JPWO2014061085A1 - 低温ソルダペーストのはんだ付け方法 - Google Patents
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Abstract
Description
このような環境上の問題から、十数年前からプリント基板に用いられるはんだの鉛フリー化が進められており、現在はほとんどの電気製品が鉛フリーはんだによって作られている。
それに対して現在主流の鉛フリーはんだは、Sn−3.0%Ag−0.5%CuなどのSn−Ag−Cu系鉛フリーはんだが用いられている。Sn−Ag−Cu系鉛フリーはんだは、従来のSn−Pbはんだに比較して温度サイクル特性に強いという良好な特性を有するが、溶融温度が約220℃と従来のSn−Pbはんだに比較して約40℃高く、耐熱性の低い電子部品は使用できなかった。
鉛フリーはんだが開発された当初は、電子部品も耐熱性を有しない物が多かったので、開発されたはんだ合金は、従来から低温はんだとして使用されてきたSn−58%Biはんだ(溶融温度139℃)やSn−58%BiにAgを少量添加することで強度及び延びを向上させたはんだ合金(特開平8−252688号公報、特許文献1)などの低温はんだを使用することが検討されてきた。
しかし、これらのSn−Bi系はんだ合金は、携帯電話やノートパソコンなどの小型電子機器に使用した場合、小型電子機器を落としたときにはんだ接合部界面から破壊される落下衝撃破壊に弱い事が知られており、これらの電子機器用のはんだには使用されることがなかった。
また、鉛フリーはんだでのリフローはんだ付けに耐えることができない耐熱性の低い半導体等の電子部品は存在し続けており、これらの電子部品ははんだ鏝等の後付で取り付けられていた。
しかし、SnBi共晶はんだ組成に近いはんだ組成は、特許文献1のようにその強度を改善したものであっても、脆い特性を有しているため携帯機器やノートパソコンなどの小型電子機器に使用した場合、小型電子機器を落としたときに耐落下衝撃性が低いので、プリント基板とはんだ付け面が界面剥離して破壊されてしまうことが多かった。
本発明が解決使用とする課題は、電力量の削減や耐熱性の低い電子部品を用いるために、小型電子機器のプリント基板のはんだ付けにSnBi共晶はんだ組成に近いはんだ組成のソルダペーストを用いた場合でも、現在鉛フリーはんだとして使用されているSnAgCuはんだと同様の耐落下衝撃特性を有するはんだ継ぎ手を得ることである。
本発明は、SnBi系低温はんだのソルダペーストを用いたはんだ付け時に、Sn-Ag、Sn-Cu、Sn-Ag-Cuのはんだ組成から選択された1種以上のプリフォームを同時に供給することにより、SnBi系低温はんだ中に、Sn-Ag、Sn-Cu、Sn-Ag-Cuのはんだ組成から選択された1種以上のはんだ組成をソルダペースト中に拡散させるはんだ付け方法である。
また、特許文献2が開示しているIn-10%Ags組成の鉛フリープリフォームをSn-Bi共晶はんだ組成に近いはんだ組成のソルダペーストに用いると、はんだ付け後のはんだ継ぎ手にSn-Bi-In共晶の64℃という低融点のはんだ組成が現れてしまうので、電子機器を野外に放置したり、電子機器が加熱しただけで継ぎ手が再溶融して使えなかった。
本発明はその点で全く新しい考え方によるはんだ付け方法であり、本発明は、ソルダペーストのはんだ組成、プリフォームのはんだ組成、ソルダペーストとプリフォームの比率によってその効果を現す。
1.ソルダペーストがプリント基板のランドとリフローはんだ付けされると、SnBiはんだ中のBiは、はんだ全体に拡散してBiリッチ層を形成する。(図1)
単にSn-Biはんだのソルダペーストをプリント基板にはんだ付けしただけでは、はんだフィレットにBiリッチ層が多く現れるので、力を加えると硬くてもろいBiリッチ部からクラックが入り、はんだフィレットが破壊される。(図2)
2.ソルダペーストとプリント基板のランドをはんだ付け時にソルダペーストにSn-Ag、Sn-Cu、Sn-Ag-Cu組成のプリフォームを加えると、SnBiはんだ中にSn-Ag、Sn-Cu、Sn-Ag-Cu組成が拡散して、Biリッチ層を形成しない。(図3)
ソルダペーストとプリント基板のランドをはんだ付け時にソルダペーストにSn-Ag、Sn-Cu、Sn-Ag-Cu組成のプリフォームを加えたはんだ付けに力を加えると、はんだフィレット部分からは破壊されずに、プリント基板のランドとはんだ接合部に形成された金属間化合物層から破壊される。(図4)
従って、本発明のソルダペーストに添加するプリフォームの量は、ソルダペーストの量の0.7質量%以上、75%以下が好ましい。より好ましくは、0.8質量%以上、2.0質量%の場合である。
常温まで放冷後、落下衝撃試験を行い、はんだ付け部が破壊されるのでの回数を測定した。落下衝撃試験の試験方法は、次のような手順で行った。
評価基板は、サイズ30×120mm、厚み0.8mmのガラスエポキシ基板(FR-4)を使用した。
落下試験は、評価基板を台座から10mm浮かせた位置に専用治具を用いて基板両端を固定させた。JEDEC(Joint Electron Device Engineering Council、半導体技術協会)の規格に準じて、加速度1500Gの衝撃を繰り返し加え、初期抵抗値から1.5倍以上抵抗値が増加した時点を破断とみなし、落下回数を記録した。
結果は表1に記載する。
また、落下衝撃試験結果においても、SnBi系低温ソルダペーストにSn-Ag、Sn-Cu、Sn-Ag-Cu組成のプリフォームを添加したものと添加しないものを比較すると、Sn-Ag、Sn-Cu、Sn-Ag-Cu組成のプリフォームが優れていることが解る。また、同じプリフォームの添加でも、Sn-5Sb組成のプリフォームの添加では、耐落下衝撃性が改善させない。
この試験は、Sn-Bi組成のソルダペーストと添加したプリフォームとの量を確認する物で、プリフォームを1個では、ソルダペースト重量:プリフォーム重量=1.1.6である。プリフォームを2枚では、同じく1.3.2となる。
確認結果は、プリフォーム1枚ではソルダペーストのはんだ成分とプリフォームのはんだ成分が混じり合い、区別が付かなくなっているのに対して、プリフォーム2枚でははんだが角張って、プリフォーム成分が混じり合っていないのが確認できる。
2. 銅ランド
Claims (4)
- SnBi系低温はんだのソルダペーストを用いたはんだ付け方法において、、Sn-Ag、Sn-Cu、Sn-Ag-Cuのはんだ組成から選択された1種以上のプリフォームを印刷されたソルダペースト上に供給することにより、SnBi系低温はんだ中に、Sn-Ag、Sn-Cu、Sn-Ag-Cuのはんだ組成から選択された1種以上のはんだ組成をソルダペースト中に拡散させるはんだ付け方法。
- 前記、SnBi系低温はんだのソルダペーストのはんだ付け方法は、Biが35%以上、60%以下、残Snの組成のはんだ粉末及び、さらにその組成にAgを3%以下添加した組成のはんだ粉末とフラックスを混和したものからなる低温ソルダペーストを使用することを特徴とする請求項1に記載のソルダペーストのはんだ付け方法。
- 前記、Sn-Ag、Sn-Cu、Sn-Ag-Cuのはんだ組成から選択された1種以上のプリフォームは、Agが0.3質量%以上、4.0質量%以下、残Sn組成のプリフォーム、Cuが0.3質量%以上、1.2質量%以下、残Sn組成のプリフォーム、Agが0.3質量%以上、4.0質量%以下、Cuが0.3質量%以上、1.2質量%以下、残Sn組成のプリフォームから選択された1種以上のプリフォームであることを特徴とする請求項1又は2に記載のソルダペーストのはんだ付け方法。
- 前記、ソルダペーストに添加するプリフォームの量がソルダペーストの量の0.7質量%以上、75質量%以下の量のプリフォームをソルダペーストに添加することを特徴とする請求項1乃至3に記載のソルダペーストのはんだ付け方法。
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