JPH1110385A - ハンダ付け方法及びハンダ付け装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 鉛を含まないハンダを用いたハンダ付けを可
能とする。 【解決手段】 錫及び錫と共晶合金を形成する金属成
分からなり他金属の含有量が０．１wt％以下で含有酸素
が１００ppm 以下の二元ハンダ(S) を非酸化性環境下
(5, 9)で溶融し、酸素量が２０００ppm 以下の雰囲気中
で溶融ハンダをハンダ付けする母材に接触させる。接触
時に母材に周波数１５ＫＨｚ〜１ＭＨｚの振動エネルギ
ーを与える。ハンダ付け装置(1)は、ハンダ付けする母
材(17)に溶融ハンダを実質的に非酸化性環境下で接触さ
せるためのハンダ付け部(3,5,9)と、溶融ハンダに接触
する母材に振動エネルギーを与える振動子(7) とを有す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、装置部品等の接合
に用いられるハンダ付け方法及びハンダ付け装置に関す
る。詳細には、電子部品を搭載する回路基板、プリント
配線等の製造に適用可能で、鉛を含有しないハンダを使
用したハンダ付けに適したハンダ付け方法及びハンダ付
け装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ハンダ付けは、融点が低い物質を用いて
物体同士を接合する技術であり、古くから用いられ、そ
の起源は古代メソポタミア文明に遡ることができると言
われている。現代の産業において、ハンダ付けは電子機
器の接合に幅広く使用され、例えば、実装基板において
は、半導体、マイクロプロセッサー、メモリー、抵抗な
どの電子部品を基板に実装するための接合等に用いられ
ている。その長所は、部品を基板に固定するだけでな
く、ハンダに含まれる金属の導電性により電気的接続が
形成されることであり、この点において有機系の接着剤
と異なる。

【０００３】一般的に用いられるハンダは、錫と鉛によ
る共晶ハンダで、その共晶点が１８３℃であり、アルミ
ニウムや銅などの板材等の接合に用いられる。ハンダ付
けする金属母材の融点よりも低いばかりでなく、多くの
熱硬化性樹脂がガス化を始める温度よりも低いという特
徴を有している。また、この共晶ハンダは、錫成分が銅
板の界面で特有の金属間化合物層を形成し、ハンダと銅
の接着力をより強固にすることも知られている。このよ
うな特徴を備えた錫と鉛による共晶ハンダ以外に、錫と
亜鉛とのハンダ、銀と亜鉛とのハンダなどの使用が試み
られているが、濡れ性が悪く接合が難しいために、実用
化されていない。

【０００４】上記のように、電子機器の製造においてハ
ンダによる接合は依然として重要なものである。このよ
うな状況において、今日、パーソナルコンピューター、
携帯電話やページャーなどに代表されるパーソナル機器
の急激な普及が進むにつれ、電子部品の実装技術におけ
るハンダの需要は益々増大している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】電子機器の普及は、人
々の生活を豊かにしている。しかし、その反面、使用し
なくなった電子機器が多量に廃棄されていることも事実
であり、廃棄物により環境汚染が起きることが危ぶまれ
ている。このため、廃棄物のリサイクル使用や有害性の
高い物質を用いない製造方法が提唱されている。特に、
有害性の高い物質の排除は、環境汚染を未然に防ぐとい
う観点から望ましく、ハンダによる接合技術においても
開発の必要がある。

【０００６】錫と鉛を用いた共晶ハンダは、鋼板に対す
る濡れ性が他の金属混合物よりも優れているという特質
を有するが、このハンダに含まれる鉛は毒性を有してお
り、廃棄された電子機器を埋め立て処分した場合、長年
に渡って酸性雨などに晒されることにより鉛イオンが土
壌中へ溶出することが懸念される。これを解決するため
に、鉛を固定化する技術が提案されているが、土中への
拡散について長期にわたる十分なデータが得られていな
い。さらに、最近のメモリ素子の高密度化に従い、鉛の
放射線（α線）による電子機器の損傷がクローズアップ
されている。半導体装置における高密度実装への対応の
面からも鉛の使用に対して見直しが必要となっている。

【０００７】このような状況から、鉛を含まないハンダ
を用いた接合技術が必要とされている。ところが、鉛を
他の金属に代えたハンダや別の金属の組合せによるハン
ダは、高温による母材への悪影響を避けられるほどハン
ダ付け温度を低くすることが困難であり、濡れ性が非常
に劣り接合する母材に対して満足に付着しないといった
問題を有するために、半導体実装のような微細なハンダ
処理はおろか一般的なハンダ接合にも使用は難しい。特
に、錫及び亜鉛を用いたハンダにおいては、問題点が多
すぎるためにエレクトロニクス実装での実用化は無理と
考えられている（竹本 正：「接合サイエンスからみた
Ｐｂフリーソルダ」、第５回環境対応実装技術フォーラ
ム講演集（１９９７年５月１４日）参照）。

【０００８】厚膜形成、導体回路形成及び半導体実装の
ような微細なハンダ付け処理に鉛を含まないハンダの使
用を可能とするために、ハンダ粉末とフラックスとを混
合したペースト状のソルダーペーストを用いたスクリー
ン印刷方式等が提案されている。しかし、ソルダーペー
ストに用いられるフラックスは、有機化合物、無機化合
物及び樹脂に大別されるが、有機化合物又は樹脂が用い
られる場合には、有機酸、アミノ基のハロゲン塩及び有
機酸塩等が活性成分として添加され、無機化合物の場合
には、ハロゲン化アンモニウム、ハロゲン化亜鉛、ハロ
ゲン化錫、燐酸、ハロゲン化水素酸等が添加されること
が多い。このような添加物は金属を腐食させる作用を有
するため、ソルダーペーストをリフローした後のフラッ
クス残渣による腐食の検査が必要になる。又、フラック
スを除去するためにペーストを加熱した際に気化した有
機物の処理等が必要であるという問題もある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明者らは、
廃棄物中の鉛による環境汚染をなくすために、鉛を用い
ない汎用性の高い金属によるハンダを用いたハンダ付け
について鋭意研究を重ねた結果、ハンダの状態を適切に
調整することによりハンダ付け温度を低下させることが
でき、ハンダ付けする母材及び溶融ハンダを適切な状態
におくことによりハンダの濡れ性を飛躍的に改善するこ
とが可能であることを見出し、本発明のハンダ付け方法
及びハンダ付け装置を成すに至った。

【００１０】本発明によるハンダ付け方法は、錫に配合
されることにより共晶合金を形成する金属成分（但し鉛
を除く）と錫とからなり錫及び該金属成分以外の他金属
の含有量が０．１wt％以下で含有酸素が１００ppm 以下
である二元ハンダを非酸化性環境下で加熱溶融し、酸素
量が２０００ppm 以下の雰囲気中で溶融ハンダをハンダ
付けする母材に接触させるものである。

【００１１】上記金属成分は、亜鉛、銀、ビスマス、イ
ンジウム及び銅からなる群より選択され、上記二元ハン
ダの加熱溶融は二元ハンダの共晶点以上の温度で行う。

【００１２】上記金属成分は亜鉛であって、上記二元ハ
ンダの錫の含有割合は８５〜９７wt％であり亜鉛の含有
割合は３〜１５wt％であり、二元ハンダの加熱溶融は２
１０〜２３０℃で行う。

【００１３】上記溶融ハンダをハンダ付けする母材に接
触させる際に、母材に周波数１５ＫＨｚ〜１ＭＨｚの振
動エネルギーを与える。

【００１４】本発明によるハンダ付け装置は、錫に配合
されることにより共晶合金を形成する金属成分（但し鉛
を除く）と錫とからなり錫及び該金属成分以外の他金属
の含有量が０．１wt％以下である二元ハンダを加熱して
溶融ハンダを得る溶融装置と、該溶融ハンダの含有酸素
を１００ppm 以下に維持するための酸化防止手段と、ハ
ンダ付けする母材に酸素量が２０００ppm 以下の雰囲気
中で溶融ハンダを接触させるためのハンダ投与装置と、
溶融ハンダに接触する母材に周波数１５ＫＨｚ〜１ＭＨ
ｚの振動エネルギーを与えるための振動源とを有するも
のである。

【００１５】上記振動源によって与えられる振動エネル
ギーが溶融ハンダを介して母材に伝達されるように振動
源を溶融ハンダに接触させて配置する。

【００１６】又、本発明のハンダ付け装置は、錫に配合
されることにより共晶合金を形成する金属成分（但し鉛
を除く）と錫とからなり錫及び該金属成分以外の他金属
の含有量が０．１wt％以下である二元ハンダを雰囲気か
ら遮断しながら加熱溶融してハンダ付けする母材上に送
出するノズル装置と、該ノズル装置から送出される溶融
ハンダ及び母材の周囲に非酸化性ガスを供給するガス供
給部材とを有するものである。

【００１７】上記ハンダ付け装置は、実質的に錫と亜鉛
とからなるハンダを二元ハンダとして用い、樹脂又はセ
ラミック製の基板に設けられた配線を母材とするハンダ
付けに適用する。

【００１８】更に、本発明のハンダ付け装置は、母材上
に配置されるハンダを加熱溶融するためのこて部材と、
こて部材の周囲に非酸化性ガスを供給して母材及びハン
ダの酸化を防止するためのガス供給装置と、コテ部材に
よって溶融されるハンダ及び母材に振動エネルギーを供
給するための振動子とを有する。

【００１９】上記構成に従って、ハンダに含まれる酸素
及び蝋合金を形成する成分以外の金属成分を減少させる
ことにより、溶融ハンダと母材とを接触させるハンダ付
け温度、即ち、ハンダを加熱溶融する温度を液相線温度
近辺まで低下させることが可能となる。溶融ハンダと母
材とを接触させる環境を非酸化性とすることにより溶融
ハンダの濡れ性が良好に維持され、振動エネルギーの供
給による母材の表面状態の改善によって溶融ハンダと母
材表面との接触性が高められることにより、ハンダと母
材との濡れ性が改善され、鉛を用いることなく汎用性の
高い金属を用いたハンダによる微細なハンダ付けが可能
となる。従って、ハンダを用いた製品の廃棄物中の鉛に
よる環境汚染が防止され、又、製品の製造工程において
フラックスを使用せずにハンダ付け処理を行うことが可
能となる。

【００２０】

【発明の実施の形態】ハンダは、用いる金属の種類及び
組合せによって様々の種類があり、溶融温度によって軟
鑞と硬鑞とに分類することができる。一般的に用いられ
るハンダは、錫と鉛との共晶組成物からなる軟鑞（狭意
においてこれをハンダと称することもあるが、本願にお
いては金属を含有する低融点の接合材をハンダと称す
る）であり、銅などの金属板材の接合を始めとして様々
な金属部材の接合に用いられる。

【００２１】母材を溶融ハンダに浸漬してハンダ付けを
行う際の溶融ハンダの温度（ハンダ付け温度と称する）
は、理論的には液相線温度以上であれば良いはずである
が、従来においては、ハンダの液相線温度より５０℃程
度高い温度が目安とされており、これより低い温度での
ハンダ付けは難しいとされていた。この目安に従えば、
Ｓｎ−９Ｚｎ共晶ハンダのハンダ付け温度は２５０℃前
後、Ｓｎ−３．５Ａｇ共晶ハンダでは２７０℃程度とな
り、錫／鉛ハンダのハンダ付け温度より高く、ハンダ付
けする母材に悪影響を与え易い。特に、プリント基板の
ような電子部品の接合に用いるには高すぎる。このた
め、ハンダ付け温度を低下させるために、様々な第３成
分の添加が提案されているが、実用に不利な問題が生じ
たり、ハンダ付け温度の低下が十分に得られない。この
ようなことが、鉛を含有しない汎用的なハンダの実用化
は無理とされていた理由の１つである。

【００２２】又、鉛はハンダに濡れ性を与える成分であ
るので、錫と亜鉛とによるハンダや銀と亜鉛とのハンダ
などのような鉛を含有しないハンダは濡れ性に劣り母材
に付着し難いため、実用には適さないと考えられてい
た。特に、錫と亜鉛とによるハンダの濡れ性は、ハンダ
付けの実用化は無理とされるほど低いものである。つま
り、濡れ性の低さも実用化を阻む理由の１つである。

【００２３】本発明は、錫を含有する二元系ハンダにお
いて、実質的に他金属を含有せず含有酸素を減少させる
ことを特徴とし、これにより、ハンダの溶融温度を液相
線温度に近づけることができる。更に、ハンダ付けする
雰囲気中の酸素量を減少させて溶融ハンダの酸化を抑制
し、ハンダの溶融温度の上昇を防止することにより、ハ
ンダ付け温度を液相線温度近辺まで低下させることが可
能となる。

【００２４】又、溶融ハンダの酸化を防止しながら溶融
ハンダを母材に接触させ、母材に弾性波のような振動エ
ネルギーを与えることを特徴とし、これにより溶融ハン
ダと母材表面の濡れ性が格段に向上する。

【００２５】以下、本発明を詳細に説明する。

【００２６】ハンダ付けを観察すると、溶融したハンダ
の表面に非常に薄い膜が形成され、この膜が母材と溶融
ハンダとの接触を阻害する現象が見られる。この膜は金
属酸化物であり、膜を形成する金属酸化物は、錫／鉛ハ
ンダにおいては主に酸化鉛で、錫／亜鉛ハンダにおいて
は主に酸化亜鉛である。酸化鉛の膜は比較的強度が弱い
ので、母材を溶融ハンダに浸漬した時に表面の膜が容易
に破れて内部の溶融ハンダと母材とが接触し、ハンダ付
けが可能である。しかし、亜鉛を含有するハンダの場合
には、酸化亜鉛の膜が成長し易く強度のある膜ができる
ので、溶融ハンダと母材表面との接触を強固に阻害す
る。従って、ハンダの濡れ性を改善するには、まず、こ
のような溶融ハンダ表面の膜による接触阻害を防ぐこと
が必要である。このためには、ハンダと酸素の接触を防
止して金属酸化物の形成を抑制するために、非酸化性環
境下で溶融ハンダを母材に接触させることが必要であ
る。

【００２７】ハンダの母材に対する濡れを阻害する要素
はもう１つあり、それは母材表面に形成される被膜であ
る。例えば、母材が銅材である場合、雰囲気中の酸素に
よって表面に酸化銅の被膜が生成し、ハンダの濡れ性や
接合強度の低下を生じる。従って、ハンダの濡れ性の改
善には母材表面のクリーニングが必要となる。これに関
しては、超音波、高周波、アーク等のような振動エネル
ギーを母材表面に供給することが極めて有効である。振
動エネルギーによって母材表面の膜が破砕又は分散し、
母材と溶融ハンダとの直接接触が促進され、ハンダ付け
による接合が強固になる。又、母材表面に油脂等の皮膜
が存在してハンダの濡れ性を阻害する場合にも振動エネ
ルギーは有効に作用して母材表面をクリーニングする。

【００２８】従って、非酸化性環境下で溶融ハンダを母
材に接触させながら母材に振動エネルギーを供給するこ
とによって、ハンダの濡れ性は著しく改善され、鉛を含
有しない二元ハンダによるハンダ付けが実現可能とな
る。しかも、好適な条件を選択することによって、実用
化が困難と思われていた錫／亜鉛ハンダによるハンダ付
けが好適に実施され、ハンダ付けによる接合の歩留まり
が格段に向上する。

【００２９】「非酸化性の環境」は、酸素等の酸化性物
質によって溶融ハンダの金属が酸化物を形成しない環境
であり、例えば、雰囲気に不活性ガスを供給したり真空
ポンプを用いて排気することによって作られる。ハンダ
の濡れ性を改善するために必要な非酸化性の程度は、使
用するハンダの酸化され易さによって若干異なるが、鉛
を含有しないハンダの中でも濡れ性が低いものの一つと
言われる錫／亜鉛ハンダの場合、表１に示すように、雰
囲気の酸素含量が約１００００ppm 以下の状態において
金属酸化物の生成防止による濡れ性の向上が見られる。
このようなことから、ハンダ付けを行う非酸化性雰囲気
の酸素濃度は１００００ppm 程度以下、好ましくは１０
００ppm 程度以下、より好ましくは５００ppm 以下とす
るのがよい。

【００３０】

【表１】 銅板に対する錫／亜鉛ハンダの濡れ性 −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− 雰囲気の 錫／亜鉛ハンダの亜鉛含有率（wt％） 酸素濃度（ppm ） ３ ９ １５ ５０ −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− ５０ ○ ○ ○ ○ １５０ ○ ○ ○ ○ ５００ ○ ○ ○ ○ １０００ ○ ○ ○ △ ２０００ ○ ○ ○ × １００００ △ △ △ × 大気 × × × × −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− 評価）○：濡れ性が良好、△：濡れ性を示すが不十分 ×：殆ど濡れ性を示さない 条件）弾性波周波数：１９．５ｋＨｚ、母材：銅 ハンダ付け温度：液相線温度＋１０℃ −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− 亜鉛は酸化され易いため、錫／亜鉛ハンダの亜鉛の含有
量が多いと雰囲気による酸化を受け易く、金属酸化物に
よる流動性、濡れ性の低下が起こり易い。又、共晶点で
ある亜鉛の割合が９wt％近辺において溶融ハンダの粘性
が極小化を示し、流動性及び濡れ性が高進する。更に、
共晶点付近の組成のハンダは溶融点が低く、ハンダ付け
温度を低く設定することができるため、温度に依存する
溶融ハンダのガス吸収能を低く抑えることができる。従
って、雰囲気ガスの吸収による酸化を抑制し易い。この
ような事柄が作用して表１のような傾向を示すと考えら
れる。このようなことから、亜鉛含量が共晶点近辺の約
３〜１５wt％の錫／亜鉛ハンダが好適であり、特に共晶
組成（９１Ｓｎ−９Ｚｎ）の錫／亜鉛ハンダが優れてい
る。錫／亜鉛ハンダは錫系の二元ハンダの中でも特に濡
れ性の低いものであるが、他の錫と共晶合金を形成する
二元ハンダにおいても表１と類似の傾向が有り、２００
０ppm 以下でいずれのハンダも良好な濡れ性となる。濡
れ性が高い組成範囲は、錫／銀ハンダでは銀が約０．１
〜２８wt％、錫／ビスマスハンダではビスマスが約２１
〜９９．９wt％、錫／銅では銅が約０．１〜７．６wt
％、錫／インジウムハンダではインジウムが約０．１〜
７５wt％の範囲であり、共晶組成のものが特に優れてい
る。

【００３１】本発明においては、使用する原料ハンダの
調製を工夫してハンダ自体の酸素含有量を小さくしてい
る。更に、錫及び錫と共晶合金を形成する金属成分以外
の成分を排除する。これによって、高い濡れ性が得られ
るだけでなく、ハンダの溶融温度が低くなり、錫／亜鉛
共晶ハンダの場合では、共晶温度に近い２１０℃前後の
溶融温度でのハンダ付けが可能となる。従って、溶融温
度を低下させるためには、ビスマス等の他成分の添加は
必要がなく、二成分ハンダとしてハンダ付けに用いる。
この構成は、三元共晶物の生成の心配がなく、ハンダの
性能を容易に安定化することができるという点で有利で
ある。この結果、ハンダ材のリフロー温度が変化すると
いうことも抑制できる。更に、リサイクルする場合にも
対応し易い。換言すれば、ハンダ特性への影響などを考
慮すると、錫及びこれと共晶を形成する亜鉛等の成分以
外の成分を添加させないことが好ましい。従って、酸素
含有濃度が１００ppm 程度以下、好ましくは１０ppm 程
度以下であって、不可避量を越える不純物や他の金属成
分を実質的に含まない、つまり不純物及び他金属成分の
含有量は０．１wt％以下である二元ハンダが低温でのハ
ンダ付けに使用するのに適している。更に、このような
ハンダを上述のような非酸化性環境においてハンダ付け
に供することにより、ハンダ付け温度は低く維持するこ
とができる。

【００３２】非酸化性の環境下で溶融ハンダと母材との
接触を行う手段の一実施形態として、不活性ガスの供給
装置を備えたディップ用溶融槽が挙げられる。この溶融
槽では、不活性ガス雰囲気中でハンダを溶融して溶融ハ
ンダに母材を浸漬する。又、酸素吸着剤のような酸化性
物質を充填したカラムやフィルター等を装備して雰囲気
から酸素を吸収除去したり、遮断シート等を使用して溶
融ハンダを雰囲気から遮断することも可能である。ある
いは、非酸化性環境下で溶融した溶融ハンダをノズル等
を通じて雰囲気と接することなく直接母材上へ提供する
ことによっても非酸化性の環境下で母材と接触させるこ
とができる。バッチ型のディップ用溶融槽を用いてハン
ダを加熱溶融する場合、槽に投入されるハンダの量を調
整したり槽の形状を工夫して溶融槽内のハンダの容積に
対するハンダ上の雰囲気の容積の比が小さくなるように
すると、非酸化性の雰囲気を作り易く経済効率もよい。

【００３３】ハンダは特に溶融状態において酸素を取り
込んで酸化され易いので、ハンダの溶融から母材との接
触まで非酸化性環境下で行う必要がある。

【００３４】振動エネルギーによる母材表面のクリーニ
ングは、母材のハンダ付けする部分あるいはその付近に
直接振動エネルギーを与えるようにするのが効果的であ
る。与える振動エネルギーは、適用する状況に応じて適
宜選択すればよいが、周波数１５ｋＨｚ〜１ＭＨｚ程度
の超音波波長領域近辺の弾性波を用いるのが実施上扱い
易く均一な接合面が得られる。母材表面の膜の破砕効率
は、膜に与えられる振動エネルギーの大きさによって変
化するので、振動エネルギーの発振源（振動子）と膜と
の距離及び発振する振動エネルギーの強度並びに振動伝
達媒体に依存する。

【００３５】非酸化性環境下でハンダ及び母材に振動エ
ネルギーを供給してハンダ付けを行うと、ハンダの母材
に対する濡れ性は格段に改善される。非酸化性環境ある
いは振動エネルギーの供給のいずれかのみでは好適なハ
ンダ付けが安定して行われず、満足な歩留まりとならな
い。

【００３６】又、雰囲気あるいはハンダ中に若干酸素が
含まれる場合に、溶融ハンダにおける金属酸化物の膜形
成や膜成長を上述の振動エネルギーによって防止するこ
とができ、溶融ハンダと母材との接触が容易になる。

【００３７】更に、振動エネルギーは、ハンダ付けの
際、ハンダの濡れ性だけでなくハンダの切れをも格段に
改善する作用がある。この結果、本発明においては極め
て高い濡れ性と良好な切れとがハンダに付与されるの
で、鉛を含有しないハンダを用いても、幅広い平面のハ
ンダ付けのみならず極細の帯状面や複雑な形状のハンダ
付けも好適に行うことができる。従って、本発明のハン
ダ付け装置は、半導体装置のパッケージ基板やプリント
基板のように樹脂やセラミックでできた絶縁性の基板に
多数並設された配線、特に、高密度配線に対する精細な
ハンダ付けに適用することができる。

【００３８】半導体装置のパッケージ基板やプリント基
板は、ガラスエポキシ樹脂等の耐熱性樹脂や窒化アルミ
ニウム等のセラミックでできた絶縁性基板にタングステ
ンや銅等の導体で配線が形成されている。この配線を半
導体素子の端子等の入出力端子と接続するために、配線
上にハンダが載設され、このハンダをリフローして半導
体素子との接続を形成する。半導体装置の高機能化、小
型化に伴って基板の配線も高密度化し、挟ピッチで線幅
が細い配線にハンダ付けするためには、ハンダの濡れ性
及び切れが良くなければならない。この点に関して、本
発明のハンダ付け方法及びハンダ付け装置は十分対応可
能なものであり、非酸化性環境下で、ハンダ及び母材
（配線）に振動エネルギーを供給してハンダ付けを行う
ことによって、鉛を含有しないハンダを用いても、線幅
及び配線間隔が数十〜数百μｍ程度の配線に精細にハン
ダ付けすることが可能であり、配線間がハンダで埋まっ
たり配線間にブリッジが形成されたりしない。

【００３９】基板配線のハンダ付けは、例えば、以下の
ような手順に従って行うことができる。まず、ハンダ材
として例えば酸素含有量が０．０１wt％未満の錫／亜鉛
ハンダを用い、酸素濃度が１０００ppm 程度以下の雰囲
気中で、ハンダの溶融温度以上、好ましくは液相線温度
より１０〜５０℃程度高い温度、例えば２１０〜２３０
℃程度にハンダを保持して溶融する。次に、配線基板を
ハンダ中に浸漬して溶融ハンダに振動エネルギーを与え
る。例えば周波数が１８ｋＨｚ前後の超音波領域付近の
弾性波が用いられる。配線基板の浸漬時間は、好ましく
は１０秒程度以下、より好ましくは０．０１〜５秒程度
とする。不要な反応等を避けるために、浸漬時間は短く
設定するのが好ましい。浸漬後、配線基板を溶融ハンダ
から引き上げ、冷却する。これにより、配線上にのみハ
ンダが塗着した基板が得られる。配線基板の引き上げの
際の移動方向は、配線基板上の配線の長手方向と平行と
なるようにするのが好ましく、配線の長手方向と移動方
向とが垂直であると、平行である場合よりハンダの切れ
が悪くなる。基板の配線が配列されている方向が単一で
ない場合には、配線基板の移動方向が配線の長手方向と
垂直にならないように配慮するのが好ましい。

【００４０】上述の説明から理解されるように、本発明
のハンダ付けは、溶融ハンダ及び母材の接触表面を適切
な状態にすることによってハンダの濡れ性を改善するも
のである。従って、錫／亜鉛ハンダ、錫／銀ハンダ、錫
／ビスマスハンダ、錫／銀／銅ハンダ、錫／ビスマス／
銀／銅ハンダ等のような鉛を含有しないハンダのハンダ
付けだけでなく、鉛を含有するハンダ、単種の金属によ
るハンダあるいは金属以外の物質を混合したハンダを用
いたハンダ付けにも適用できる。更に、このようなハン
ダ材をメッキ材とするメッキ加工、接合材として用いた
組立加工等に適用することも可能である。

【００４１】母材についても、銅、銀、金、ニッケル、
アルミニウム、シリコン、ステンレス鋼等の単種の金属
材の他、合金材及び複合金属材等の母材についても適用
可能であり、ガラス、セラミックス、樹脂、これらの複
合材などの様々な材料を素地とする基板の配線に対する
ハンダ付けに用いることができる。又、本発明を応用・
改良することにより、セラミックス等への直接ハンダ付
けへの適用も可能となる。

【００４２】本発明に係るハンダ付け装置の一実施形態
を図１に示す。このハンダ付け装置１は、ハンダを加熱
し溶融するためのヒーター３を有する溶融槽５と、溶融
槽５内で溶融しているハンダＳを伝搬媒質として超音波
等の弾性波を発振する発振器７と、溶融しているハンダ
Ｓの酸化を防止するために溶融槽５に不活性ガスを流入
するガス注入装置９とを備える。

【００４３】溶融槽５に投入されヒーター３によって溶
融されたハンダＳは、ハンダＳの温度を検知するセンサ
ー１１を備える温度制御装置１３によって一定の温度に
保たれる。ハンダＳの温度は、ハンダの融点より少し高
く設定する。発振器７が発振する弾性波の波長は、調整
装置１５によって適切に制御される。ハンダ付けする母
材（又は配線を有する基板等）１７は可動ホルダー１９
によって保持される。シーケンシャルコントローラ２１
において、母材１７をハンダＳに浸漬する時間及びハン
ダＳ中に投入及び引き出しを行う速度が予め設定され、
この設定に従って可動ホルダー１９が移動する。ハンダ
Ｓは、溶融槽５内に設けられる循環ポンプ２３によって
循環する。

【００４４】図２は、ハンダ付け装置の他の実施形態を
示し、このハンダ付け装置２５には溶融槽５内部から外
部へ到る導管２７が設けられ、循環ポンプ２３は導管２
７内に付設される。このため、溶融槽５内の溶融ハンダ
Ｓの循環は溶融槽５の外部に到る。導管２７中の溶融ハ
ンダＳは取り出し口２９から取り出すことができる。こ
の装置の他の部分は、図１の同じ符号を付した部分と同
様の機能を有するので、これらについての説明は省略す
る。

【００４５】図３は、ハンダ付け装置の更に他の実施形
態を示す。このハンダ付け装置３１の発振器３３は、母
材（又は配線を有する基板等）１７に直接弾性波を与え
られるように構成されている。即ち、発振器３３には母
材１７が嵌挿可能な間隙３５が設けられ、母材１７を間
隙３５に挿入することにより弾性波が直接母材１７に伝
えられ、母材１７の表面の酸化物膜の破砕・分離が促進
される。他の部分は、図１の同じ符号を付した部分と同
様の機能を有するので、これらについての説明は省略す
る。発振器３３が母材の片面に接触するように間隙３５
の幅を母材の幅より大きくなるように構成して、母材の
各面に交互に振動エネルギーを供給するようにすること
もできる。

【００４６】図４及び５は、ハンダ付け作業を中止せず
にハンダ材の交換が可能となるように２つの溶融槽を備
えたハンダ付け装置の例を示す。このハンダ付け装置４
１は、母材を握持して鉛直方向に昇降させるためのアー
ム４３が支持台４５上に設置されている。更に、互いに
固定された一対の溶融槽４７ａ，ｂが支持台４５上を一
方向に沿って摺動可能なように設けられ、各溶融槽４７
ａ，ｂの上面を覆うための開閉蓋４９ａ，ｂが付設され
ている。開閉蓋４９ａ，ｂを開けると、細い矩形の窓５
１ａ，ｂが溶融槽４７ａ，ｂの端部に形成されている。
窓５１ａ，ｂは上方向に向けて解放され、アーム４３を
操作して母材５３を降下させたときに溶融槽４７ａ，ｂ
を移動させることによって窓５１ａ，ｂからいずれの溶
融槽４７ａ，ｂ内にも挿入可能となるように溶融槽４７
ａ，ｂの摺動方向が定められている。更に、超音波など
の弾性波を供給するための水平方向に延伸した振動子５
５が溶融槽４７ａ，ｂの摺動方向と垂直に摺動可能なよ
うに支持台４５上に載設される。アーム４３の母材５３
を一方の溶融槽４７ａに挿入可能な位置に溶融槽４７ａ
を配置した時、振動子５５は、振動子５５の先端が該溶
融槽４７ａの側部開口から内部の溶融ハンダ上方に至り
降下させた母材５３が振動子５５の先端と近接するよう
に位置決めされる。更に、溶融槽４７ａ，ｂ内には、各
々、回転翼５７ａ，ｂが設けられており、回転翼５７
ａ，ｂを回転させることによって溶融槽４７ａ，ｂ内の
溶融ハンダに噴流が生じて振動子５５の先端及び降下さ
せた母材５３に噴流が当たるように構成されている。更
に、溶融槽４７ａ，ｂには、各々、不活性ガスを供給す
るための導管が備えられ、導管から供給される不活性ガ
スで溶融ハンダの液面上及び溶融ハンダの噴流近辺が覆
われるように導管の吹出口５９が溶融槽４７ａの側壁上
部に配置されている。支持台４５には、アーム４３の動
作及び溶融槽４７ａ，ｂの位置を制御するためのコント
ローラ６１、不活性ガスの供給量を制御するための流量
計６３及び振動子５５から供給する弾性波を制御するた
めの発振器６５が装備されている。

【００４７】上記構成に従って、アームの直下に溶融槽
４７ａを位置させ、溶融槽４７ａ，ｂの各々にハンダを
投入し、不活性ガスを溶融槽４７ａ，ｂに供給しながら
ハンダを加熱溶融する。回転翼５７ａを作動して噴流を
生じさせ、振動子５５から弾性波を発生させる。母材５
３をアーム４３に握持させて降下させ溶融ハンダの噴流
に接触させると、振動子５５と僅かな距離をおいて近接
する母材５３は、弾性波の影響により振動子５５の方向
に引き付けられて振動子５５と接触する。これにより、
弾性波が母材５３に直接供給され、溶融ハンダによる濡
れ性が良好になる。この後、アーム４３を上昇させて母
材５３を溶融ハンダから引き出す。ハンダ付けを行うハ
ンダをもう一方のハンダに変更する場合には、溶融槽４
７ａ，ｂを摺動させてアーム４３の直下に溶融槽４７ｂ
を位置させ、回転翼５７ａを停止し回転翼５７ｂを作動
させて前述と同様の操作を繰り返す。

【００４８】２つの溶融槽を備えるハンダ付け装置４１
は、ハンダ付けプロセスにおけるハンダの入れ替え時の
時間を省略することができる。又、２種のハンダを１つ
の母材に塗布する作業が必要な場合に有用である。

【００４９】上述のハンダ付け装置４１は、支持台４５
上をアーム４３及び振動子５５が水平方向に移動可能と
なるように構成して溶融槽４７ａ，ｂを固定させてもよ
い。あるいは、１対の振動子を各々の溶融槽に配設して
アームの水平位置のみを変更可能としてもよい。

【００５０】上記の装置は、母材を溶融ハンダに浸漬し
て比較的広い面積にハンダ付けやメッキを行うのに適し
たハンダ付け装置の例であるが、配線形成や半導体実装
等のような微小部分のハンダ付けには、ノズルからハン
ダを噴射する方式のハンダ付け装置が適している。ノズ
ル型の装置の例を以下に記載する。

【００５１】図６は、本発明に係るノズル型のハンダ付
け装置の例を示す。このハンダ付け装置１００は、ハン
ダを加熱し溶融する溶融槽１０１と、溶融槽１０１に接
続され加熱手段（図示省略）を備えるノズル１０３と、
ノズル１０３に付設される発振器１０５と、ノズル１０
３の射出方向に沿って配設され電界板を有する電界発生
装置１０７と、不活性ガスを供給するガス注入装置１０
９と、搬送装置１１１とを有する。溶融槽内に投入され
加熱溶融してハンダは一定速度でノズル１０３に送ら
れ、発振器１０５から発振される弾性波がノズル１０３
内のハンダＳに伝搬され、ハンダＳは液滴Ｓ’となり規
則正しくノズル１０３のノズル口１０３’から射出され
る。ノズル１０３から放出された液滴Ｓ’は、電界発生
装置１０７の電界板によって帯電し、電界発生装置１０
７によって生じる電界中を進行する。電界発生装置１０
７によって生じる電界はコントローラ１１３によって制
御され、液滴Ｓ’の飛跡がこれによって変化する。液滴
Ｓ’は、搬送装置１１１上に載置された母材である基板
１１５上に到達する。ノズル１０３にはフード１１７が
取り付けられ、ガス注入装置１０９から注入される不活
性ガスによって液滴Ｓ’の酸化が防止される。電界発生
装置１０７はコントローラ１１３に接続され、コントロ
ーラ１１３は、基板１１５の適切な位置に液滴Ｓ’が到
達するように搬送装置１１１の搬送速度及び電界発生装
置１０７の発生電界を制御する位置決め管理機能を備え
る。更に、基板１１５に到達させない液滴を回収するた
めの容器１１９が設けられ、回収されたハンダは循環器
（図示省略）を介して溶融槽１０１に送られる。搬送装
置１１１には加熱冷却装置１２１が設けられ、温度制御
装置１２によって溶融槽１０１、加熱冷却装置１２１及
びノズル１０３の温度が制御される。又、搬送装置１１
１には、基板１１５に弾性波を与えるための振動子１２
５が付設されており、振動子１２５及び発振器１０５が
発振する弾性波の波長は振動数調整装置１２７によって
制御される。

【００５２】上記装置において、発振器１０５はハンダ
を放出するための手段として用いられており、インクジ
ェット技術に用いられているスパークやバブル等の既存
の手段に代えることも可能である。

【００５３】上記ハンダ付け装置１００を用いて、例え
ば組成比が錫９０．９wt％以上、亜鉛９wt％、他の金属
元素含有量が０．１wt％未満で、酸素含有量５ppm 以下
のハンダ（理論共晶点１９８℃）を射出する操作例を以
下に記載する。

【００５４】溶融槽１０１にハンダを投入し、電界発生
装置１０７の電界板で囲まれた領域にガス注入装置１０
９から不活性ガスとして窒素を流しながら、溶融槽１０
１のハンダを２０８℃に保持し完全に溶融させる。溶融
ハンダをノズル１０３に送り、発振器１０５から弾性波
出力を溶融ハンダＳに与えると、ノズル１０３から細か
なハンダの液滴Ｓ’が放出される。電界発生装置１０７
によって発生する電界が一定であると、ハンダの液滴
Ｓ’は、電界が発生している領域を通過して基板１１５
上の一定位置に到達し、ハンダ液滴Ｓ’が積み重なりな
がら固化し、ハンダの肉厚が増加する。この状態で搬送
装置１１１を一定の速さで水平方向に作動させると、基
板上にハンダ粒子による斑点又は線が形成される。振動
子１２５によって基板１１５に弾性波を与えることによ
り、ハンダ液滴Ｓ’と基板１１５が接触する際に基板１
１５表面の酸化膜が分散して濡れ性が向上する。

【００５５】上記のノズルを用いたハンダ付け操作によ
り、直径５μｍ〜５０μｍ程度の大きさの斑状のハンダ
付け及び同程度の幅の線状のハンダ付けが可能である。

【００５６】搬送装置１１１の加熱冷却装置１２１は、
基板上のハンダの固化を制御するために用いられ、ハン
ダの膜厚を増加させる場合などに使用できる。例えば、
基板をハンダの共晶点以下の温度に下げると、基板表面
に到達したハンダの液滴は固化し始める。この基板を共
晶点以上に再度加熱すると、固化したハンダが溶融し始
め、液相と固相とが交じった半溶融状態となる。この状
態のハンダの表面張力は溶融ハンダより大きく、新たな
ハンダ液滴が半溶融状態のハンダに追加されても横に広
がることがなく、半溶融状態のハンダと一体化して固化
する。この結果、厚みのあるハンダ膜が得られる。従っ
て、基板１１５上のハンダが半溶融状態で新たなハンダ
液滴が追加されるように搬送装置１１１の加熱冷却装置
１２１の配置及び温度を設定し、複数のノズルを用いて
ハンダの重ね塗りを行うことにより、厚いハンダ膜が形
成される。

【００５７】図７に示すハンダ付け装置２００は、複数
のノズル口２０３ａ’，２０３ｂ’，２０３ｃ’を有す
るノズル２０３装置を備えている。発振器１０５ａ，１
０５ｂ，１０５ｃによって各ノズル口からハンダ液滴Ｓ
ａ’，Ｓｂ’，Ｓｃ’が放出され、ハンダ回収用の容器
２１９に設けられた通過孔２０９ａ，２０９ｂ，２０９
ｃを通って基板１１５上に達する。電界発生装置１０７
によって発生する電界の作用により通過孔２０９ａ，２
０９ｂ，２０９ｃを通らないハンダ液滴は、容器２１９
によって回収され、溶融槽１０１に戻される。図６と同
じ参照符号を付した部分は、装置１００における対応す
る部分と同様の作用を行うので、これらの説明について
は省略する。

【００５８】又、本発明に係るハンダ付け方法は、ノズ
ル自体から母材へ振動エネルギーを供給する構造のノズ
ル装置を用いて実施することができる。例えば、非酸化
性環境下でハンダを溶融する溶融槽に接続されるノズル
の先端付近に弾性波振動子を付設して、ノズル先端が非
酸化性ガス雰囲気に覆われるようにノズルを鞘で覆って
鞘の内側に窒素などの非酸化性ガスを流通させるように
構成したノズル装置を用いることができる。このような
ノズル装置を用いて、まず、非酸化性ガスをノズル先端
に供給しながらノズルを母材に近づけ、ノズル先端を母
材に当接させて、溶融槽からノズル先端に供給される溶
融ハンダを母材に触接させながらノズルに振動エネルギ
ーを与える。この後、ノズル先端から所定量のハンダを
押し出しながらノズルを母材から遠ざける。この様な操
作によって、微小な領域のハンダ付けを行うことができ
る。ノズル先端を母材から僅かに離して溶融ハンダのみ
を母材に接触させながら振動エネルギーを供給してもよ
い。この様にすると、連続的にハンダを押し出しながら
ノズルを移動することによって線状にハンダ付けを行う
ことができる。

【００５９】又、基板を若干傾斜させて立てた状態に設
置して振動エネルギーを与え、上記のノズルを用いて非
酸化性ガスを吹き付けながら溶融ハンダを放出して基板
にかけると、基板の配線がハンダで濡れ、余分のハンダ
は基板から流れ落ちて回収される。

【００６０】更に他の実施形態として、マスクを用いた
ハンダ付けを実施する装置を構成することができる。こ
の場合、ハンダ付け装置には、例えば、多数の微小な放
出口を有する平板から溶融ハンダをしみ出させて平面状
に溶融ハンダを供給するハンダ供給部材と、平板に付設
される弾性波振動子と、不活性ガス供給管と、マスクと
が装備される。このようなハンダ付け装置を用いて、マ
スクを位置決めして母材上に重ね、不活性ガスで置換し
ながらハンダ供給部材をマスクに当接させて、溶融ハン
ダをマスクの穴を通して母材に接触させながら振動エネ
ルギーを与えてハンダを母材に付着させ、ハンダ供給部
材及びマスクを母材から取り除く。

【００６１】固体状のハンダは、溶融ハンダに比べて酸
化され難く、固体ハンダ粒子を用いたハンダ付けに本発
明を応用することもできる。例えば、固体ハンダ粒子を
母材に圧接してハンダ粒子と母材とが直接面接触するよ
うにすれば、両者の間には雰囲気がなく接合界面はほぼ
非酸化性環境となる。このハンダ粒子を加熱溶融しなが
らハンダ粒子に振動エネルギーを与えると、溶融ハンダ
の母材に対する濡れ性は比較的良好となる。この後、母
材を冷却すればハンダ付けが完了する。この様なハンダ
粒子によるハンダ付け操作は、図８に示すようなハンダ
ごて３００を用いて行うことができる。このハンダごて
３００は、ハンダを加熱溶融するためのヒーターを備え
るこて部材３０１と、こて部材３０１に内蔵される超音
波発振器３０３とを有する。超音波発振器３０３は、こ
て部材３０１の加熱面に近接して配置され、溶融ハンダ
に効率的に振動エネルギーが供給される。こて部材３０
１の加熱面と超音波発振器３０３の発振位置との距離は
１〜１０mm程度とするのが好ましい。振動エネルギー
は、こて部材３０１の加熱により溶融するハンダを伝搬
媒質として母材の表面に伝達される。更に、こて部材３
０１には温度センサー（図示省略）が内蔵され、温度制
御器及び超音波可変装置に接続される。

【００６２】図８のハンダごては、自動作業装置による
非酸化性雰囲気中でのハンダ付け工程用のハンダ付けア
ームとして用いることことができる。

【００６３】更に有用なハンダごてを図９に示す。図９
のハンダごて４００は、こて部材４０１及び内蔵された
超音波発振器４０３を覆うガス供給管４０５を備えるも
ので、ハンダを加熱溶融する際の雰囲気を非酸化性に保
持するために、ガス供給管４０５からハンダごて４０１
の加熱面付近に不活性ガスが供給される。

【００６４】図８及び９に示すハンダごて３００，４０
０は、手動によるハンダ付け及び自動作業装置に設置し
てのオートメーション操作における使用のほか、接合不
良ハンダの修復等に用いることができる。又、ハンダご
て３００，４００は、ハンダ材料にフラックスを混合し
たハンダペーストを用いたハンダ付けに好適に用いるこ
ともできる。この場合、ハンダペーストを予備加熱して
フラックスを除去した後にハンダごてを用いて、ハンダ
を加熱しながら振動エネルギーを供給する。図９のハン
ダごて４００を用いる場合には、ガス供給管４０５から
供給する不活性ガスを加熱してハンダペーストの予備加
熱に用いることも可能である。

【００６５】図１０は、ハンダ付けを行う領域を不活性
ガス雰囲気にするために供給する不活性ガスを循環・回
収するように構成されたハンダ付け装置の一例を示す。
このハンダ付け装置５００は、ハンダを溶融するための
ヒータ５０１を備える溶融槽５０３と、溶融したハンダ
Ｓを循環するためのポンプ５０５と、溶融ハンダの液面
近辺に配置されポンプ５０５から送出されたハンダＳに
弾性波を供給するための振動子５０７と、ガス供給管５
０９及びガス吸引管５１１とを備える。ヒータ５０１に
よって加熱溶融されるハンダＳは、ポンプ５０５の出力
によって振動子５０７の上方に噴出し、母材を振動子５
０７の上方に位置させることによって噴出するハンダＳ
が母材に接し、弾性波が振動子５０７からハンダＳを介
して母材に伝達されるように構成される。ハンダＳの液
面上の雰囲気は、ガス供給管５０９から放出される窒素
などの不活性ガスによって置換され、ハンダＳの表面及
び母材の酸化を抑制する。不活性ガスによって置換され
る雰囲気は、外部の酸素の混入による濃度上昇の防止及
び再利用のためにガス吸引管５１１から排出される。ガ
ス吸引管５１１は酸素除去処理装置（図示せず）に接続
される。更に、溶融槽内のハンダ及び母材へ向けて噴出
されるハンダの温度を検出するためのセンサー５１３，
５１５が設けられ、検出温度を用いてヒータ５０１の加
熱温度を制御する温度制御器５１７に接続されている。
又、振動子が出力する弾性波の周波数は振動数調製装置
５１９によって制御される。溶融槽５０３の上方には、
母材を載せる架台５２１及び架台５２１をレール５２３
に沿って移動させるための可変走行器５２５が設置され
る。可変走行器５２５は、コントローラ５２７によって
制御され、架台５２１の走行速度及び高さを適宜調節で
きるように構成されている。

【００６６】パッド５３１を有するプリント基板５２９
を図１０の装置の架台５２１にパッド５３１を下方に向
けて載せ、可変走行器５２５によって溶融槽５０３の上
方までレール５２５に沿って搬送してパッド５３１が振
動子５０７の上方に位置させると、ポンプ５０５から噴
出した溶融ハンダＳがパッド５３１に接触する。同時
に、振動子５０７から供給される弾性波が溶融ハンダＳ
を介してパッドに伝達される。雰囲気はガス供給管５０
９から供給される不活性ガスにより非酸化性となり、パ
ッドのハンダ付けが良好に行われる。パッドのハンダ付
けが完了したプリント基板５２９は溶融槽５０３から除
去する。プリント基板の移動等によって酸素が混入した
雰囲気は常にガス吸引管５１１により除去され、非酸化
性の雰囲気に維持される。このようにして、ガラスエポ
キシ基材などで製造されたプリント基板のパッドを母材
としてハンダ付けが行われる。このような場合、溶融槽
の上方をできる限り解放しないように基板の搬送を調整
したり、溶融槽を覆う開閉蓋を設けるように構成するの
が好ましい。ガス供給管５０９の不活性ガスの供給速度
を調節して非酸化性雰囲気を保ってもよい。

【００６７】

【実施例】以下、実施例により本発明を詳細に説明す
る。

【００６８】（実施例１）図１の装置を用い、溶融槽５
内に、組成比が錫９１．９wt％以上、亜鉛９wt％、他の
金属元素含有量が０．１wt％未満で含有酸素が７ppm の
ハンダを８０kg入れ、その理論共晶点である１９８℃よ
りも１０℃高い２０８℃に加熱し、完全にハンダを溶融
させた。この際、温度が１９０℃に到達した時点から不
活性ガスとして窒素をその溶融面の上部に流し続け、ハ
ンダが酸素に接触させないようにした。ハンダは加熱開
始からおよそ１時間後に溶融し、その温度を２０８℃に
保持しておいた。

【００６９】溶融槽に付設してある発振器７から周波数
１８．８２ｋＨｚの弾性波出力を溶融槽内に与えた。こ
の時、弾性波の発振方向に沿って長さ１０cm、幅１cmの
領域の溶融ハンダ表面が高さ約１cm程度盛り上がるのを
確認した。振動子から２mm以内の位置の溶融ハンダの中
に、大きさが５０mm×１０mm×０．５mmの仕上げ処理を
施していない銅片の２／３を１秒間浸漬した後引き上げ
た。

【００７０】引き上げた銅片を冷却させ、拡大鏡を用い
て観察したところ、ハンダの厚さは１４μｍで、濡れ角
は９０度未満であり、ハンダ付けとして問題のないこと
がわかった。

【００７１】（比較例１）発振器７から弾性波出力を与
えなかったこと以外は実施例１と同様の操作を繰り返し
て、銅片に対するハンダの濡れ性を観察したところ、銅
片へのハンダの濡れは目視レベルで認められなかった。

【００７２】他方、塩酸及び純水を用いて同様の銅片の
表面の洗浄処理を行った後に、大気に曝すことなく溶融
ハンダに銅片を浸漬して上記と同様に弾性波出力を与え
ないでハンダ付け操作を繰り返したところ、ハンダは銅
片に付着した。

【００７３】（比較例２）窒素ガスを溶融槽５内に供給
せず大気雰囲気中で操作を行ったこと以外は実施例１と
同様の操作を繰り返したところ、溶融ハンダ表面に形成
された薄皮状のハンダが銅片に付着して多数のヒダがハ
ンダに形成され、銅片末端から余分のハンダが垂れてい
た。冷却後のハンダを擦るとハンダが剥離した。

【００７４】（実施例２）図１の装置を用い、容積１０
リットルの溶融槽５内に、組成比が錫９０．９wt％以
上、亜鉛９wt％、他の金属元素含有量が０．１wt％未満
で含有酸素が７ppmのハンダ６０kgを入れ、その理論共
晶点である１９８℃よりも約２０℃高い２２０℃に加熱
し完全にハンダを溶融させた。この際、部分的に溶融し
始めた時点から酸素と接触させないように不活性ガスと
して窒素をその溶融面の上部に流し続けた。ハンダは、
加熱開始からおよそ１時間後に溶融しその温度をそのま
ま保持しておいた。溶融ハンダ上の雰囲気の酸素濃度を
測定したところ、１２０〜１６０ppm であった。

【００７５】この状態を保ち、溶融槽に付設してある発
振器の周波数を１８．８３ＫＨｚに調節して振動エネル
ギーとして弾性波出力を溶融槽内に与えた。この時、弾
性波の発振方向に沿って長さ１０cm、幅１cmの領域の溶
融ハンダ表面が高さ約１cm程盛り上がるのを確認した。
振動子から２mm以内の位置の溶融ハンダの中に、以下に
示す様な電子部品実装用の基板を２．０秒間浸漬して引
き上げた。

【００７６】基板の仕様 寸法：５０mm×５０mm×１．０mm、材質：ガラスエポキ
シ樹脂 仕上げ処理：スルーホール、両面金フラッシュメッキ加
工、ソルダーレジスト処理 配線の仕様 配線：銅１８μｍ／ニッケル５μｍ／金０．０５μｍの
積層配線 配線幅：２００μｍ、最小ピッチ間隔：４００μｍ 引き上げた基板を冷却し、拡大鏡を用いて観察したとこ
ろ、配線のいずれの部分においてもハンダが付着してお
り、配線間にブリッジは認められなかった。

【００７７】さらに、細部を確認するために基板を切断
して断面を観察し配線上のハンダの濡れ性を調べたとこ
ろ、濡れ角は９０度未満でありハンダ付けとして問題の
ないことがわかった。ハンダの厚さは約１５μｍであっ
た。

【００７８】（実施例３）図１の装置を用い、溶融槽５
内に、組成比が錫９６．４wt％以上、銀３．５wt％、他
の金属元素含有量が０．１wt％未満で含有酸素が８ppm
のハンダを８０kg入れ、その理論共晶点である２２１℃
よりも１０℃高い２３１℃に加熱し、完全にハンダを溶
融させた。この際、温度が２２０℃に到達した時点から
不活性ガスとして窒素をその溶融面の上部に流し続け、
ハンダが酸素に接触しないようにした。ハンダは加熱開
始からおよそ１時間後に溶融し、その温度を２３１℃に
保持しておいた。

【００７９】溶融槽に付設してある発振器７から周波数
１８．８２ｋＨｚの弾性波出力を溶融槽内に与えた。こ
の時、弾性波の発振方向に沿って長さ１０cm、幅１cmの
領域の溶融ハンダ表面が高さ約１cm程度盛り上がるのを
確認した。振動子から２mm以内の位置の溶融ハンダの中
に、大きさが５０mm×５０mm×０．３mmの仕上げ処理の
ない銅片の２／３を１秒間浸漬した後引き上げた。

【００８０】引き上げた銅片を冷却させ、拡大鏡を用い
て観察したところ、ハンダに浸した部分にはほぼ均等に
ハンダが付着していた。さらに、細部の確認のために銅
片を切断し断面を観察したところ、ハンダの濡れ角は９
０度未満であり、ハンダ付けとして問題のないことがわ
かった。

【００８１】（実施例４）図３のハンダ付け装置を用い
て、容積１０リットルの溶融槽５内に、組成比が錫４
２．９wt％以上、ビスマス５５wt％、他の金属元素含有
量が０．１wt％未満で含有酸素量が４ppm のハンダ８０
kgを入れ、その論理共晶点である１３９℃よりも１０℃
高い１４９℃に加熱して完全にハンダを溶融させた。こ
の際、部分的に溶融し始めた時点から不活性ガスとして
窒素をその溶融面の上部に流し続け、ハンダが酸素に接
触しないようにした。ハンダは、加熱開始からおよそ１
時間後に溶融し、その温度そのまま保持しておいた。

【００８２】溶融槽に付設してある発振器３３から周波
数１８．５２ｋＨｚの弾性波出力を溶融槽内に与えた。
発振器３３の間隙３５に大きさが５０mm×５０mm×０．
３mmの仕上げ処理のない銅片を嵌挿して銅片の２／３を
溶融ハンダに２．０秒間浸漬した後引き上げた。

【００８３】引き上げた銅片を冷却させ、拡大鏡を用い
て観察したところ、ハンダに浸した部分にはほぼ均等に
ハンダが付着していた。さらに、細部の確認のために銅
片を切断し断面を観察したところ、ハンダの濡れ角は９
０度未満であり、ハンダ付けとして問題のないことがわ
かった。

【００８４】（実施例５）図１のハンダ付け装置を用い
て、容積１０リットルの溶融槽５内に、組成比が錫９
０．９wt％以上、亜鉛９wt％、他の金属元素含有量が
０．１wt％未満で含有酸素量が７ppm のハンダ８０kgを
入れ、その論理共晶点である１９８℃よりも約２０℃高
い２２０℃に加熱して完全にハンダを溶融させた。この
際、部分的に溶融し始めた時点から不活性ガスとして窒
素をその溶融面の上部に流し続け、ハンダが酸素に接触
しないようにした。ハンダは、加熱開始からおよそ１時
間後に溶融し、その温度そのまま保持しておいた。

【００８５】溶融槽に付設してある発振器７から周波数
１８．５２ｋＨｚの弾性波出力を溶融槽内に与えた。こ
の時、弾性波の発振方向に沿って長さ１０cm、幅１cmの
領域の溶融ハンダ表面が高さ約１cm程度盛り上がるのを
確認した。振動子から２mm以内の位置の溶融ハンダの中
に、大きさが５０mm×１０mm×０．３mmの仕上げ処理の
ない銅片の２／３を２秒間浸漬した後引き上げた。

【００８６】引き上げた銅片を冷却させ、拡大鏡を用い
て観察したところ、ハンダに浸した部分にはほぼ均等に
ハンダが付着していた。さらに、細部の確認のために銅
片を切断し断面を観察したところ、ハンダの濡れ角は９
０度未満であり、ハンダ付けとして問題のないことがわ
かった。

【００８７】（実施例６）図１の装置を用い、溶融槽５
内に、組成比が錫９６．４wt％以上、銀５wt％、他の金
属元素含有量が０．１wt％未満で含有酸素が８ppm のハ
ンダを８０kg入れ、その理論共晶点である２２１℃より
も１０℃高い２３１℃に加熱し、完全にハンダを溶融さ
せた。この際、温度が２００℃に到達した時点から不活
性ガスとして窒素をその溶融面の上部に流し続け、ハン
ダが酸素に接触しないようにした。ハンダは加熱開始か
らおよそ１時間後に溶融し、その温度を２３１℃に保持
しておいた。

【００８８】この状態を保ち、溶融槽に付設してある発
振器の周波数を１８．５２ＫＨｚに調節して振動エネル
ギーとして弾性波出力を溶融槽内に与えた。この時、弾
性波の発振方向に沿って長さ１０cm、幅１cmの領域の溶
融ハンダ表面が高さ約１cm程盛り上がるのを確認した。
振動子から２mm以内の位置の溶融ハンダの中に、以下に
示す様な電子部品実装用の基板を１．０秒間浸漬して引
き上げた。

【００８９】基板の仕様 寸法：５０mm×５０mm×ｔ１．０mm、材質：ガラスエポ
キシ樹脂 仕上げ処理：スルーホール、両面金フラッシュメッキ加
工、ソルダーレジスト処理 配線の仕様 配線：銅１８μｍ／ニッケル５μｍ／金０．０５μｍの
積層配線 配線幅：２００μｍ、最小ピッチ間隔：４００μｍ 引き上げた基板を冷却し、拡大鏡を用いて観察したとこ
ろ、配線のいずれの部分においてもハンダが付着してお
り、配線間にブリッジは認められなかった。

【００９０】さらに、細部を確認するために基板を切断
して断面を観察し配線上のハンダの濡れ性を調べたとこ
ろ、濡れ角は９０度未満でありハンダ付けとして問題の
ないことがわかった。

【００９１】（実施例７）図６のハンダ付け装置１００
の溶融槽１０１内に、組成比が錫９０．９wt％以上、亜
鉛９wt％、酸素含有量５ppm 以下、他の金属元素含有量
が０．１wt％未満のハンダを入れ、その理論共晶点であ
る１９８℃よりも１０℃高い２０８℃に加熱した。この
際、理論共晶点より約１０℃低い温度に到達した時点か
ら不活性ガスとして窒素を電界発生装置１０７の電界板
に囲まれた領域に流し続け、酸素をフード１１７内部に
存在させないようにした。ハンダは、加熱開始からおよ
そ１時間後に溶融し、その温度をそのまま保持しておい
た。

【００９２】ノズルを２０８℃に加熱し、溶融槽１０１
からノズル１０３に溶融ハンダを供給しながらノズル１
０３に付設された発振器１０５から周波数が１５ｋＨｚ
〜３０ｋＨｚの弾性波をノズル１０３に出力した。これ
により、ノズルから細かなハンダ粒子が放出されるのを
確認した。この時、電界発生装置１０７によって電界を
発生させることによりハンダ粒子の軌跡が制御され、搬
送装置１１１上の一定位置にハンダ粒子が積み重なっ
た。

【００９３】銅板を搬送装置１１１に載せ、銅板の表面
が１８０℃程度の温度になるように銅板の下から加熱装
置１２１で加熱しながら振動子１２５を作動して周波数
１８．５２ＫＨｚの弾性波を搬送装置１１１に出力し、
搬送装置１１１を２cm／秒の速さで水平方向に移動し、
ノズルの下を通過させた。

【００９４】この後、銅板を冷却し、銅板上のハンダを
観察したところ、約２５μｍの大きさの斑状ハンダが直
線上に並んでいた。ハンダが載っている銅板を鉛直方向
に切断し、断面を観察したところ、ハンダの銅板との濡
れ角は９０度未満であり、ハンダとの濡れ性が良好であ
ることを確認した。

【００９５】更に、搬送装置１１１の速度を遅くし、ハ
ンダ粒子が銅板に到達する毎に銅板が２０μｍずつ移動
するようにして、銅板をノズルの下を通過させた後に冷
却した。銅板上には幅がほぼ２０〜２５μｍの帯状につ
ながったハンダが観察された。ハンダの厚みは約１０μ
ｍであった。銅板を切断して断面を観察したところ、ハ
ンダの銅との濡れ角は９０度未満であり、ハンダとの濡
れ性が良好であることを確認した。

【００９６】（実施例８）錫／亜鉛ハンダに代えて、組
成が錫９９．２wt％以上、銅０．７wt％、他の金属元素
含有量が０．１wt％未満で酸素含有量５ppm のハンダを
用い、溶融槽及びノズルの加熱温度を理論共晶点の２２
７℃より１０℃高い２３７℃に変更し、銅板の保温温度
を２２０℃に変更したこと以外は実施例７と同様の操作
を繰り返し、銅板に斑状及び帯状のハンダ付けを行っ
た。

【００９７】銅板にハンダ付けされた斑状のハンダを観
察したところ、大きさは約２５μｍで、銅板を鉛直方向
に切断した断面の観察によるハンダの銅板との濡れ角は
９０度未満であり、ハンダとの濡れ性が良好であること
を確認した。

【００９８】又、帯状のハンダは、幅が約２０〜２５μ
ｍ、厚さが約１０μｍであり、銅板を切断した断面の観
察によるハンダの銅板との濡れ角は９０度未満であり、
ハンダとの濡れ性が良好であることを確認した。

【００９９】（実施例９）錫／亜鉛ハンダに代えて、組
成が錫４２．９wt％以上、ビスマス５７wt％、他の金属
元素含有量が０．１wt％未満で酸素含有量５ppm のハン
ダを用い、溶融槽及びノズルの加熱温度を理論共晶点の
１３９℃より１０℃高い１４９℃に変更し、銅板に代え
て寸法が５０mm×１０mm×０．３mmのアルミニウム板を
用い、アルミニウム板の保温温度を１３０℃に変更した
こと以外は実施例７と同様の操作を繰り返し、銅板に斑
状及び帯状のハンダ付けを行った。

【０１００】アルミニウム板にハンダ付けされた斑状の
ハンダを観察したところ、大きさは約２５μｍで、アル
ミニウム板を鉛直方向に切断した断面の観察によるハン
ダのアルミニウム板との濡れ角は９０度未満であり、ハ
ンダとの濡れ性が良好であることを確認した。

【０１０１】又、帯状のハンダは、幅が約２０〜２５μ
ｍ、厚さが約１０μｍであり、アルミニウム板を切断し
た断面の観察によるハンダのアルミニウム板との濡れ角
は９０度未満であり、ハンダとの濡れ性が良好であるこ
とを確認した。

【０１０２】（実施例１０）錫／亜鉛ハンダに代えて、
組成が錫９６．４wt％以上、銀３．５wt％、他の金属元
素含有量が０．１wt％未満で酸素含有量５ppm のハンダ
を用い、溶融槽及びノズルの加熱温度を理論共晶点の２
２１℃より１０℃高い２３１℃に変更し、銅板の保温温
度を２００℃に変更したこと以外は実施例７と同様の操
作を繰り返し、銅板に斑状及び帯状のハンダ付けを行っ
た。

【０１０３】銅板にハンダ付けされた斑状のハンダを観
察したところ、大きさは約２５μｍで、銅板を鉛直方向
に切断した断面の観察によるハンダの銅板との濡れ角は
９０度未満であり、ハンダとの濡れ性が良好であること
を確認した。

【０１０４】又、帯状のハンダは、幅が約２０〜２５μ
ｍ、厚さが約１０μｍであり、銅板を切断した断面の観
察によるハンダの銅板との濡れ角は９０度未満であり、
ハンダとの濡れ性が良好であることを確認した。

【０１０５】（実施例１１）銅片に代えて、ステンレス
鋼片を溶融ハンダの中に浸漬したこと以外は実施例１と
同様の操作を繰り返して、ステンレス鋼片に対するハン
ダの濡れ性を観察したところ、ハンダは厚さ１４μｍで
ステンレス鋼に均一に付着していた。濡れ角は９０度未
満であり、ハンダ付けとして問題のないことがわかっ
た。

【０１０６】（実施例１２）図１の構成を有する装置を
用い、溶融槽５内に、組成比が錫４８．４wt％以上、イ
ンジウム５１．５wt％、他の金属元素含有量が０．１wt
％未満で含有酸素が７ppm のハンダを１kg入れ、その理
論共晶点である１１７℃よりも１０℃高い１２７℃に加
熱し、完全にハンダを溶融させた。この際、不活性ガス
として窒素をその溶融面の上部に流し続け、ハンダが酸
素に接触させないようにした。ハンダは加熱開始からお
よそ２０分後に溶融し、その温度を１２７℃に保持して
おいた。

【０１０７】溶融槽に付設してある発振器７から周波数
１８．８２ｋＨｚの弾性波出力を溶融槽内に与えた。振
動子から２mm以内の位置の溶融ハンダの中に、大きさが
５０mm×１０mm×０．５mmの仕上げ処理を施していない
銅片の２／３を１秒間浸漬した後引き上げた。

【０１０８】引き上げた銅片を冷却させ、拡大鏡を用い
て観察したところ、ハンダの厚さは１３μｍで、濡れ角
は９０度未満であり、ハンダ付けとして問題のないこと
がわかった。

【０１０９】

【発明の効果】本発明によれば、ハンダ付け温度を液相
線温度近傍まで低下することができ、液相線温度より４
０〜５０℃高い従来のハンダ付け温度と比べ、格段に低
い温度が使用できる。又、ハンダの母材に対する濡れ性
を改善することにより、鉛を含有しない濡れ性の劣るハ
ンダを用いて好適にハンダ付けをすることができ、微細
で複雑な形状のハンダ付けにも鉛を含有しないハンダを
使用することができる。従って、各種機器等のハンダ材
として鉛を含有しないハンダを使用することができ、廃
棄物に含まれる鉛を減少させることが可能であり、廃棄
物のリサイクルにも有効である。故に、本発明は産業上
及び環境対策上極めて有用である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るハンダ付け装置の第１の実施形態
を示す概略構成図。

【図２】本発明に係るハンダ付け装置の第２の実施形態
を示す概略構成図。

【図３】本発明に係るハンダ付け装置の第３の実施形態
を示す概略構成図。

【図４】本発明に係るハンダ付け装置の第４の実施形態
を示す概略構成図。

【図５】図４のハンダ付け装置の要部を示す拡大図。

【図６】本発明に係るハンダ付け装置の第５の実施形態
を示す概略構成図。

【図７】本発明に係るハンダ付け装置の第６の実施形態
を示す概略構成図。

【図８】本発明に係るハンダ付け装置の第７の実施形態
を示す概略構成図。

【図９】本発明に係るハンダ付け装置の第８の実施形態
を示す概略構成図。

【図１０】本発明に係るハンダ付け装置の第９の実施形
態を示す概略構成図。

【符号の説明】

１ ハンダ付け装置 ３ ヒーター ５、１０１ 溶融槽 ７、１０５ 発振器 ９、１０９ ガス注入装置 １１ センサー １３ 温度制御装置 １５ 調整装置 １７ 母材 １９ 可動ホルダー ２１ シーケンシャルコントローラ ２３ 循環ポンプ １０３ ノズル １０７ 電界発生装置 １１５ 基板 １２１ 加熱装置 １２５ 振動子 Ｓ ハンダ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｃ２２Ｃ 13/00 Ｃ２２Ｃ 13/00 Ｈ０５Ｋ 3/34 ５１２ Ｈ０５Ｋ 3/34 ５１２Ｃ (72)発明者 手島 光一 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者 小松 出 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者 五反田 武志 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者 権田 誠 東京都品川区南大井五丁目17番９号 黒田 電気株式会社内 (72)発明者 後藤 良行 東京都品川区南大井五丁目17番９号 黒田 電気株式会社内

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 錫に配合されることにより共晶合金を形
   成する金属成分（但し鉛を除く）と錫とからなり錫及び
   該金属成分以外の他金属の含有量が０．１wt％以下で含
   有酸素が１００ppm 以下である二元ハンダを非酸化性環
   境下で加熱溶融し、酸素量が２０００ppm 以下の雰囲気
   中で溶融ハンダをハンダ付けする母材に接触させること
   を特徴とするハンダ付け方法。
2. 【請求項２】 前記金属成分は、亜鉛、銀、ビスマス、
   インジウム及び銅からなる群より選択され、前記二元ハ
   ンダの加熱溶融は該二元ハンダの共晶点以上の温度で行
   うことを特徴とする請求項１記載のハンダ付け方法。
3. 【請求項３】 前記金属成分は亜鉛であって、前記二元
   ハンダの錫の含有割合は８５〜９７wt％であり亜鉛の含
   有割合は３〜１５wt％であり、該二元ハンダの加熱溶融
   は２１０〜２３０℃で行うことを特徴とする請求項１記
   載のハンダ付け方法。
4. 【請求項４】 前記溶融ハンダをハンダ付けする母材に
   接触させる際に、該母材に周波数１５ＫＨｚ〜１ＭＨｚ
   の振動エネルギーを与えることを特徴とする請求項１〜
   ３のいずれかに記載のハンダ付け方法。
5. 【請求項５】 錫に配合されることにより共晶合金を形
   成する金属成分（但し鉛を除く）と錫とからなり錫及び
   該金属成分以外の他金属の含有量が０．１wt％以下であ
   る二元ハンダを加熱して溶融ハンダを得る溶融装置と、
   該溶融ハンダの含有酸素を１００ppm 以下に維持するた
   めの酸化防止手段と、ハンダ付けする母材に酸素量が２
   ０００ppm 以下の雰囲気中で溶融ハンダを接触させるた
   めのハンダ投与装置と、溶融ハンダに接触する母材に周
   波数１５ＫＨｚ〜１ＭＨｚの振動エネルギーを与えるた
   めの振動源とを有することを特徴とするハンダ付け装
   置。
6. 【請求項６】 前記振動源によって与えられる振動エネ
   ルギーが該溶融ハンダを介して母材に伝達されるように
   該振動源を溶融ハンダに接触させて配置することを特徴
   とする請求項５記載のハンダ付け装置。
7. 【請求項７】 錫に配合されることにより共晶合金を形
   成する金属成分（但し鉛を除く）と錫とからなり錫及び
   該金属成分以外の他金属の含有量が０．１wt％以下であ
   る二元ハンダを雰囲気から遮断しながら加熱溶融してハ
   ンダ付けする母材上に送出するノズル装置と、該ノズル
   装置から送出される溶融ハンダ及び母材の周囲に非酸化
   性ガスを供給するガス供給部材とを有することを特徴と
   するハンダ付け装置。
8. 【請求項８】 実質的に錫と亜鉛とからなるハンダを前
   記二元ハンダとして用い、樹脂又はセラミック製の基板
   に設けられた配線を上記母材とするハンダ付けに適用す
   るための請求項５〜７のいずれかに記載のハンダ付け装
   置。
9. 【請求項９】 母材上に配置されるハンダを加熱溶融す
   るためのこて部材と、該こて部材の周囲に非酸化性ガス
   を供給して該母材及びハンダの酸化を防止するためのガ
   ス供給装置と、該コテ部材によって溶融されるハンダ及
   び母材に振動エネルギーを供給するための振動子とを有
   することを特徴とするハンダ付け装置。