JPS6157720B2 - - Google Patents

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JPS6157720B2
JPS6157720B2 JP54064613A JP6461379A JPS6157720B2 JP S6157720 B2 JPS6157720 B2 JP S6157720B2 JP 54064613 A JP54064613 A JP 54064613A JP 6461379 A JP6461379 A JP 6461379A JP S6157720 B2 JPS6157720 B2 JP S6157720B2
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JP
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soldering
preheating
cooling
molten metal
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JP54064613A
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Korunerisu Adorianusu Fuan Deru Puto Henrikusu
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Koninklijke Philips NV
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Koninklijke Philips Electronics NV
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Publication date
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    • B23K1/00—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering
    • B23K1/08—Soldering by means of dipping in molten solder
    • B23K1/085—Wave soldering
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/30—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor
    • H05K3/32—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits
    • H05K3/34—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits by soldering
    • H05K3/3494—Heating methods for reflowing of solder
    • H—ELECTRICITY
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  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、厚膜基板に局部的にはんだペースト
層を設け、この基板とこのはぼだペースト上に載
置した部品とを予熱段階においてはんだの融点よ
り低い温度まで予熱し、次いではんだ付け段階に
おいて加熱してはんだの溶融および流動を開始さ
せ、しかる後に冷却段階においてはんだの融点よ
り低い温度まで冷却することにより部品を厚膜基
板にはんだ付けする方法に関するものである。
普通セラミツク材料、例えば酸化アルミニウム
からなる厚膜基板に部品をリフロー（reflow）は
んだ付け方法によつてはんだ付けするにはよく知
られているように、高温の空気、赤外線のような
放射線、または金属加熱用ブロツクと接触させる
ことによりはんだを溶融するのに必要な加熱を行
う。高温の空気または放射線による加熱は比較的
長い加熱時間を必要とし、過剰の熱が部品に加え
られる危険がある。加熱用ブロツクによる加熱で
は、回避できない基板の平坦性および使用する間
に生ずる加熱用ブロツクのそりのために、基板に
不均一な熱流が生じ、この結果基板が過熱され、
部品の過熱が生じ易い。
かかる従来の加熱方法の欠点は米国特許第
3825994号明細書に披瀝されている方法では除去
されている。この方法では部品支持基板の面を濡
らさないように基板を液状金属の波上に所定時間
浮漂させる。基板を赤外線発生器により予熱する
ことができ、また液状金属の波から離間した後に
周囲圧力におて冷却することができる。比較的緩
徐な冷却処理の間に、基板内に蓄積した熱により
部品が過熱される危険がある。
本発明の目的は、部品および基板に損傷を与え
る危険がなく、かつ部品を支持する基板の面を濡
らすことなく、既知方法におけるより著しく短か
い処理時間で、部品を厚膜基板にはんだ付けする
ことができる信頼性および再現性の大きい方法を
得ようとするにある。
この目的は、上述の３種の段階のそれぞれにお
いてはんだペースト層および部品を担持する基板
を、熱媒体として作用する加熱された溶融金属と
接触させ、この基板を冷却段階において急速に冷
却することを特徴とする本発明の方法により達成
される。
上述の３種の段階のそれぞれにおいて熱媒体に
適当な温度で溶融金属を使用するので、予熱およ
び冷却の段階において比較的短い処理時間で比較
的高度で均一な伝熱が達成される。基板の加熱お
よび基板からの熱除去を同様に行い、制御するこ
とができる。
比較的短い処理時間のため、特に加速冷却を行
うため、過熱により部品が損傷を受ける危険は実
際に回避される。上述のように、本発明方法では
基板のみが、加熱された溶融金属と接触するの
で、部品を支持している基板の上面は濡れず、部
品は溶融金属と接触しない。
本発明の方法の１例では、基板を多数の溶融金
属の波に沿つて順次案内し、この波に押付ける。
溶融金属が動いており、かつ基板が溶融金属の
波に押付けられているから、溶融金属と基板との
間に緊密な接触が得られ、かくして溶融金属から
基板への伝熱あるいは基板から溶融金属への伝熱
が促進される。
本発明の方法の他の例では予熱段階において基
板を２工程で予熱するので、はんだペースト中の
溶媒が余りにも迅速に蒸発するのを防止し、従つ
てシルクスクリーン印刷によるはんだペーストが
飛び散るのを回避することができる。しかも、は
んだペーストは漸次予熱されるので完全に溶融
し、流動し、極めて良く混合するので、はんだペ
レツトがフラツクス中に残留せず、従つてはんだ
付けした最終連結部の信頼性および強度を改善す
ることができる。
酸化アルミニウム基板を融点183℃の鉛―錫合
金からなるはんだペーストで被覆する本発明の方
法の他の例では、予熱段階並びにはんだ付け段階
および冷却段階において融点範囲95〜110℃の鉛
―錫―ビスマス合金の形態の溶融金属を使用し、
上述の３種の段階の温度をそれぞれ180±５℃，
250±３℃および110±５℃とし、基板と鉛―錫―
ビスマス合金とを、予熱段階においては８秒間、
はんだ付け段階においては２秒間、冷却段階にお
いては２秒間接触させる。試験の結果この方法に
より最適の結果が得られることが分つた。種々の
組成のはんだペーストが同様に良好に流動し、混
合した。予熱段階が比較的長いので、比較的短い
はんだ付け段階で充分である。冷却段階において
基板は２秒以内で150℃より低い温度まで効果的
に冷却されるので、部品が熱的に損傷を受ける部
品の臨界温度より低い温度に保持される。
本発明の方法によりはんだ付けした部品を厚膜
基板を担持させてなる組立体は、均一かつ強固に
はんだ付けした連結部を有し、その基板に垂直な
方向における最少引張強度は少くとも10Nであ
る。
また本発明は本発明の方法を実施するのに使用
する装置に関するもので、本発明の装置は、予熱
ユニツト、はんだ付けユニツト、冷却ユニツトお
よびこれらのユニツトに沿つてはんだペースト被
覆を担持する基板とはんだ付けしようとする部品
とを連続的に輸送するための輸送手段を具え、は
んだ付けユニツトには溶融金属の波を発生させる
ための波発生器を設けた、部品を厚膜基板にはん
だ付けする装置において、予熱ユニツトおよび冷
却ユニツトに波発生器を設けたことを特徴とす
る。
上述の装置においては、はんだ付けしようとす
る部品を持する１連の基板を、順次に配列した波
発生器に沿つて、一定速度において連続的に移動
させて逐次輸送することができ、はんだ付け処理
を行うのに必要な全サイクル時間は約３cm／秒の
輸送速度におて15秒程度である。
本発明の装置の好適例においては予熱ユニツト
に２個の破発生器を設ける。この簡単な手段の結
果、輸送速度を変えなくてもまた停止しなくて
も、比較的長い予熱段階を実現することができ
る。
熱媒体と被処理基板との間の適当な接触は、本
発明の装置の他の例において、輸送方向を横切る
垂直方向において基板を保持する案内部材を輸送
手段に設けることにより確実になる。案内部材に
より基板を溶融金属の波に押付ける。溶融金属の
波によつて基板が垂直方向に持上げられたり溶融
金属の波の上で基板が浮漂したりすると、溶融金
属の波と基板との間の接触の緊密さが小さくな
り、従つて伝熱が悪くなるおそれがあるが、本発
明のかる装置ではこのような現象を防止すること
ができる。
次に本発明を図面を参照して例につき説明す
る。装置１は直列に配置した４個の波発生器３，
５，７および９を具える。これらの波発生器はそ
れぞれ既知構造のもので、波発生器は容器１１か
らなり、容器１１は高温溶融金属Ｍを収容する室
１３を具える。
各室１３の部分を、内方に傾斜する１対の案内
壁１５，１６および１７により閉じ、これらの案
内壁によりそれぞれ出口１９，２０および２１を
形成する。案内壁１５，１６および１７と容器の
直立側壁２３との間に、捕集室２５を設け、復帰
導管（図示せず）を介して捕集室２５と室１３と
を連通する。容器の厚肉底部２７には可変電気低
抗素子２９を設け、これにより溶融金属Ｍを所望
温度まで加熱する。外容器にはポンプ３５を収容
させ、ポンプ３５により溶融金属の波を起し、こ
のをポンプ３５によりそれぞれの出口１９，２０
および２１に通し、案内壁１５，１６および１７
から二重波（double wave）Ｗの形態で溢流さ
せ、捕集室２５内に落下させ、捕集室２５からの
復帰管（図示せず）を介して室１３に戻す。高温
の金属の過度の酸化は溶融金属Ｍ上に被覆油を添
加することにより既知方法で防止することができ
る。
更にこの装置は輸送手段を具え、輸送手段を無
終端輸送チエーン３７から構成し、チエーン３７
を閉ループ内で波発生器の出口に沿つてある距離
離間させて矢Ａの方向に案内する。輸送チエーン
を可変電動機３９によりスプロケツト４１を介し
て駆動させる。案内車を輸送チエーン３７の通路
に沿つて配置し、この案内車の一方を４３で示
す。波発生器附近では輸送チエーンをレール４５
により案内する。処理しようとする基板５１の担
体として作用するブラケツト４９を輸送チエーン
３７のリンク４７に一定間隔で連結する。基板５
１とはんだ付けしようとする部品５３とを一緒に
供給し、部品５３をジグ５５により既知方法によ
り所定位置に維持する。ジグ５５には部品の形状
に適合するくぼみ５７を設ける。
本発明方を実施するには、ジグ５５を基板５１
および部品５３と共に案内クランプ部材５９によ
りブラケツト４９に取付け、次いで輸送チエーン
３７により順次に配列した波発生器３，５，７お
よび９に沿つて輸送し、自由底面を有する基板５
１を溶融金属の波Ｗと接触させ、この波Ｗに押付
ける。案内クランプ部材５９は、溶融金属の波に
よつて基板が垂直方向に持ち上げられたり移動し
たりするのを防止する。
波発生器３および５は同一で、これらは一緒に
なつて予熱ユニツトT1を形成し、波発生器７は
基板５１をはんだ付け温度まで加熱するためのは
んだ付けユニツトT2として作用し、波発生器９
は冷却ユニツトT3として作用する。最適性能を
発揮させるには、適当な融点範囲を有しかつ異な
る温度に維持されている金属合金を個々のユニツ
トに収容させる必要がある。容器１１内の所望金
属温度は適当な容量を有する抵抗素子の選定およ
び／または関連する抵抗素子の制御により達成す
ることができる。
すべてのユニツトに使用するのに適当な金属台
金を選定するのが好ましい。しかし、はんだ付け
ユニツトでは、予熱ユニツトおよび冷却ユニツト
で使用する合金より高い融点範囲を有する合金を
使用することができる。
他の重要なパラメータは個々の段階における接
触時間である。被処理基板を一定速度で移動させ
るのであるから、基板と種々の段階における溶融
金属の破との接触時間は１個のユニツト当りの波
発生器の数および／または１個の波発生器当りの
有効波長によつて決まる。
添付図面に示す例では、予熱ユニツトT1は２
個の波発生器を具えているので、接触時間ははん
だ付けユニツトT2および冷却ユニツトT3の倍に
なる。
添付図面から明らかなように、波発生器３およ
び５の出口１９を波発生器７および９の出口２０
および２１より大きくするので、波発生器３およ
び５の有効波長および予熱段階における接触時間
は一層長くなる。全サイクル時間を最小にするに
は、波発生器をできる限り互に接近させて配置す
る。
本発明の方法および装置を使用して部品を厚さ
0.7mmの酸化アルミニウム基板にはんだ付けし
た。過熱により部品に熱的損傷が生ずる最大許容
臨界部品温度は85〜114℃の範囲で変動した。基
板にパラジウム銀の導電トラツクを設け、融点
183℃の鉛―錫合金からなるはんだ付けペースト
の厚さ160μｍの層を局部的に設けた。
はんだ付け処理は次の条件を使用して行つた：輸
送速度Ｖ：３cm／秒 予熱ユニツトT1：波発生器の数：２個、１個の
波発生器当りの有効波長：12cm、金属合金：鉛
―錫―ビスマス、融点範囲：95〜110℃、温
度：180±５℃、全接触時間：８秒。
はんだ付けユニツトT2：波発生器の数：１個、
有効発長：６cm、金属合金：鉛―錫―ビスマ
ス、融点範囲：95〜110℃、温度：250±３℃、
接触時間：２秒。
冷却ユニツトT3：波発生器の数：１個、有効波
長：６cm、金属合金：鉛―錫―ビスマス、融点
範囲：95〜110℃、温度：110℃±５℃、接触時
間：２秒。
全サイクル時間Ｔは14秒であつた。得られた結
果は極めて満足できるものであつた。はんだ付け
した連結部は正常で、孔がなく、外観がきれいで
あつた。はんだ付けした連結部の引張強度は必要
条件を充分に満足させた。部品および／または基
板の損傷は起らなかつた。再現性は良好であるこ
とが分つた。
本発明の方法および装置は、温度の制御、適当
な合金の選定、有効波長の決定、輸送速度の制御
等によつて種々の基板および／または部品に簡単
に適応させることができる。
【図面の簡単な説明】
添付図面は本発明の装置の１例の線図的配置図
である。 １…装置、３，５，７，９…波発生器、１１…
容器、１３…室、１５，１６，１７…案内壁、１
９，２０，２１…出口、２３…側壁、２５…捕集
室、２７…厚肉底部、２９，３１，３３…電気抵
抗素子、３５…ポンプ、３７…無終端輸送チエー
ン、３９…可変電動機、４１…スプロケツト、４
３…案内車、４５…レール、４７…リンク、４９
…ブラケツト、５１…基板、５３…部品、５５…
ジグ、５７…くぼみ、５９…案内クランプ部材、
Ａ…輸送チエーンの案内方向を示す矢、Ｍ…溶融
金属、T1…予熱ユニツト、T2…はんだ付けユニ
ツト、T3…冷却ユニツト、Ｗ…溶融金属の波。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 厚膜基板に局部的にはんだペースト層を設
    け、この基板とこのはんだペースト上に載置した
    部品とを予熱段階においてはんだの融点より低い
    温度まで予熱し、次いではんだ付け段階において
    加熱してはんだの溶融および流動を開始させ、し
    かる後に冷却段階においてはんだの融点より低い
    温度まで冷却することにより部品を厚膜基板には
    んだ付けするに当り、 上述の３種の段階のそれぞれにおいてはんだペ
    ースト層および部品を担持する基板を、熱媒体と
    して作用する加熱された溶融金属と接触させ、こ
    の基板を冷却段階において急速に冷却することを
    特徴とする部品を厚膜基板にはんだ付けする方
    法。 ２ 基板を溶融金属の多数の波に沿つて順次案内
    し、この波に押付ける特許請求の範囲第１項記載
    の方法。 ３ 予熱段階において基板を２工程で予熱する特
    許請求の範囲第１項または第２項記載の方法。 ４ 予熱段階並びにはんだ付け段階および冷却段
    階において融点範囲95〜110℃の鉛―錫ビスマス
    合金の形態の溶融金属を使用し、上述の３種の段
    階の温度をそれぞれ180±５℃、250±３℃および
    110±５℃とし、基板と鉛―錫―ビスマス合金と
    を、予熱段階においては８秒間、はんだ付け段階
    においては２秒間、冷却段階においては２秒間接
    触させることにより、酸化アルミニウム基板を融
    点183℃の鉛―錫合金からなるはんだペーストで
    被覆する特許請求の範囲第１〜３項のいずれか一
    つの項に記載の方法。 ５ 予熱ユニツト、はんだ付けユニツト、冷却ユ
    ニツトおよびこれらのユニツトに沿つてはんだペ
    ースト被覆を担持する基板とはんだ付けしようと
    する部品とを連続的に輸送するための輸送手段を
    具え、はんだ付けユニツトには溶融金属の波を発
    生させるための波発生器を設けた、部品を厚膜基
    板にはんだ付けする装置において、予熱ユニツト
    および冷却ユニツトに波発生器を設けたことを特
    徴とする部品を厚膜基板にはんだ付けする装置。 ６ 予熱ユニツトに２個の波発生器を設けた特許
    請求の範囲第５項記載の装置。 ７ 輸送方向を横切る垂直方向において基板を保
    持するための案内部材を輸送手段に設けた特許請
    求の範囲第５項または第６項記載の装置。
JP6461379A 1978-05-29 1979-05-26 Method of and apparatus for soldering component on thick film board Granted JPS54156173A (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NL7805800A NL7805800A (nl) 1978-05-29 1978-05-29 Werkwijze en inrichting voor het solderen van onderde- len op een gatloos dikke-film substraat alsmede dikke-film substraat met onderdelen gesoldeerd met de werkwijze.

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS54156173A JPS54156173A (en) 1979-12-08
JPS6157720B2 true JPS6157720B2 (ja) 1986-12-08

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Country Status (7)

Country Link
US (1) US4332342A (ja)
EP (1) EP0005883B1 (ja)
JP (1) JPS54156173A (ja)
AT (1) ATE602T1 (ja)
DE (1) DE2961866D1 (ja)
ES (1) ES480922A1 (ja)
NL (1) NL7805800A (ja)

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