆或は接
合すべき基材を有する板（部品リード線を含む）にフラ
ックス、好ましくは低固形分フラックス、例えば固形分
が４％より少ないロジンフラックス、或は非クリーンフ
ラックスを軽く塗被するのが好ましい。非クリーンフラ
ックスが、ハンダを接触させた後に残す残渣は、無腐食
性かつ不導性で、低レベルである。

【０００８】ハンダウエーブを、溶融ハンダを収容する
ハンダポット中で形成させる。ガス状保護雰囲気をハン
ダウエーブの回り、好ましくはポット中の溶融ハンダの
露出面全体の回りにもたらす。しかし、保護雰囲気は板
可塑化或は板予熱作業のようなウエーブハンダ付け作業
の他の部分に及んでもよい。

【０００９】保護雰囲気は希釈ガスを含み、酸素を約１
０容積％まで、好ましくは約０．１〜約１０容積％、最
も好ましくは約０．１〜約３容積％含有してよい。希釈
ガスは非酸化性或は穏やかな酸化性ガス、例えば窒素、
アルゴン、二酸化炭素、ヘリウム、水素、水蒸気或はこ
れらの混合物であり、ガス状のアジピン酸及びギ酸を含
むことができる。一時的に侵入して保護雰囲気中の酸素
濃度を上昇させ得る時折起こる環境空気気流が、酸素濃
度をブリッジングを生じさせるレベルに上昇させ無い点
で、保護雰囲気中の酸素濃度は低い方が好ましい。

【００１０】ハンダは既知の組成の内の任意のもの、例
えばスズと鉛とを６３重量部対３７重量部の比で含み、
他の物質を約３％まで含有し、第一リン（ｐｈｏｓｐｈ
ｏｒｏｕｓ）を含むのが最も好ましい。第一リンは、ブ
リッジングの発生、すなわちハンダにより板上に望まし
くない接続を形成することを低減させる。第一リンは、
また溶融ハンダ中のドロスの生成速度を減小させ、これ
は装置からドロスを取り除きかつドロス中に消費される
ハンダの代わりを入れる際に伴うメインテナンス及び費
用を減少させる。

【００１１】この仮定に拘束されることを望むものでは
ないが、第一リンは、特定の保護雰囲気下で存在する溶
融ハンダの表面張力を減小させることによりブリッジン
グの発生を低減させるものと考えられる。溶融ハンダの
表面張力を減小させかつ本発明においてブリッジングの
発生を低減させるのに有用なその他の物質は下記の通り
である：カルシウム、銀、ビスマス、銅、金、水銀、バ
リウム、リチウム、ナトリウム、テルル、カリウム、ル
ビジウム、セシウム、及びアルミニウムを、アンチモン
と、もしくはアンチモン及び亜鉛及び／又はカドミウム
と組み合わせる。第一リンとの混合物を含む上記の物質
の混合物もまた有用である。この群の内の好適な物質は
カルシウム、銀、ビスマス、銅、金、及びアルミニウム
を、アンチモンと、もしくはアンチモン及び亜鉛及び／
又はカドミウムと組み合わせたものである。最も好まし
い物質は、ブリッジ及びドロスの両方の形成を減少させ
る点で、第一リンである。

【００１２】表面張力減小物質の含量の使用可能な範囲
は約０．０００１〜約１重量％である。好適な範囲は約
０．００１〜約０．１％であり、最も好適な範囲は約
０．００２〜約０．０１％である。第一リン或はその他
の表面張力減小物質は、ハンダ組成物の一部として、も
しくはハンダポット中のハンダに、或は基材に適用する
フラックス中に、或はフラックスビヒクル（増粘在、バ
インダー、等）中に加えることができる。リンは、組み
合わせた形態で、例えばリン化スズとして、或はジオク
チルホスフィット、ジフェニルホスフィット、ブチルフ
ェニルホスフィット及びオクチルフェニルホスフィット
のような有機ホスフィッドとして導入することができ
る。

【００１３】保護雰囲気においてプリント配線板にハン
ダウエーブを接触させ、保護雰囲気においてハンダから
外す。空気中でハンダ付けするために典型的な通りにハ
ンダウエーブを発生しかつ板にウエーブを接触させる装
置が適している。空気中でハンダ付けするために行われ
ている通りに、ドロスの作用を最小にするために、板が
初めにウエーブ頂の近くでハンダ表面上のハンダ酸化物
層に接触して破壊し、それがウエーブの中を移動する際
に、ハンダ表面上のハンダ酸化物をウエーブの頂の上に
運ぶ或は押しやることが望ましい。

【００１４】発明は、また浸漬ハンダ付け作業或はドラ
ッグハンダ付け作業においても実施することができる。
その上、溶融ハンダを振動させる或は揺り動かすことを
用いてプリント配線板を貫通するめっきした孔をハンダ
で被覆或は充填することを増進させてもよい。

【００１５】発明は、またリフローハンダ付けにも適用
可能である。リフローハンダ付けする場合、基材にフラ
ックス及びハンダが粉末或はペースト形態である他は記
載する通りの組成のハンダを被覆する。次に、作製した
基材を記載する通りの保護雰囲気において、ハンダが溶
融されるまで加熱する。次いで、基材及び溶融ハンダを
保護雰囲気において、少なくともハンダが凝固されるま
で冷却させる。このリフロープロセスは、ブリッジング
の発生及びディウエッティングを低減させることにな
る。

【００１６】

【実施例】１６のプリント配線板群を本発明において関
心のある種々の条件下でウエーブハンダ付けする。１６
の各々の群は４つのサブグループを収容する。各々のサ
ブグループは産業において典型的に用いられている４つ
の種々の板を含む。すべての板を、固形分を２％より多
くない量で含有する非クリーンフラックスを軽く適用す
ることによって被覆し、次いでスズと鉛とを６３重量部
対３７重量部の比で含む吐出されたハンダウエーブと接
触させる。第一リンを含有しないハンダ及び第一リンを
０．００２重量％含有するハンダと接触させる１１，０
００の接合部当り生じるブリッジの数で表わす結果を下
記の表１にハンダウエーブを囲む雰囲気中のいくつかの
酸素濃度について挙げる。

【００１７】

【表１】

【００１８】データは、第一リンを含有するハンダを用
いた場合、ブリッジングの発生が、試験した酸素の範囲
にわたり、ここでは５容積％まで、少ないことを示す。
第一リンを含有するハンダを用いた場合、ブリッジング
の発生は、酸素濃度約０．５〜約３％の範囲にわたり著
しく少ない。試験した酸素濃度のゼロ酸素濃度の場合を
除くすべてにおいて、第一リンを含有するハンダを用い
た場合、ブリッジングの発生は、第一リンを含有しない
ハンダを用いた場合の発生に比べて少ない。酸素濃度約
０．５〜約３％の範囲にわたり、第一リンを含有するハ
ンダを用いた場合、ブリッジングの発生は、第一リンを
含有しないハンダを用いた場合の発生に比べて著しく少
ない。第一リンを含有しないハンダを用いることに比べ
た第一リンを含有するハンダを用いることの明確な利点
は、高い酸素濃度においてブリッジングの発生が最少に
なることである。これは、ハンダ付け作業について一層
安価な保護雰囲気を用いることを可能にする。これらの
結果はすべて予測し得ずかつ予期されない。

【００１９】発明を、特定の実施態様を例として挙げて
説明したが、特許請求の範囲に記載する範囲内のすべて
の変更態様及び均等物を含む意図であることは認められ
るものと思う。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基材にハンダを被覆する或は少なくとも
   ２つの基材をハンダで接合する方法であって、リン、カ
   ルシウム、銀、ビスマス、銅、金、水銀、バリウム、リ
   チウム、ナトリウム、テルル、カリウム、ルビジウム、
   セシウム、及びアルミニウムからなる群より選ぶ少なく
   とも一種の物質を、アンチモンと、もしくはアンチモン
   及び亜鉛及び／又はカドミウムと組み合わせて０．００
   ０１〜１重量％含有する溶融ハンダの供給を供しかつ基
   材に該ハンダの供給を、酸素１０容積％までを含有する
   希釈ガスの雰囲気で接触させることを含む方法。
2. 【請求項２】 前記雰囲気ガスが酸素０．１〜３％を含
   有する請求項１の方法。
3. 【請求項３】 前記ハンダが前記群より選ぶ前記物質を
   ０．００１〜０．１％含有する請求項１の方法。
4. 【請求項４】 前記ハンダが前記群より選ぶ前記物質を
   ０．００２〜０．０１％含有する請求項１の方法。
5. 【請求項５】 更に、基材にフラックスを接触させた後
   に、溶融ハンダを接触させることを含む請求項１の方
   法。
6. 【請求項６】 前記溶融ハンダの供給がハンダウエーブ
   の形態でありかつ更に、基材を該ハンダウエーブから外
   すことを含む請求項１の方法。
7. 【請求項７】 前記物質を含有する溶融ハンダの供給を
   供給する工程が、溶融ハンダの供給を供給し、かつ溶融
   ハンダを接触させる前に、基材にフラックス或は該物質
   を含有するフラックスビヒクルを接触させることを含む
   請求項１の方法。
8. 【請求項８】 前記雰囲気が、窒素、アルゴン、二酸化
   炭素、ヘリウム、水素、水蒸気、ギ酸及びアジピン酸か
   らなる群より選ぶガスの内の少なくとも一種を含む請求
   項１の方法。
9. 【請求項９】 基材に前記溶融ハンダの供給を接触させ
   ることが、該基材を固体或はペーストハンダの供給と接
   触させかつ基材及び固体或はペーストハンダを、固体或
   はペーストハンダが溶融されるようになるまで加熱する
   ことを含む請求項１の方法。