JPH09167890A - はんだペーストおよびはんだ付け方法並びにはんだ付け装置 - Google Patents
はんだペーストおよびはんだ付け方法並びにはんだ付け装置Info
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Abstract
ースト、はんだ付け方法、はんだ付け装置を提供するこ
とを目的とする。 【解決手段】 はんだペースト中に未硬化の熱硬化性樹
脂または紫外線硬化性樹脂または電子線硬化性樹脂を含
有させることにより、リフローはんだ付けではんだフィ
レット5の表面に、熱硬化性樹脂または紫外線硬化性樹
脂または電子線硬化性樹脂の保護被膜6を形成すること
ができる。この保護被膜6によりはんだ金属の腐食の防
止および絶縁信頼性の維持ができる。
Description
するためのはんだ付けに関するものであり、絶縁信頼性
の高いはんだペースト、接続信頼性の高いはんだペース
トおよびはんだ付け方法並びにはんだ付け装置に関する
ものである。
品をプリント配線板上に搭載しはんだ付けする場合、フ
ラックスの洗浄およびはんだ付け部の樹脂コーティング
は行われていなかった。一方信頼性を重視する電子機器
では残留したフラックス成分が吸湿して絶縁劣化を生じ
る場合があるため、はんだ付け後に有機溶剤等でフラッ
クス洗浄を行っていた。
め多くの有機溶剤の使用規制から、活性力の低いフラッ
クスを用い無洗浄とすることにより絶縁信頼性の確保を
図っている場合が多くなってきた。しかし、はんだ付け
部が露出しているため、大気中の水分や腐食性ガスにさ
らされることにより、絶縁信頼性が低下したり、使用環
境によっては金属露出部が腐食する場合も生じてきた。
電子部品のはんだ付け後に、プリント配線板全体を樹脂
コーティングする方法もある。また、特開平7−806
82号公報のように、はんだペーストのフラックス中の
溶剤に熱可塑性樹脂の粒子を溶解させ、はんだ接合部に
のみ熱可塑性樹脂のコーティング被膜を形成する方法も
提案されている。
だ付けした後、はんだ表面に被覆等がなくはんだ付け部
が露出している場合は、大気中の水分や腐食ガスにさら
されることによって、はんだの腐食が進行しやすいとい
う問題と、プリント配線板表面への湿気の吸着によりは
んだフィレット間の絶縁抵抗が低下しやすいという問題
がある。
樹脂コーティングするという方法は、耐腐食性および電
気的絶縁信頼性やはんだクラックが生じにくい等の接続
信頼性も高いため一部の電子機器で採用されてきた。し
かしこの方法では選択的にコーティングできないため、
可変部のある部品や後で調整を必要とする部品がある場
合、また、接点部や端子部がある場合のようにコーティ
ングしてはならない部分がある場合には適用できず、さ
らにコーティングが不必要な部分もコーティングしてし
まうため材料消費上好ましくない方法でもある。
ようなはんだペーストのフラックス中の溶剤に可溶な熱
可塑性樹脂を溶解させ、はんだ接合部のみ保護被膜を形
成する方法も提示されているが、この方法で使用するポ
リメタクリル酸メチルおよびポリアクリル酸メチルを始
めとする熱可塑性アクリル樹脂は、いずれも電子機器の
はんだ接合部の被膜材料としては不適切であると考えら
れる。
張係数が約10倍も大きく、温度変化により大きく伸縮
するため、図7、図8に示すようにプリント配線板20
の銅はくランド21上に配置した面実装部品22の電極
23をはんだフィレット24で接続し合成樹脂の保護被
膜25で被っても保護被膜25の剥がれ26や保護被膜
25のクラック27が生じる可能性があり、はんだ接合
部の信頼性を維持するには不適切である。
率を有し、0.4%の吸水線膨張率を生ずるため、湿度
による伸縮も大きく、はんだの接続信頼性を損なうもの
である。
火すると緩やかな燃焼状態が続くため、難燃性が要求さ
れる電子機器には不向きである。
るため、恒久的な保護被膜としては不十分である。
についても、電子機器のはんだ接合部のコーティング材
料として上記の課題解決に適切なものは見当たらない。
号公報の方法は電子機器の信頼性および実用性に乏しい
といえる。
腐食性の優れたはんだ付けを行うことができるはんだペ
ーストを提供することを目的とすることにある。
に本発明は、はんだペースト中に未硬化の熱硬化性樹脂
または紫外線硬化性樹脂または電子線硬化性樹脂を含有
させるものであり、リフローによりはんだ表面に、熱硬
化性樹脂または紫外線硬化性樹脂または電子線硬化性樹
脂による保護被膜の形成および硬化するものである。
は、少なくともはんだ粉末とフラックスとより構成され
るはんだペーストにおいて、フラックス中に熱硬化性樹
脂を配合させたはんだペーストとしたものであり、この
はんだペーストを使用することにより、形成されるはん
だフィレットの表面に熱硬化性樹脂の保護被膜を形成
し、はんだ付け部の絶縁信頼性および接続信頼性を向上
するという作用を有する。
ともはんだ粉末とフラックスとより構成されるはんだペ
ーストにおいて、フラックス中に紫外線硬化性樹脂を配
合させたはんだペーストとしたものであり、このはんだ
ペーストを使用することにより、形成されるはんだフィ
レットの表面に紫外線硬化性樹脂の保護被膜を形成し、
はんだ付け部の絶縁信頼性および接続信頼性を向上する
という作用を有する。
ともはんだ粉末とフラックスとより構成されるはんだペ
ーストにおいて、フラックス中に電子硬化性樹脂を配合
させたはんだペーストとしたものであり、このはんだペ
ーストを使用することにより、形成されるはんだフィレ
ットの表面に電子線硬化性樹脂の保護被膜を形成し、は
んだ付け部の絶縁信頼性および接続信頼性を向上すると
いう作用を有する。
性樹脂または紫外線硬化性樹脂または電子線硬化性樹脂
に顔料、無機フィラー、レベリング剤および難燃剤を配
合させた請求項1または2または3記載のはんだペース
トとしたものである。顔料ははんだフィレットの表面に
形成される樹脂被膜を着色し、はんだ付け工程の後工程
であるはんだ付け性検査工程での視認性を向上するとい
った作用を有する。顔料としては蛍光性顔料を用いても
有効である。無機フィラーは、はんだフィレットの表面
に形成される樹脂被膜の内部応力を低下させ、機械的強
度を増すといった作用を有する。レベリング剤は、リフ
ロー工程において好適な形状のはんだフィレットと保護
被膜を形成するという作用を有する。難燃剤は、形成さ
れる樹脂被膜を難燃化するといった作用を有する。
る熱硬化性樹脂または紫外線硬化性樹脂または電子線硬
化性樹脂がはんだペースト全量の0.1〜5重量%であ
る請求項1または2または3記載のはんだペーストとし
たものであり、リフロー工程において好適な形状のはん
だフィレットと保護被膜が形成されるという作用を有す
る。はんだペースト中の熱硬化性樹脂または紫外線硬化
性樹脂または電子線硬化性樹脂の含量が0.1重量%未
満の場合には、はんだ表面をコーティングするには樹脂
の分量が不十分である。はんだペースト中の熱硬化性樹
脂または紫外線硬化性樹脂または電子線硬化性樹脂の含
量が5重量%を越える場合には、はんだに対する樹脂分
の分量が多すぎるため、はんだ中に樹脂のボイドを生じ
てしまい、はんだの接続強度が維持できない。
る熱硬化性樹脂または紫外線硬化性樹脂または電子線硬
化性樹脂がエポキシ系の樹脂である請求項1または2ま
たは3記載のはんだペーストとしたものであり、硬化時
の樹脂被膜の容積収縮が少なく、硬化後の密着性が大き
いため樹脂被膜の剥がれが生じにくいという作用を有す
る。また、吸水率は0.4%以下であり、吸水線膨張率
は0.2%以下であるため吸湿による影響が小さい。ま
た、機械的強度、耐薬品性等の特性も良好である。
1記載のはんだペーストをプリント配線板に塗布する工
程と、電子部品をプリント配線板に搭載する工程と、プ
リント配線板に塗布したはんだペーストをはんだ付けす
る工程と、はんだペーストに含有する熱硬化性樹脂を加
熱硬化する工程からなるはんだ付け方法としたものであ
り、はんだ付け後に形成された熱硬化性樹脂被膜を加熱
硬化し形成することにより、はんだ金属の腐食を防止し
他のはんだ付け部との絶縁信頼性を確保する作用を有す
る。
2記載のはんだペーストをプリント配線板に塗布する工
程と、電子部品をプリント配線板に搭載する工程と、プ
リント配線板に塗布したはんだペーストをはんだ付けす
る工程と、はんだペーストに含有する紫外線硬化性樹脂
に紫外線を照射する工程からなるはんだ付け方法とした
ものであり、はんだ付け後に形成された紫外線硬化性樹
脂被膜を紫外線硬化し形成することにより、はんだ金属
の腐食を防止し、他のはんだ付け部との絶縁信頼性を確
保する作用を有する。
3記載のはんだペーストをプリント配線板に塗布する工
程と、電子部品をプリント配線板に搭載する工程と、プ
リント配線板に塗布したはんだペーストをはんだ付けす
る工程と、はんだペーストに含有する電子線硬化性樹脂
に電子線を照射する工程からなるはんだ付け方法とした
ものであり、はんだ付け後に形成された電子線硬化性樹
脂被膜を電子線硬化し形成することにより、はんだ金属
の腐食を防止し、他のはんだ付け部との絶縁信頼性を確
保する作用を有する。
項1記載のはんだペーストを塗布し電子部品を搭載した
プリント配線板を、はんだ付けするはんだ付け装置にお
いて、はんだ溶融部とはんだ溶融部の後に加熱部を備え
たはんだ付け装置としたものであり、熱硬化性樹脂を含
有するはんだペーストをリフローはんだ付けするはんだ
溶融部とはんだ溶融部の後に熱硬化性樹脂被膜を硬化す
る加熱部を備えた装置である。
項2記載のはんだペーストを塗布し電子部品を搭載した
プリント配線板を、はんだ付けするはんだ付け装置にお
いて、はんだ溶融部とはんだ溶融部の後に紫外線照射部
を備えたはんだ付け装置としたものであり、紫外線硬化
性樹脂を含有するはんだペーストをリフローはんだ付け
するはんだ溶融部とはんだ溶融部の後に紫外線硬化性樹
脂被膜を硬化する紫外線照射部を備えた装置である。
項3記載のはんだペーストを塗布し電子部品を搭載した
プリント配線板を、はんだ付けするはんだ付け装置にお
いて、はんだ溶融部とはんだ溶融部の後に電子線照射部
を備えたはんだ付け装置としたものであり、電子線硬化
性樹脂を含有するはんだペーストをリフローはんだ付け
するはんだ溶融部とはんだ溶融部の後に電子線硬化性樹
脂被膜を硬化する電子線照射部を備えた装置である。
態について図面を参照しながら説明する。
け方法およびはんだ付け装置を用いてはんだ付けを行っ
た場合の一実施形態におけるはんだ付け部を示す断面図
である。ここで、1はプリント配線板、2はプリント配
線板1の銅はくランド、3はプリント配線板に搭載され
た面実装部品、4は面実装部品3の電極、5は面実装部
品3をプリント配線板1に接続するはんだフィレット、
6ははんだフィレット5を保護する合成樹脂の保護被膜
である。図1に至る工程を以下に説明する。
Pb−Sn共晶はんだ粉末である。フラックスはロジン
系樹脂、活性剤、有機溶剤から成る。はんだペーストに
配合する熱硬化性樹脂としては、ブロム化ビスフェノー
ルA型エポキシ樹脂とノボラック型エポキシ樹脂を8:
2の割合で混合したものに硬化剤としてジシアンジアミ
ドを加えたものを用いた。さらに、赤色の顔料、無機フ
ィラーとしてはシリカ、レベリング剤としては高沸点有
機溶剤、難燃剤としては三酸化アンチモンを添加した。
を用い、厚さ0.2mmのメタルマスクを介してはんだ
ペーストを印刷し、面実装部品3を搭載してリフローは
んだ付けする。図2は、はんだペースト7を印刷したプ
リント配線板1を示す。7ははんだペーストである。図
3ははんだペースト7を印刷した後、面実装部品3を搭
載したプリント配線板1を示す。
ローはんだ付け装置を示す断面図を示す。ここで、10
はリフローはんだ付け装置本体、11および12は余熱
ヒーター、13は本加熱ヒーター、14は搬送コンベ
ア、15は冷却ファン、16は樹脂硬化ヒーターであ
る。余熱ヒーター11および余熱ヒーター12はそれぞ
れ、上下一対の4kW遠赤外線パネルヒーターであり、
本加熱ヒーター13は上下一対の8kW遠赤外線パネル
ヒーターであり、樹脂加熱ヒーター16は4kW遠赤外
線パネルヒーターであり、冷却ファン15は上下一対の
送風ファンである。
により、プリント配線板1を室温からプリヒート温度1
50℃にまで上昇させ、余熱ヒーター12により140
〜160℃で60〜90秒維持するプリヒートを行う。
この時、プリント配線板の銅ランド上に印刷されたはん
だペースト中のフラックス成分が活性化し、銅ランド表
面の酸化被膜を除去する。
線板をピーク温度230〜240℃まで上昇させる。こ
こではんだが溶融することにより、はんだペーストが流
動性を増し、比重と表面張力によって組成別に凝集して
3層構造となる。すなわち、最外層のフラックス層、中
間層の熱硬化性樹脂層、最内層のはんだ層である。最内
層の溶融はんだは、銅はくランド2に接合してはんだフ
ィレット5を形成する。一方、熱硬化性樹脂層は、はん
だ表面に保護被膜6を形成すると同時に、銅はくランド
2周囲の絶縁体上に広がって接合し、はんだフィレット
5全体を被覆するように保護被膜6が形成される。
ランド2周囲の絶縁体と接合して、絶縁体の部分からは
んだを排除するため、結果としてはんだブリッジを生じ
にくいという効果がある。樹脂加熱ヒーター16は、は
んだフィレット5の形成したプリント配線板に150〜
160℃で約2分の加熱を行い、はんだフィレット5の
保護被膜6を完全に硬化させる。最後に、冷却ファン1
5でプリント配線板を冷却する。
保護被膜のはんだ接合部に対して、次の試験を行った。
さらす試験と、温度120℃に30分間さらす試験を、
交互に繰り返す温度サイクル試験を100サイクル行
い、外観を観察したところ、はんだ金属の腐食およびは
んだクラックは観察されなかった。また、試験後に隣接
ランドとの絶縁抵抗を測定したところ、10の12乗オ
ーム以上の絶縁抵抗が得られ、電気的絶縁性が確認され
た。さらに、試験後のはんだフィレット保護被膜の密着
性をセロテープの引き剥がしにより確認したところ、保
護被膜の剥がれはなく、十分な密着性が確認された。
0℃にさらす湿中放置試験を96時間行った後に外観を
観察したところ、はんだ金属の腐食およびはんだクラッ
クは観察されなかった。また、試験後に隣接ランドとの
絶縁抵抗を測定したところ、10の12乗オーム以上の
絶縁抵抗が得られ、電気的絶縁性が確認された。さら
に、試験後のはんだフィレット保護被膜6の密着性をセ
ロテープの引き剥がしにより確認したところ、保護被膜
の剥がれはなく、十分な密着性が確認された。エポキシ
樹脂の吸水率は0.4%以下で、吸水線膨張率は0.2
%以下と、他の樹脂と比較して小さい方であるが、さら
に、吸水率が0.2%以下のエポキシ樹脂を選択するこ
とも可能である。
0秒間さらす試験を行った後、バーナーを取り去り観察
すると、被試験体の燃焼は5秒以内に停止し、被試験体
の難燃性が確認された。
動させながら浸漬する試験を行った後、観察したところ
被試験体に異常はなく、保護被膜の耐溶剤性が確認され
た。また、被試験体を、アセトンに5分間揺動させなが
ら浸漬する試験を行った後も、被試験体に異常はなかっ
た。
ースト、はんだ付け方法およびはんだ付け装置を用いて
はんだ付けを行った場合の一実施形態におけるはんだ付
け部を示す断面図である。図1の各部の名称は実施の形
態1と同様である。図1に至る工程を以下に説明する。
Pb−Sn共晶はんだ粉末である。フラックスはロジン
系樹脂、活性剤、有機溶剤から成る。はんだペーストに
配合する紫外線硬化性樹脂としては、ビスフェノールA
型エポキシアクリレートにアクリル酸エステルモノマ
ー、光重合開始剤、増感剤を加えたものを用いる。さら
に、赤色の顔料、無機フィラーとしてはシリカおよびタ
ルク、レベリング剤としては高沸点有機溶剤、難燃剤と
しては三酸化アンチモンを添加する。
い、厚さ0.2mmのメタルマスクを介してはんだペー
ストを印刷し、面実装部品を搭載してリフローはんだ付
けする。図2は、はんだペーストを印刷したプリント配
線板を示す。7ははんだペーストである。図3ははんだ
ペースト7を印刷した後、面実装部品3を搭載したプリ
ント配線板を示す。
ローはんだ付け装置を示す断面図を示す。ここで、10
はリフローはんだ付け装置本体、11および12は余熱
ヒーター、13は本加熱ヒーター、14は搬送コンベ
ア、15は冷却ファンであり、これらの仕様および機能
は実施の形態1と同様である。17は紫外線照射装置で
ある。100W/cmの空冷式高圧水銀ランプを用い
た。
加熱までと、冷却は実施の形態1と同様なので説明を割
愛する。
護被膜6は、紫外線照射装置17において、100W/
cmの空冷式高圧水銀ランプを20秒間照射し、合計2
000mJ/cm2の紫外線を照射することによって、
完全に硬化する。
脂の保護被膜のあるはんだ接合部に対して、実施の形態
1と同様の試験を行ったところ、同等の結果が得られ
た。
化性樹脂を用いた例を説明したが、ポリウレタンアクリ
レートにアクリル酸エステルモノマーおよび光重合開始
剤を加えた紫外線硬化性樹脂を使用しても良い。
ースト、はんだ付け方法およびはんだ付け装置を用いて
はんだ付けを行った場合の一実施形態におけるはんだ付
け部を示す断面図である。図1の各部の名称は実施の形
態1と同様である。
ペーストの基本組成は、 Pb−Sn共晶はんだ粉末 85重量% フラックス 15重量% エポキシ系電子線硬化性樹脂 3重量% から成るものを用いた。はんだ粉末は200メッシュの
Pb−Sn共晶はんだ粉末である。フラックスはロジン
系樹脂、活性剤、有機溶剤から成る。はんだペーストに
配合する電子線硬化性樹脂としては、ビスフェノールA
型エポキシアクリレートにアクリル酸エステルモノマー
を加えたものを用いる。さらに、赤色の顔料、無機フィ
ラーとしてはシリカおよびタルク、レベリング剤として
は高沸点有機溶剤、難燃剤としては三酸化アンチモンを
添加する。
い、厚さ0.2mmのメタルマスクを介してはんだペー
ストを印刷し、面実装部品を搭載してリフローはんだ付
けする。図2は、はんだペーストを印刷したプリント配
線板を示す。7ははんだペーストである。図3ははんだ
ペースト7を印刷した後、面実装部品3を搭載したプリ
ント配線板を示す。
ローはんだ付け装置を示す断面図を示す。ここで、10
はリフローはんだ付け装置本体、11は余熱ヒーター、
12は余熱ヒーター、13は本加熱ヒーター、14は搬
送コンベア、15は冷却ファンであり、これらの仕様お
よび機能は実施の形態1と同様である。18は電子線照
射装置である。
加熱までと、冷却は、実施の形態1と同様なので説明を
割愛する。
護被膜6は、電子線照射装置18で電子線を照射して完
全に硬化させる。電子線照射装置は、高真空中にて陰極
のタングステンフィラメントを通電加熱して熱電子を発
生させ、これを300keVの高電圧で陽極方向に加速
して飛ばし、70mAの電子線を発生させる。電子線は
電磁石により照射方向を制御し、陽極の照射窓を通して
大気圧中の被照射体に照射するものである。被照射体周
囲の雰囲気は、酸素濃度500ppm以下の窒素ガス雰
囲気とすると照射効率が良い。
脂の保護被膜のあるはんだ接合部に対して、実施の形態
1と同様の試験を行ったところ、同等の結果が得られ
た。
に、熱硬化性樹脂または紫外線硬化性樹脂または電子線
硬化性樹脂を含有させ、リフローはんだ付け時に硬化す
ることにより、はんだ付け部に選択的に保護被膜を形成
し、絶縁信頼性の確保およびはんだ金属表面の腐食防止
に寄与することができる。
す断面図
の印刷を示す断面図
着を示す断面図
付け装置を示す断面図
付け装置を示す断面図
付け装置を示す断面図
Claims (12)
- 【請求項1】 少なくともはんだ粉末とフラックスとよ
り構成されるはんだペーストにおいて、上記フラックス
中に熱硬化性樹脂を配合させたはんだペースト。 - 【請求項2】 少なくともはんだ粉末とフラックスとよ
り構成されるはんだペーストにおいて、上記フラックス
中に紫外線硬化性樹脂を配合させたはんだペースト。 - 【請求項3】 少なくともはんだ粉末とフラックスとよ
り構成されるはんだペーストにおいて、上記フラックス
中に電子硬化性樹脂を配合させたはんだペースト。 - 【請求項4】 熱硬化性樹脂または紫外線硬化性樹脂ま
たは電子線硬化性樹脂に顔料、無機フィラー、レベリン
グ剤および難燃剤を配合させた請求項1、2または3記
載のはんだペースト。 - 【請求項5】 含有する熱硬化性樹脂または紫外線硬化
性樹脂または電子線硬化性樹脂がはんだペースト全量の
0.1〜5重量%である請求項1、2または3記載のは
んだペースト。 - 【請求項6】 含有する熱硬化性樹脂または紫外線硬化
性樹脂または電子線硬化性樹脂がエポキシ系の樹脂であ
る請求項1、2または3記載のはんだペースト。 - 【請求項7】 請求項1記載のはんだペーストをプリン
ト配線板に塗布する工程と、電子部品をプリント配線板
に搭載する工程と、プリント配線板に塗布したはんだペ
ーストをはんだ付けする工程と、はんだペーストに含有
する熱硬化性樹脂を加熱硬化する工程からなるはんだ付
け方法。 - 【請求項8】 請求項2記載のはんだペーストをプリン
ト配線板に塗布する工程と、電子部品をプリント配線板
に搭載する工程と、プリント配線板に塗布したはんだペ
ーストをはんだ付けする工程と、はんだペーストに含有
する紫外線硬化性樹脂に紫外線を照射する工程からなる
はんだ付け方法。 - 【請求項9】 請求項3記載のはんだペーストをプリン
ト配線板に塗布する工程と、電子部品をプリント配線板
に搭載する工程と、プリント配線板に塗布したはんだペ
ーストをはんだ付けする工程と、はんだペーストに含有
する電子線硬化性樹脂に電子線を照射する工程からなる
はんだ付け方法。 - 【請求項10】 請求項1記載のはんだペーストを塗布
し電子部品を搭載したプリント配線板をはんだ付けする
はんだ付け装置において、はんだ溶融部とはんだ溶融部
の後に加熱部を備えたはんだ付け装置。 - 【請求項11】 請求項2記載のはんだペーストを塗布
し電子部品を搭載したプリント配線板をはんだ付けする
はんだ付け装置において、はんだ溶融部とはんだ溶融部
の後に紫外線照射部を備えたはんだ付け装置。 - 【請求項12】 請求項3記載のはんだペーストを塗布
し電子部品を搭載したプリント配線板をはんだ付けする
はんだ付け装置において、はんだ溶融部とはんだ溶融部
の後に電子線照射部を備えたはんだ付け装置。
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