JPH0864943A

JPH0864943A - ディスパージョン半田付け方法

Info

Publication number: JPH0864943A
Application number: JP21530194A
Authority: JP
Inventors: Jun Tamashima; 純玉島; Akio Okamura; 昭雄岡村
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1994-08-17
Filing date: 1994-08-17
Publication date: 1996-03-08

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、媒体中の半田の平均粒径を小さく
することができるディスパージョン半田付け方法を提供
することを目的とするものである。【構成】本発明のディスパージョン半田付け方法は、
媒体中に半田を溶融分散させて形成した半田ディスパー
ジョンを被半田付け体に接触させ、半田付けを行なうデ
ィスパージョン半田付け方法において、前記半田の媒体
中への分散を超音波を用いて行い、半田の平均粒径を５
μm 以下としたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ディスパージョン半田
付け方法に関し、更に詳細には、プリント基板の配線パ
ターンの半田付け、半田コーティング等に適したディス
パージョン半田付け方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の自動半田付け技術には大別してフ
ロー半田法と、リフロー半田法がある。

【０００３】フロー半田法とは、先ず接着剤ディスペン
サによりプリント基板上面の所定の部品搭載箇所に接着
剤を施し、部品装着装置により部品を装着し、ついで接
着剤を硬化して部品の固定を行った後、プリント配線基
板を上下反転させ、加熱により流動化したいわゆるフロ
ー半田をプリント基板に接触させることにより、部品の
端子と所定の導体との間の半田接続を行う方法である。
この方法は特別な半田を必要としないので経済的であ
る。

【０００４】一方、リフロー半田法は半田微粉末と天然
樹脂等との混合ペーストないしクリームを、スクリーン
印刷によりプリント基板の所定の半田付け箇所に印刷
し、部品装着装置により部品を装着し、ついでリフロー
炉（オーブン）中で加熱することにより半田を溶融させ
て部品端子と導体の所定箇所との間の接続を行う方法で
ある。この方法は、半田が微粉末であるので微細回路の
半田付けに適し、また半田付け温度が比較的低くて済
む。

【０００５】フロー半田法には次の欠点がある。

【０００６】（１）半田そのものを流動化して使用する
から、配線パターンが微細回路の場合には隣接細線が半
田によりブリッジされて短絡を生じるので、微細回路へ
の適用には限界がある。

【０００７】（２）約２５０〜２７０℃の高い半田温度
が必要で部品の特性の変動を招いたり、エネルギー面の
ロスを生じる。

【０００８】（３）フロー半田は付着箇所で表面張力に
よってその表面が弧状に盛り上がるため半田付着量が多
くなり、また膜厚の制御も困難である。

【０００９】（４）溶融半田は攪拌機や層に直接接して
いるために長時間では半田汚染につながる。

【００１０】リフロー半田法には次の欠点がある。

【００１１】（１）スクリーン印刷による微細回路の印
刷が難しく、印刷の品質管理が面倒である。

【００１２】（２）リフロー炉中の温度分布を均一にす
ることが困難なことから場所による再溶融半田の表面張
力の差を生じ、部品ずれが発生し易い。

【００１３】（３）フロー半田ほどではないが２１０〜
２４０℃のような高温度が必要である。

【００１４】（４）特別に調製した半田ペーストを使用
するから材料費が高くなる。

【００１５】以上のような従来の半田付け方法の欠点に
鑑み、本出願人は、先に、特開平４−３１９０６８号公
報、特開平５−８２９５２号公報、特開平５−８２９５
４号公報等において、半田をポリブデンである媒体中に
分散して半田ディスパージョンを形成し、この半田ディ
スパージョンを用いて電子部品の半田付けを行なうディ
スパージョン半田付け方法を提案した。

【００１６】上記ディスパージョン半田付け方法におい
ては、半田の媒体中への分散懸濁を、機械的な回転力に
よる分散装置（ホモジナイザー等）を用い、そのジェネ
レータシャフトやロータを高速で回転して得られる剪断
力やキャビテーションを利用して行なっていた。また、
得られた半田粒子の表面が酸化すると、半田粒子間、お
よび半田と基板等の被半田付け体との間の濡れ性が劣化
し、半田付けが困難となるので、この酸化を防止するた
め、処理容器内に不活性ガスである窒素ガスを導入して
いた。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、機械的
な回転力による分散装置では、懸濁液中の半田の粒子径
は５μm 以上であり、また平均粒径も１０μm 以上とな
り、媒体中における半田の沈降速度が速い。したがっ
て、分散した半田が再凝集しやすく、懸濁液の有効使用
時間が短い。また、分散した半田の粒径が大きいため、
半田付けを行なった半田膜の膜厚の均一性が悪い。

【００１８】また、上記の従来のディスパージョン半田
付け方法においては、分散した半田の酸化を、処理容器
中への不活性ガスの単なる導入により防止しているの
で、半田の酸化度は、平均的には１５０〜２００ppm で
あったが、一部に３００〜１０００ppm のものが存在し
好ましくなかった。この酸化の傾向は、分散した半田の
粒子径が小さくなればなるほど顕著になるものと考えら
れる。

【００１９】そこで、本発明は、媒体中の半田の平均粒
径を小さくすることができるディスパージョン半田付け
方法を提供することを目的とするものである。

【００２０】本発明の他の目的は、媒体中の半田の酸化
度を低減することができるディスパージョン半田付け方
法を提供することにある。

【００２１】

【課題を解決するための手段】このような目的は、下記
（１）〜（５）の本発明により達成される。（１）媒体中に半田を溶融分散させて形成した半田ディ
スパージョンを被半田付け体に接触させ、半田付けを行
なうディスパージョン半田付け方法において、前記半田
の媒体中への分散を超音波を用いて行い、半田の平均粒
径を５μm 以下としたことを特徴とするディスパージョ
ン半田付け方法。（２）前記超音波の周波数を、５〜５０kHz の範囲に設
定した上記（１）のディスパージョン半田付け方法。（３）前記媒体を収容した処理容器を密閉し、該処理容
器内の空間の気相の排気と該空間への不活性ガスの導入
を繰り返し、前記気相中の酸素濃度を低減するととも
に、前記媒体中の溶存酸素量を低減し、この後、前記半
田の媒体中への分散を行なう上記（１）または（２）の
ディスパージョン半田付け方法。（４）前記媒体が、３００℃以上の沸点を有するもので
ある上記（１）ないし（３）のいずれかのディスパージ
ョン半田付け方法。（５）前記媒体に、１〜１０重量％の有機酸を添加した
上記（１）ないし（４）のいずれかのディスパージョン
半田付け方法。

【００２２】

【作用・効果】本発明によれば、媒体への半田の分散・
懸濁化を超音波を用いて行なったので、粒径が５μm 以
下の半田が多く発生し、平均粒径も５μm 以下となる。
なお、粒径１０μm 以上の半田粒子が発生する場合もあ
るが、このような半田粒子は、素早く沈降してしまうの
で、実質的に分級が行なわれ、実際の半田付けに供され
ることはない。

【００２３】また、本発明においては、処理容器中の気
相の排気と不活性ガスの導入を繰り返し行なうようにし
たので、気相における酸素濃度および媒体中の溶存酸素
量を低減することができるので、得られた半田粒子の酸
化度も低減できる。

【００２４】

【具体的構成】本発明は、半田を媒体中に加え、半田に
対して非酸化性の雰囲気中において、半田の融点以上の
温度に加熱した状態で、超音波により撹拌することによ
り、半田を平均粒径５μm 以下の超微粒子状に分散させ
た半田ディスパージョンを形成し、こうして得た半田デ
ィスパージョンを被半田付け体に接触させることにより
半田付けを行なうものである。

【００２５】本発明において、上記媒体としては、半田
の融点から考えて、３００℃以上の沸点を有することが
望ましい。また、媒体の沸点の上限は特にないが、通
常、４５０℃程度であると考えられる。また、酸素の溶
存度の点から、２００℃における粘度が１×１０^-2〜１
×１０^-3Pas 程度以下であることが好ましい。この粘度
の下限には特に制限はないが、通常、１×１０^-5Pas 程
度である。媒体としては、具体的には、ジベンジルトル
エン等を用いることができる。上記ジベンジルトルエン
は、その沸点が３９５℃程度であり、また温度２００℃
における粘度が８．６×１０^-4Pas 程度である。

【００２６】本発明においては、媒体中に溶融分散した
半田の安定性を向上する目的で、有機酸、特に高級脂肪
酸を添加することが望ましい。この有機酸としては、パ
ルチミン酸、ステアリン酸、ミリスチン酸およびラウリ
ン酸等を用いることができる。また、その添加量は、媒
体に対して、１〜１０wt％程度であることが望ましい。

【００２７】本発明において、半田とは、錫−鉛合金全
体を指し、錫単独のものも含むものとする。また、半田
は、媒体に対して１〜５vol%添加することが好ましい。
半田量は少ないほど微粒化し易く、５vol%を超えると５
μm 以下の平均粒径の半田粒子が得難くなり、１vol%未
満であると、作業性が悪くなる。

【００２８】上記半田に対して非酸化性の雰囲気とは、
作られる半田微粒子の平均粒径によっても異なるが、本
発明において半田微粒子の平均粒径の上限である５μm
を勘案すると、処理容器内の気相における酸素濃度を１
５ppm 以下、特に１０ppm 以下とすることが好ましい。
これにより、分散した半田微粒子の酸化度を好ましい値
である１０ppm 以下とすることができる。酸素濃度の下
限は、特にないが、作業の効率等を勘案すると、１ppm
程度である。上記のような非酸化性の雰囲気は、処理容
器内の気相の減圧処理後例えば窒素ガスを用いて雰囲気
を置換処理し、この処理を、気相における酸素濃度が目
的値になるまで繰り返して得る。

【００２９】加熱温度は、半田の種類によって融点が異
なることから、半田の種類によって異なるが、その融点
から１５℃以上高温にすることが好ましい。これによ
り、半田が媒体中において充分に溶融することができ
る。加熱温度の上限は、ジベンジルトルエンの蒸気圧が
２４０℃で１５kPasであることから、２４０℃程度とす
ることが好ましい。

【００３０】超音波は、媒体中の溶融半田に連続的に直
接照射されることが望ましい。これによって効率よく、
半田を超微粒子化することができ、また媒体中に均一に
分散させることができる。このため、用いる超音波発生
装置は、発振子の先端を媒体中に入れ込むことが可能な
構造のものを用いることが望ましい。このような超音波
発生装置としては、例えばＫＡＩＪＯ製オートチェサ
ーシリーズ発振器６２７１型を挙げることができ、また
上記発振子としては、例えばＫＡＩＪＯ製ＭＡ−６２
８１型ホーンを用いることができる。

【００３１】超音波の周波数は、広範にわたって使用可
能であるが、一般に５〜５０kHz 、好ましくは１０〜４
０kHz 、特に好ましくは１５〜３０kHz の範囲を用いる
ことができる。周波数が低い場合には、エネルギが小さ
いことから得られる半田微粒子の平均粒径が大きくな
り、また、周波数が高すぎる場合には、超音波発生装置
の大型化や損失に伴う発熱等の問題が生じ、工業的なデ
メリットが発生する。超音波発生装置の出力は、媒体お
よび半田の量に依存し、特に規定はない。

【００３２】以上によって、半田ディスパージョンが得
られる。本発明によって、得られる半田微粒子は、平均
粒径が５μm 以下である。これによって、本発明で得ら
れる半田の平均沈降速度は媒体の温度が２００℃におい
て１．２×１０^-4m/sec 以下となり、１cm沈降に要する
時間は８４秒以上と懸濁液の有効時間が得られる。な
お、従来法によって得ることのできる平均粒径１０μm
の半田微粒子の媒体中の沈降速度は同条件の媒体温度２
００℃において４．８×１０^-4m/sec 程度であり、１cm
沈降するのに要する時間は約２１秒であるので、本発明
により得られた半田粒子は、従来例の半田粒子に比べて
約４分の１程度以下の沈降速度となり、有効使用時間が
大幅に向上する。さらに、半田の平均粒径が１μm では
１cmの沈降に２０９９秒と有効時間が大幅に改善され
る。

【００３３】なお、媒体中の半田微粒子の沈降速度は、
１．２×１０^-4m/sec 以下であることが好ましい。この
平均の沈降速度は、通常、１．０×１０^-4m/sec 程度で
ある。

【００３４】実際の半田付けは、例えば、上記のように
して得た半田ディスパージョンを、フロー半田法と同様
に流動させて被半田付け体例えばプリント基板に接触さ
せる方法や、静置したディスパージョン浴に被半田付け
体を浸漬する等によって行なわれる。なお、この半田付
け自体も、半田の酸化を極力抑えるため、１〜１０ppm
程度の低酸素濃度の雰囲気中で行なうことが好ましい。

【００３５】以上の本発明の半田付け方法においては、
被半田付け体の半田ディスパージョンへの上記一回の接
触や浸漬により、例えば０．８〜５０μm 程度の均一な
所定厚の半田膜を精度よく形成することができる。した
がって、上記の接触や浸漬を所定回数繰り返すことによ
り、設計された所定厚の半田膜を精度よく形成すること
ができる。

【００３６】以上のように形成された半田膜は、水で媒
体分や有機酸分を洗浄することが望ましい。本発明によ
り使用する媒体や有機酸は、水によって乳化するので、
これを精製すれば、繰り返し使用することができ、経済
的である。

【００３７】

【実施例】以下、実施例により、本発明のディスパージ
ョン半田付け方法について具体的に説明する。

【００３８】まず、使用したディスパージョン半田付け
装置１について添付図面を参照して説明する。なお、本
発明に用いることのできる装置は、ここで説明する構造
のものに限られるものではないことは勿論である。

【００３９】ディスパージョン半田付け装置１は、大別
して半田ディスパージョン形成部２と、半田付け処理部
２０とからなっている。

【００４０】半田ディスパージョン形成部２は、密封容
器３を備えている。この容器は、ガラス製であることが
望ましく、その下部が加熱装置４に囲まれた状態となっ
ている。

【００４１】上記容器３内には、溶媒Ｓおよび半田Ｈが
収容される。この容器３の上部には、超音波発生装置５
が設置されており、この超音波発生装置５は、先端が上
記媒体Ｓ内に差し込まれる発振子６を有し、この発振子
６によって発生された超音波が直接媒体Ｓ内の溶融半田
Ｈに作用するようになっている。

【００４２】上記容器３の上部には、該容器３の内部空
間３ａと連通する排気管７およびガス導入管８が接続さ
れている。排気管７には真空ポンプ９が、ガス導入管８
には窒素容器１０がそれぞれ接続されている。上記排気
管７およびガス導入管８には、それぞれそれらの途中に
開閉弁１１、１２が設けられている。

【００４３】上記容器３には、さらに該容器の内部空間
３ａの真空度を測定するための気圧計１３、および媒体
Ｓの温度を測定する温度検知器１４が設けられている。

【００４４】一方、半田付け処理部２０は、密閉可能な
容器２１を備えている。この容器２１は、ガラス製であ
ることが望ましい。この容器２１の上部には、上記容器
３と同様に、該容器２１の内部空間２１ａと連通する排
気管２２およびガス導入管２３が接続されている。排気
管２２には真空ポンプ２４が、ガス導入管２３には窒素
容器２５がそれぞれ接続されている。上記排気管２２お
よびガス導入管２３には、それぞれそれらの途中に開閉
弁２６、２７が設けられている。さらに、この容器２１
もまた、容器内部２１ａの真空度を測定するための気圧
計２８を備えている。また、容器２１内には、被半田付
け体Ｐを所定位置に載置するための載置台２９が設けら
れている。

【００４５】最後に、半田ディスパージョン形成部２の
容器３の内部と、半田付け処理部２０の容器２１の内部
とは、容器３内部の半田ディスパージョンを容器２１内
に供給するための連絡管３０によって連通されている。
この連絡管３０の一方端は、容器３内の媒体Ｓ（半田デ
ィスパージョンＤ）内に入り込んでおり、他方の端部
は、容器２１内の載置台２９上に配置された被半田付け
体Ｐ上に配置されている。また、上記連絡管３０の途中
には開閉弁３１が設けられている。

【００４６】次に、以上の構造のディスパージョン半田
付け装置を用いての具体的なディスパージョン半田付け
方法について説明する。

【００４７】まず、容積がほぼ１０００mm³ の容器３内
に、ジベンジルトルエンであるマーロサームＳ（ドイツ
国ＨＵＬＳ製−沸点：３９５℃程度、２００℃における
粘度：８．６×１０^-4Pas ）を４００mlと、パルチミン
酸を５wt% とを入れた中に共晶半田（共晶点：１８３
℃）１vol%を添加し、これを２００℃に加熱して半田を
溶融した。

【００４８】この後、容器３内部を２０Torrとなるまで
上記真空ポンプにより排気し、そして、７６０Torrとな
るまで窒素ガスを供給して、容器３内部の気相を窒素ガ
スで置換し、この置換を１０回繰り返して酸素濃度を低
減し、容器３内の気相の酸素濃度を１０ppm （計算値）
とした。

【００４９】この後、超音波発生装置として、ＫＡＩＪ
Ｏ製オートチェサーシリーズ発振器６２７１型を用
い、また上記発振子としてＫＡＩＪＯ製ＭＡ−６２８
１型ホーンを用いて、周波数１９．５kHz 、出力３００
W で、上記発振子の先端を溶融半田に接した状態で、５
分間分散処理を行ない、半田ディスパージョンＤを得
た。この半田ディスパージョンにおける半田微粒子の粒
径を、媒体中における半田微粒子の沈降速度を利用した
粒径の計算によると、分散した半田微粒子のほとんどが
５μm 以下の粒径であった。

【００５０】一方、半田付け処理部２０の容器２１内の
載置台２９上に被半田付け体Ｐとして、良く洗浄した銅
板を配置し、その上で、真空ポンプを用い容器２１内部
を２０Torrとし、そして、７６０Torrとなるまで窒素ガ
スを供給して雰囲気の置換を行なった。この雰囲気の置
換を１０回繰り返して酸素濃度を低減した後、容器２１
内部を再度２０Torrとなるまで減圧した。この状態で連
絡管３０の開閉弁３１を開いて、半田微粒子の粒径５μ
m 以下の半田ディスパージョンＤを銅板Ｐ上に供給し
た。それを水で洗浄した後、乾燥したところ、銅板Ｐ表
面に半田が膜状に析出した。半田膜の厚さを蛍光Ｘ線で
測定したところ、膜厚が０．８４μm でほぼ均一であっ
た。また、以上の半田ディスパージョンからの工程を２
回、５回と繰り返したところ、２回では、厚さ１．６９
μm の半田膜が得られ、５回では４．２４μm の半田膜
が得られた。したがって、半田膜の厚さは、上記の繰り
返し回数にほぼ比例するので、半田膜の膜厚の設計が容
易となる。

【００５１】以上説明したように、本発明によれば半田
ディスパージョンにおける半田微粒子の粒径を格段に小
さくすることができ、したがって、半田ディスパージョ
ンの使用有効時間が長く、しかも精度のよい半田膜を形
成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のディスパージョン半田付け方法に用い
られるディスパージョン半田付け装置の１例を示す図で
ある。

【符号の説明】

１ディスパージョン半田付け装置２半田ディスパージョン形成部３容器４加熱装置５超音波発生装置６発振子７排気管８ガス供給管９真空ポンプ１０窒素容器１１、１２開閉弁１３温度検知器１４気圧計２０半田付け処理部２１容器２２排気管２３ガス供給管２４真空ポンプ２５窒素容器２６、２７開閉弁２８気圧計２９載置台３０連絡管３１開閉弁Ｓ媒体Ｈ半田Ｄ半田ディスパージョンＰ被半田付け体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】媒体中に半田を溶融分散させて形成した
半田ディスパージョンを被半田付け体に接触させ、半田
付けを行なうディスパージョン半田付け方法において、
前記半田の媒体中への分散を超音波を用いて行い、半田
の平均粒径を５μm 以下としたことを特徴とするディス
パージョン半田付け方法。
【請求項２】前記超音波の周波数を、５〜５０kHz の
範囲に設定した請求項１のディスパージョン半田付け方
法。
【請求項３】前記媒体を収容した処理容器を密閉し、
該処理容器内の空間の気相の排気と該空間への不活性ガ
スの導入を繰り返し、前記気相中の酸素濃度を低減する
とともに、前記媒体中の溶存酸素量を低減し、この後、
前記半田の媒体中への分散を行なう請求項１または２の
ディスパージョン半田付け方法。
【請求項４】前記媒体が、３００℃以上の沸点を有す
るものである請求項１ないし３のいずれかのディスパー
ジョン半田付け方法。
【請求項５】前記媒体に、１〜１０重量％の有機酸を
添加した請求項１ないし４のいずれかのディスパージョ
ン半田付け方法。