WO2002026006A1

WO2002026006A1 - Technique d'application de flux, soudure a vague et dispositifs associes, et carte a circuit imprime electronique

Info

Publication number: WO2002026006A1
Application number: PCT/JP2001/008227
Authority: WO
Inventors: Yasuji Kawashima; Kenichiro Suetsugu; Shunji Hibino; Hiroaki Takano; Tatsuo Okuji; Shoshi Kabashima; Yukio Maeda; Mikiya Nakata
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Priority date: 2000-09-25
Filing date: 2001-09-21
Publication date: 2002-03-28
Also published as: US20020179690A1; JP2002100857A; EP1294218A4; EP1294218A1

Description

明細書フラックス塗布方法、フローはんだ付け方法

およびこれらのための装置ならびに電子回路基板技術分野

本発明は、はんだ材料を用いて部品、例えば電子部品などを基板に実装するためのフローはんだ付けにおけるフラックス塗布方法およびそのための装置に関する。また、本発明は、このようなフラックス塗布方法および装置をそれぞれ利用したフローはんだ付け方法おょぴ装置、ならびにフローはんだ付け方法により作製される電子回路基板に関する。背景技術

従来、電子回路基板の製造において、電子部品などを基板に接合する 1つの方法として、はんだ噴流を用いるフローはんだ付けプロセスが知られている。このフローはんだ付けプロセスは、一般的に、基板にフラックスを塗布するフラックス塗布ステップ、基板を予め加熱するプリヒートステップ、ならびに基板をはんだ材料から成る噴流に接触させて基板にはんだ材料を供給するはんだ材料供給ステツプを含む。以下、従来のフローはんだ付けプロセスについて、図面を参照しながら説明する。図 4は、従来のフローはんだ付け装置を、側方から見た場合の内部の様子が判るようにして示した概略図である。図 5 ( a ) は、図 4の X _ X 線に沿った断面に位置する基板にフラックスが塗布される様子を説明する図であり、図 5 ( b ) は、図 5 ( a ) に示す基板の部分の模式的上面図である。

図 4に示すように、従来のフロ一はんだ付け装置 6 0は、フラッタス塗布装置であるスプレーフラクサ一 6 0 aとフローはんだ付け装置本体 6 0 bとから成る。この装置 6 0においては、フラックス塗布ステップがスプレーフラクサ一 6 0 a にて実施され、その後、プリヒートステップおよびはんだ材料供給ステップが装置本体 6 0 bにて順次実施される。

まず、既知の方法によってスルーホール揷入部品（即ち、部品の一部がスルーホールに揷入される部品（例えばディスクリ一ト部品またはリ一ド部品）などの電子部品が所定の位置に適切に配置されたプリント基板などの基板 7 1を、スプレーフラクサ一 6 0 aに入口部 6 1から供給する。基板 7 1は、スプレーフラクサー 6 0 aの内部を（図 4に点線にて示す搬送ラインに沿って）、矢印 6 2の方向に実質的に一定速度で機械的に搬送される。基板 7 1の搬送は、より詳細には、図 5 ( a ) および（b ) に示すように、搬送爪 7 2により基板 7 1を両側から保持し、搬送爪 7 2を矢印 6 2 (図 5 ( b ) を参照のこと）の搬送方向に機械的に移動させることにより行われる。このようにして搬送される基板 7 1力 Sノズル 6 3の上方に達すると、ノズル 6 3が基板 7 1の搬送方向（即ち、図 4および図 5 ( b ) 中の矢印 6 2の方向）に対して垂直な面内で（即ち、図 4の紙面に垂直な方向であり、図 5 ( a ) および（b ) 中の矢印 7 4の方向に）往復運動しながらフラックス 7 3を空気と共に噴射することによって、フラックス 7 3が基板 7 1 の下面に塗布される。ノズレ 6 3は一般的に円形の噴射口を有し、図 5 ( a ) に示すように、ノズル 6 3から噴射されるフラックス 7 3は微視的には液滴であり、全体としては、ノズル 6 3の噴射口を上底面（または頂点）とし、基板 7 1の下面の塗布領域を下底面とする円錐台（または略円錐）形状の輪郭を有する。基板 7 1が矢印 6 2で示す方向に搬送され、同時に、ノズル 6 3が、基板 7 1の幅寸法に対応する距離に亘つて基板 7 1の搬送速度に応じた速度で矢印 7 4で示す方向に往復運動する。これらの結果、図 5 ( b ) に示すように、基板 7 1に同時に付着するフラックス 7 3より成る円形領域が、基板 7 1の搬送方向に対して斜めに基板 7 1の下面を横切って、基板 7 1の下面全体にフラックス 7 3が塗布される。

このようなフラックス塗布ステップは、基板 7 1に形成されたランド（即ち、はんだ材料が供給されるべき部分）に不可避的に形成される酸化膜（自然酸化膜）を除去して、ランド表面でのはんだ材料の濡れ広がりを良好にする目的で行われる。基板 7 1に塗布されるフラックス 7 3は、通常、ロジンなどの活性成分およびィソプロピルアルコールなどの揮発性溶剤を含む。この溶剤の揮発性の高さのために、安全性の観点から、スプレーフラクサ一 6 0 aにおいては、基板 7 1が通過する搬送ラインの上方に排気ダクト（図示せず）が備えられて、矢印 7 5 (図 5 ( a ) ) にて示す方向に雰囲気ガスと共に揮発した溶剤を吸引して排出している。

上記のようにしてフラックスが塗布された基板 7 1は、その後、図 4に示す位置 6 4にてスプレーフラクサ一 6 0 aから装置本体 6 0 bに機械的に移される。基板 7 1は、装置本体 6 0 bにおいても、スプレーフラクサ一 6 0 aの場合と同様にして、装置本体 6 0 bの内部を矢印 6 5の方向に（図 4に点線にて示す搬送ラインに沿って）実質的に一定速度で機械的に搬送される。基板 7 1は、このようにして搬送されながら遠赤外線ヒーターなどのプリヒーター 6 6により加熱される。この加熱ステップはプリヒートステップと呼ばれ、上記のフラックス塗布ステップにより基板 7 1に塗布されたフラックス 7 3のうち、不要な溶剤成分を気化させて除去し、活性剤成分のみを基板 7 1に残留付着させるため、ならびに、基板 7 1へのはんだ材料 6 7の供給に先立って、基板 7 1を予め加熱して、溶融したはんだ材料 6 7が基板 7 1と接触する際に起こる基板 7 1に対する熱衝撃を緩和するために行われるものである。

続いて基板 7 1は、予め加熱により溶融させたはんだ材料 6 7力、ら成る 1次噴流 6 8および 2次噴流 6 9と基板 7 1の下面側にて接触して、はんだ材料が基板に供給される。このとき、はんだ材料は、基板に形成されたスルーホールの内壁を構成するランド部分と、基板の上面側からスルーホールに揷入されているスル一ホール挿入部品のリードとの間の環状空間を、基板の下面側から毛管現象によつて濡れ上がる。その後、基板 7 1に供給されて付着したはんだ材料は温度低下により固化し、はんだ材料からなる接合部、いわゆる「フィレット」を形成する。このはんだ材料供給ステツプ (またはフローはんだ付けステップ) において、 1 次噴流は、スルーホールの壁面を覆って形成されたランド（および電子部品のリ一ド）の表面をはんだ材料で十分に濡らしてスルーホールにはんだ材料を供給するためのものであり、 2次噴流は、はんだ材料がランド間にまたがって残留'固化してプリッジを形成したり（このプリッジは電子回路のショートを招くので望ましくない）、角状の突起を形成したりしないように、はんだレジストで覆われた基板の下面の領域に付着した余分なはんだ材料を除去し、フィレツトの形を整えるためのものである。このようにして得られた基板 7 1は、その後、出口部 7 0力ら取り出される。

以上のようにして、フ口一はんだ付けプロセスによって電子部品が基板にはんだ付けされた電子回路基板が作製される。

上述のようなはんだ材料からなる接合部（フィレット）は、電子回路基板の高い信頼性を得るために、電子部品のリードと基板のランドとの間において十分に高い接合強度が要求される。し力し、上述のようなスプレーフラクサ一を用いて霧状のフラックスを基板に吹き付けるスプレー式のフラックス塗布方法を用レヽる従来のフローはんだ付けプロセスは、特に、はんだ材料として鉛フリーのはんだ材料を用いる場合、はんだ材料がスルーホールの内壁を構成するランド部分とリードとの間の環状空間に十分に供給されずに、接合強度が低下するという問題があ。

フローはんだ付けに付される基板は、一般的には、図 6に示すように、基板 7 1にスルーホール 8 0が貫通して設けられ、このスルーホール 8 0の内壁面ならぴに基板 7 1の上面 8 1および下面 8 2のスールーホール 8 0を取り囲む領域には、例えば銅などから成るランド 8 3がー体的に形成されている。このランド 8 3は、基板 7 1の上面 8 1に形成された配線パターン（図示せず）と接続されている。更に、スルーホール 8 0には、スルーホール揷入部品（電子部品） 8 4から引き出されたリード 8 5 (例えば電極）が基板 7 1の上面 8 1の側から揷入されている。このような基板 7 1の下方には、一般的には、基板 7 1の下面 8 2から約 9 0〜1 8 O mmの間隔を置いてノズル 6 3が配置される。このノズル 6 3 力ら、基板 7 1の下面 8 2に向かってフラックス 7 3が空気と共に噴射され、基板 7 1にフラックス 7 3が塗布される。

以上のようにしてフラックスが塗布された基板を、上述のようなプリヒートステップぉよびはんだ材料供給ステップに付して、電子回路基板が作製されるが、はんだ材料供給ステップに用いるはんだ材料として、鉛を含まない、いわゆる鉛フリ一はんだ材料を用いる場合には、図 7に示すように、スルーホール 8 0の途中までしかはんだ材料が濡れ上がっていないフィレツト 8 6が形成され得る。このように、基板上面 8 1の上に位置するランド 8 3の部分が、はんだ材料に覆われずに露出する現象は「濡れ上がり不足」（毛管現象によるはんだ材料の上昇が不十分なことによる、スルーホールへのはんだ材料の供給不足）と見なされ、好ましくない。

このような現象は、はんだ材料として S n— P b系材料を用いる場合にはほとんど問題とならなかったが、鉛フリーはんだ材料を用いる場合に顕著に発生する。このような「濡れ上がり不足」の問題は、フィレット 8 6によるランド 8 3とリード 8 5との間の接合強度の低下をもたらし、また、スルーホール 8 0内でフィレット 8 6の上方に形成される凹部に、大気中に存在し得る汚染物質、例えば塩分などの成分が付着し得、場合によっては電子回路基板の信頼性を低下させ得るという問題があるため好ましくない。

従来、フラックスを基板に塗布する方法として、上記のようなスプレー式のフラックス塗布方法の他に、発泡フラクサーを用いて泡状のフラックスを基板と接触させる方法、即ち発泡式のフラックス塗布方法も利用されている。このような発泡式のフラックス塗布方法を利用すると、スプレー式のフラックス塗布方法を利用する場合よりも、「濡れ上がり不足」の発生率を低減することができることが角つている。

しかしながら、発泡式のフラックス塗布方法は、スルーホール揷入部品のフロ一はんだ付けには適しているが、表面実装部品のフローはんだ付けにはスプレー式のフラックス塗布方法の方が適していることが知られている。従って、スルーホール挿入部品が配置されただけでなく、表面実装部品が基板の下面に配置された混載基板に、発泡式のフラックス塗布方法を適用すると、スルーホール揷入部品についてははんだ材料による良好な接合が得られるが、表面実装部品については接合が不十分となるという別の欠点がある。

また、発泡式のフラックス塗布方法では、フラックスが大気に曝されて循環使用されているため、大気中の水分がフラックス中に混入し、フラックスの組成が経時的に変化する。このため、フラックス中の成分、特に活' I"生成分の濃度の管理が必要となる。このような問題は、発泡式のフラックス塗布方法に特有のものであり、スプレー式のフラックス塗布方法においては見られないため、「濡れ上がり不足」の発生率を低減するために、スプレー式に代えて発泡式のフラックス塗布方法を利用するという対策は、必ずしも十分満足できるものではない。発明の開示

本発明は上記の従来の課題を解決すベくなされたものであり、本発明の目的は、はんだ材料を用いて電子部品を基板に実装するためのフローはんだ付けプロセスにおけるスプレー式フラックス塗布方法であって、基板に形成されたスルーホールにはんだ材料が十分に供給されることを可能にする方法、該フラックス塗布方法を利用するフローはんだ付け方法およびそれら方法を実施するための装置ならびに該フローはんだ付け方法により作製される電子回路基板を提供することにある。

本発明者らは、スプレー式のフラックス塗布方法を利用するフローはんだ付けプロセスにおいて、鉛フリーはんだ材枓を用いる場合に、「濡れ上がり不足」の発生率が S n— P b系はんだ材料を用いる場合より増加する理由について研究し、以下のような知見を得た。

従来のスプレー式フラックス塗布方法において、鉛フリ一はんだ材料を用いる場合に、 S n— P b系はんだ材料を用いる場合よりも「濡れ上がり不足」の発生率が増加する理由は、これらはんだ材料のランドへの濡れ性の違いにあると考えられる。

従来のスプレー式フラックス塗布方法によれば、図 6に示すように、ノズル 6 3から噴射されるフラックス 7 3は、基板 7 1の下面 8 2には十分に付着する力スルーホーノレ 8 0の内壁面（即ち、スルーホール 8 0内におけるランド 8 3の、一般的には円筒形状または楕円筒（例えば、断面が長円形の孔）形状を有する表面）にはほとんど付着しないことが解った。例えば、スノレーホール 8 0が約 0 . 4〜 5 mmの内径おょぴ約 0 . 8— 2 . O mmの高さを有する場合、基板 7 1の下面 8 2から基板 7 1の厚さ方向に、十分な高さまでスノレーホール 8 0の内壁面にフラックス 7 3が付着しないことが解った。フラックスは、上述のように、はんだ材料の濡れ広がりを向上させる役割を果たすが、フラッタスが付着していないランドの表面領域では、このような効果は得られない。

はんだホ才料として、従来の S n— P b系はんだ材料（一般的には S n— P b共晶材料）を用いる場合には、 S n _ P b系はんだ材料の濡れ性がもともと高いため、フラックス塗布ステップにおいてスノレーホ一ノレ 8 0の内壁面にフラックスが十分に付着していなくても、その後のはんだ材料供給ステップにより供給されるはんだ材料は、ランド 8 3とリード 8 5との間の環状空間を濡れ上がって、基板 7 1の上面 8 1にあるランド 8 3の表面部分にまで濡れ広がり、スルーホール 8 0を完全に満たし、基板 7 1の上面 8 1に位置するランド 8 3の表面をも覆うフィレツトを形成することができると考えられる。他方、鉛フリーはんだ材料は、 S n - P b系はんだ材料に比べて低い濡れ性を有するため、ランド 8 3とリード 8 5との間の環状空間を十分に濡れ上がらず、「濡れ上がり不足」が発生し易くなると考えられる。

これに対して、発泡式のフラックス塗布方法によれば、一般的には約 l〜2 m mの直径を有する泡状のフラックスがはじけるときにフラックスの飛沫が飛散するので、スプレー式の方法よりも、スルーホールの内壁面のうち、基板の下面から、該下面に対してより高い位置までの領域にフラックスを塗布することができると考えられる。その結果、鉛フリーはんだ材料を用いる場合であっても、スル一ホールの内壁面に対するはんだ材料の濡れ性を向上させることができるので、 S n— P b系はんだ材料を用いる場合と同様に、はんだ材料がスルーホールの内壁を十分に濡れ上がって、基板の上面に位置するランド表面にまで濡れ広がりことができ、「濡れ上がり不足」の発生率を低く維持できると考えられる。

以上のような考察に基づいて、本発明者らは、スプレー式のフラックス塗布方法において、スノレーホールの内壁面にまでフラックスを十分に付着させることができれば、鉛フリーはんだ材料を用いる場合であっても、「濡れ上がり不足」の発生率を低く維持することが可能となるという知見を得るに至った。

本努明者らの研究によれば、従来のスプレー式フラックス塗布方法においては、フラックスに含まれる溶剤の実質的に全部が、基板に到達（または付着）するまでに気化していると推測される（例えば、ノズルから 5 O mm程度の位置において、溶剤の実質的に全部が気化する）。フラックスを構成するイソプロピルアルコールなどの揮発性溶剤は、一般的には約 8 0〜 9 7重量％ (全体基準、以下も同様）の割合でフラックスに含まれており、その大部分を占めている。従って、このような溶剤の大部分、場合によっては実質的に全部が気化すると、フラックスの糸且成は著しく変化し、フラックスに含まれるロジンなどの活性成分（溶質）の割合は、相対的に顕著に増加する。このような口ジンなどの活性成分は比較的高い粘度または粘着性を有するため（例えばロジンは、単独では、常温おょぴ常圧下において粘着性を有する固体である。）、活性成分の割合が高くなるにつれてフラックス自体の粘度または粘着性が増加し、このため、基板に付着するまでの間にフラックスの濡れ性の低下を招く。この結果、基板に付着したフラックスは、その付着面において濡れ広がりにくくなる。裏を返せば、フラックスが基板に付着するまでに気化する溶剤の量を減少させて、フラックスが溶液状態を実質的に維持したままで基板に付着させることにより、フラックスの粘度の増加および濡れ性の低下を減少させることができ、基板に付着したフラックスを、その付着面にて、より広レ、領域に亘つて濡れ広げることができると言える。本発明者らは、このような考察に基づいて、以下に説明する本発明を完成するに至った。本発明の 1つの要旨によれば、はんだ材料を用いて電子部品を基板に実装するフローはんだ付けプロセスにおける、溶剤および活性成分を含むフラックスを基板に向けてノズレから噴射することによってフラックスを基板に塗布するフラッタス塗布方法であって、噴射されたフラックスが溶液状態を実質的に維持したままで基板に付着することを特徴とする方法が提供される。尚、本明細書において「溶液状態」とは、ノズルから噴射されたフラックスの滴が、その付着面（例えばランド）上で互いに隣接して接触した場合に合一して液膜を形成できる程度の活性成分（または溶質）濃度を有する状態を言うものとする。

このような本発明の方法によれば、フラックスが溶液状態を維持したままで基板に付着するので、フラックスのランドに対する濡れ性の低下が実質的に回避される。基板の下面に位置するランド部分、好ましくはスルーホールの内壁に位置するランド部分の表面に十分な濡れ性を有して付着したフラックスは、その付着面上で濡れ広がって、スルーホールの内壁面に沿って濡れ上がり、好ましくは基板の上面に位置するランド部分上にまで濡れ広がることができる。従って、基板の下面のみならず、スルーホールの内壁面のうち、従来のスプレー式のフラックス塗布方法に比べてより高い位置までの内壁面の領域に、好ましくは基板の上面に位置するランド部分の表面にまで（よって、ランド表面全体に）フラックスを塗布することが可能となる。その結果、フラックス塗布ステップの後のはんだ材料供給ステップにおいて、はんだ材料の濡れ性を向上させることができ、はんだ材料として鉛フリ一はんだ材料を用いる場合においても、「濡れ上がり不足」の発生率を低く維持することが可能となる。

上記のような本発明の方法は、従来のスプレー式のフラックス塗布方法を改善したものであり、これを利用してフローはんだ付けを実施すれば、鉛フリーはんだ材料を用いる場合であっても、スルーホール挿入部品をフローはんだ付けする際の「濡れ上がり不足」の発生率を、従来の発泡式のフラックス塗布方法を利用する場合と同等またはそれ以下とすることができる。また、従来の発泡式のフラックス塗布方法は、表面実装部品にフラックスを塗布するのには十分なものではないが、本発明のスプレー式のフラックス塗布方法にはこのような問題はないという利点もある。

本発明のもう 1つの要旨においては、はんだ材料を用いて電子部品を基板に実装するフローはんだ付けプロセスにおける、溶剤および活性成分を含むフラックスを基板に向けてノズルから噴射することによってフラックスを基板に塗布するフラックス塗布方法であって、ノズルとノズルの上方に位置する基板との間の距離が、 3 0〜6 O mmであることを特徴とする方法が提供される。

ノズルと基板との間の距離は、従来は一般的には約 9 0〜1 8 O mmであるが、この距離を従来の約 1 / 3倍の約 3 0〜6 O mmに、好ましくは約 3 0〜5 O m mとしてノズルを基板に近づけることによって、はんだ材料として鉛フリ—はんだ材料を用いる場合においても、「濡れ上がり不足」の発生率を低く維持することが可能となることが本発明者らにより解った。これは、フラックスがノズルから噴射されてから基板に付着するまでの時間を従来よりも短縮化することによつて、噴射されたフラックスが溶液状態を実質的に維持したままで基板に付着でき、上述のような効果を奏し得るためであると考えられる。更に、この方法によれば、ノズルと基板との間の距離が従来よりも短縮されるので、同程度のフラックス流量であっても、フラックスは、従来の方法に比べて大きな速度および液滴径で基板に達することができる。これにより、基板の下面に対して従来よりも高い位置にまで、好ましくはフラックスの一部がスルーホールを貫通する程度に、フラッタスを基板に向けて勢いよく供給することも可能となる。このような効果も、鉛フリーはんだ材料を用いる場合においても「濡れ上がり不足」の発生率を低く維持するのに貢献していると考えられる。

この本発明の方法においては、基板とノズルとの間の距離などを考慮して、ノズルの往復運動速度、ノズルの数、ノズルから噴射されるフラックスの広がり角度、フラックスの組成、フラックスおよびこれと共に噴射される空気などの気体の流量、ノズルの噴射口の形状および寸法、基板の搬送速度などを適切に調整し得ることは、当業者であれば容易に想到し得るであろう。また、例えば、フラッタスの噴射速度を大きくしたり、ノズルから噴射されるフラックスの液滴径を改変したり、周囲雰囲気を溶剤雰囲気にしたりすることも可能である。

これら本発明の方法の好ましい態様においては、フラックスが、基板の下面に加えて、基板に形成されたスルーホールの内壁面（即ち、スルーホール内に位置するランド部分の表面であり、ランドの筒状表面部分）のうち、ノズルの配置されている側の基板の下面から基板の厚さ方向に、基板の厚さの少なくとも 1 / 3 の位置までの領域に、より好ましくは該内壁面の全領域に、更に好ましくはランドの表面全体（即ち、スルーホール内および基板の上面おょぴ下面に位置するランド表面）に塗布される。

これら本発明の方法は、フローはんだ付けプロセスに用いるはんだ材料として、例えば、 S n - C u系材料、 S n— A g— C u系材料、 S n—A g系材料、 S n -A g - B i系材料、および S n— A g— B i _ C u系材料などの鉛フリ一はんだ材料を使用する場合に特に適するが、本発明はこれに限定されず、 S n - P b 系はんだ材料などの鉛を含むはんだ材料を使用してもよい。

本発明の別の要旨によれば、上述のような本発明のスプレー式のフラックス塗布方法を利用したフローはんだ付け方法が提供される。好ましい態様においては、フローはんだ付け方法は、本発明のスプレー式のフラックス塗布方法を、フラックスを泡状に発泡させた状態で基板と接触させることによってフラックスを基板に塗布する、発泡式のフラックス塗布方法と組み合わせて含む。例えば、フラックスを基板にスプレー式で塗布し、その後に発泡式で塗布しても、その逆であつてもよい。これにより、本発明のスプレー式のフラックス塗布方法を単独で用いる場合よりも、より十分に基板表面（より詳細には基板に形成されたランド表面）をフラックスで濡らすことができる。

本発明の更に別の要旨によれば、上述のような本発明のフローはんだ付け方法に従って、フラックスが塗布され、その後、はんだ材料により電子部品が基板にフローはんだ付けされた電子回路基板が提供される。このような電子回路基板によれば、はんだ材料がスルーホールを濡れ上がり、基板に十分に供給されて、

「濡れ上がり不足」の発生を効果的に防止することが可能となり、よって、はんだ材料から成るフィレツトによる、基板と電子部品との間の接合強度を向上させることが可能となる。

本発明の更に別の要旨によれば、はんだ材料を用いて電子部品を基板に実装するフローはんだ付けプロセスにおいて使用されるフラックス塗布装置であって、フラックスが溶液状態を実質的に維持したままで（または噴射された液滴に含まれる溶剤が液体状態を実質的に維持したままで）基板に付着するように、溶剤および活性成分を含むフラックスを基板に向けて噴射することによってフラックスを基板に塗布するノズルを備えることを特徴とする装置が提供され、また、はんだ材料を用いて電子部品を基板に実装するフローはんだ付けプロセスにおいて使用されるフラックス塗布装置であって、溶剤および活性成分を含むフラックスを基板に向けて噴射することによってフラックスを基板に塗布するノズルを備え、このノズノレと、ノズルの上方に位置する基板との間の距離が 3 0〜 6 0 mmであることを特徴とする装置が提供される。これらの装置は、上述の本発明のフラックス塗布方法の実施に好適に使用される。

好ましい態様においては、ノズルは、基板に形成されたスルーホールの内壁面のうち、ノズルの配置されている側の基板の下面から基板の厚さ方向に、基板の厚さの少なくとも 1 / 3の領域にブラックスを塗布し、より好ましくは、該内壁面の全領域にフラックスを塗布する。

これら本発明のフラックス塗布装置は、図面を参照しながら上述した従来のフローはんだ付けプロセスのように装置本体と別個に構成されていても、あるいは、装置内部に一体的に組み込まれて構成されて、フローはんだ付け装置を成していてもよい。好ましくは、本発明のスプレー式のフラックス塗布装置は、フローはんだ付け装置において、泡状のフラックスを基板と接触させる発泡式のフラックス塗布装置と組み合わされて使用される。

尚、本発明において、「フラックス」とは、はんだ材料が供給されるべき金属 (例えばランド）の表面から酸化物を除去して、該表面におけるはんだ材料の濡れ性を向上させる目的で塗布される材料を言い、酸ィヒ物を除去するための活性成分と、活性成分の取扱いを容易にするための溶剤とを含む。活性成分は、例えば約 3〜 2 0重量⁰ /₀、溶剤は、約 8 0〜 9 7重量％であり得る。このような活性成分には、ロジンおよび有機酸（例えばジフエニルダァェジン酸臭化水素酸塩）などが含まれ、溶剤には、イソプロピルアルコールなどが含まれる。また、フラックスは、これら活性成分および溶剤に加えて、例えばつや消し剤などの微量の他の成分を含み得る。例えば、フラックスとして一般的に市販されているものを使用され得る。

また、本発明に利用可能な基板には、例えば、紙フエノール系材料、ガラスェポキシ系材料、ポリイミドフィルム系材料、およびセラミック系材料などからなる基板が用いられ得る。また、基板に接合される電子部品は、挿入部品（例えば半導体、コンデンサ、抵抗、コイル、コネクタ、サブ基板の金属ケースなど）および/または基板の裏面に配置される表面実装部品（例えば半導体、コンデンサ、抵抗、コイルなど）であってよい。しかし、これらは単なる例示にすぎず、本発明はこれに限定されるものではない。本発明は以下の態様 1〜1 5を含むものとする。

(態様 1 ) はんだ材料を用いて電子部品を基板に実装するフローはんだ付けプロセスにおける、溶剤および活性成分を含むフラックスを基板に向けてノズルから噴射することによってフラックスを基板に塗布するフラックス塗布方法であつて、嘖射されたフラックスが溶液状態を実質的に維持したままで基板に付着することを特徴とする方法。

(態様 2 ) はんだ材料を用いて電子部品を基板に実装するフローはんだ付けプロセスにおける、溶剤および活性成分を含むフラックスを基板に向けてノズルから噴射することによってフラックスを基板に塗布するフラックス塗布方法であつて、ノズルとノズルの上方に位置する基板との間の距離が、 3 0〜 6 0 mmであることを特徴とする方法。

(態様 3 ) フラックスが、基板に形成されたスルーホールの内壁面のうち、ノズルの配置されている側の基板の下面から基板の厚さ方向に、基板の厚さの少なくとも 1 Z 3の位置までの領域に塗布される、態様 1または 2に記載の方法。

(態様 4 ) フラックスが、該内壁面の全領域に塗布される、態様 3に記載の方法。

(態様 5 ) はんだ材料が、 3 11—〇1^系材料、 S n—A g— C u系材料、 S n— A g系材料、 S n— A g— B i系材料、および S n— A g—B i— C u系材料からなる群から選択される鉛フリーはんだ材料から成る、態様 1〜4のいずれかに記載の方法。

(態様 6 ) 態様 1〜 5のいずれかに記載のフラックス塗布方法を含むフ口一はんだ付け方法。

(態様 7 ) フラックスを泡状に発泡させた状態で基板と接触させることによつてフラックスを基板に塗布することを更に含む、態様 6に記載の方法。

(態様 8 ) 態様 6または 7に記載の方法に従って、はんだ材料により電子部品が基板にフ口一はんだ付けされた、電子回路基板。

(態様 9 ) はんだ材料を用いて電子部品を基板に実装するフローはんだ付けプロセスにおいて使用されるフラックス塗布装置であって、噴射された液滴に含まれる溶剤が液体状態を実質的に維持したままで、または噴射されたフラックスが溶液状態を実質的に維持したままで基板に付着するように、溶剤および活性成分を含むフラックスを基板に向けて噴射することによってフラックスを基板に塗布するノズルを備えることを特徴とする装置。

(態様 1 0 ) はんだ材料を用いて電子部品を基板に実装するフローはんだ付けプロセスにおいて使用されるフラックス塗布装置であって、溶剤および活性成分を含むフラックスを基板に向けて噴射することによってフラックスを基板に塗布するノズルであって、ノス'ノレと、ノズルの上方に位置する基板との間の距離が 3 0〜6 O mmであるノズルを備えることを特徴とする装置。

1 ) ノズルが、基板に形成されたスルーホールの内壁面のうち、ノズルの配置されている側の基板の下面から基板の厚さ方向に、基板の厚さの少なくとも 1 / 3の領域にフラックスを塗布する、態様 9または 10に記載の装置。

(態様 12) ノズルが、該内壁面の全領域にフラックスを塗布する、態様 1 1に記載の装置。

(態様 13 ) はんだ材料が、 S n— C u系材料、 Sn-Ag-Cu系材料、

Sn—Ag系材料、 Sn_Ag— B i系材料、および Sn—Ag_B i— Cu系材料からなる群から選択される鉛フリーはんだ材料から成る、態様 9〜12のいずれかに記載の装置。

(態様 14) 態様 9〜13のいずれかに記載のフラックス塗布装置を含むフローはんだ付け装置。

(態様 15) 泡状のフラックスを基板と接触させる発泡式のフラックス塗布装置を更に含む、態様 14に記載の装置。図面の簡単な説明

図 1 (a) は、本発明の 1つの実施形態のフラックス塗布方法を説明する、基板の搬送方向に垂直な方向における基板の模式的断面図であり、図 1 (b) は、図 1 (a) に示す基板の部分の模式的上面図である。

図 2は、図 1の実施形態のフラックス塗布方法を説明する、基板の部分の拡大模式図である。

図 3は、図 1の実施形態のフラックス塗布方法を利用した、本発明の 1つの実施形態のフローはんだ付け方法によつて形成された電子回路基板の部分の拡大模式断面図である。

図 4は、従来のフローはんだ付け装置の概略断面模式図である。

図 5 (a) は、図 4の X— X線に沿った断面に位置する基板にフラックスが塗布される様子を説明する図であり、図 5 (b) は、図 5 (a) に示す基板の部分の模式的上面図である。

図 6は、図 5 (a) に示す基板のフラックス塗布部を拡大して示した模式図でめる。

図 7は、従来のフローはんだ付けプロセスによって形成された電子回路基板であって、図 6に示す基板の部分の拡大模式断面図である。発明を実施するための形態

(実施形態 1 )

以下、本発明の 1つの実施形態について図 1 ( a ) および（b ) ならびに図 2 を参照しながら説明する。図 1 ( a ) および（b ) は、従来のフラックス塗布方法を説明する図 5 ( a ) および（b ) にそれぞれ対応する。尚、本実施形態においては、従来のフラックス塗布方法および装置と異なる点を中心に説明し、従来のものと同様の構成につ！/ヽては説明を省略するものとする。 ' 本実施形態のフラックス塗布方法においては、図 4を参照しながら説明した従来のスプレーフラクサ一 6 0 aと同様のスプレーフラクサー (フラックス塗布装置）を用いるものとするが、本実施形態におけるスプレーフラクサ一は、図 1

( a ) に示すように、ノズノレ 6 (図 5のノズル 6 3に対応する）と基板 1との間の距離を約 3 0〜 6 0 mm, 好ましくは約 3 0 ~ 5 0 mmとする点で従来のものと異なる。

上記のようなスプレーフラクサ一を用いて、図 1 ( a ) に示すように雰囲気ガスを排気ダクト（図示せず）により矢印 5の方向に吸引し、基板 1を図 1 ( a ) の紙面に垂直な方向であって、図 1 ( b ) に示す矢印 7の方向に、搬送爪 2により搬送しながら、溶剤（例えばイソプロピルアルコールなど）および活性成分 (例えばロジンなど）を含むフラックス 3を、矢印 4の方向に往復運動しているノズル 6から基板 1の下面に向けて噴射する。これにより、噴射されたフラックスが溶液状態を実質的に維持したままで基板 1に付着し得る。この結果、図 2に示すように、基板 1の下面 1 2だけでなく、電子部品 1 4のリード 1 5が揷入されているスルーホール 1 0の内壁面（即ち、スルーホール 1 0に位置するランド 1 3の筒状表面部分）のうち、下面 1 2から基板 1の厚さ方向に、基板 1の厚さの少なくとも 1 / 3の位置までの領域、好ましくは内壁面の全領域、更に好ましくはこれに加えて上面 1 1の上方に位置するランド 1 3の表面部分（図 2'にはこの態様を示す）にまで、フラックス 3が濡れ広がって（好ましくは液膜を形成し）塗布される。好ましくは、このフラックス 3は、同様にリード 1 5の表面にも液膜を形成する（図示せず）。

このとき、ノズル 6として従来のノズルをそのまま転用して、これを本実施形態のように基板に近づけて配置してよい。し力し、このような構成では、ノズルと基板との距離が、従来の構成における距離の、例えば約 1 Z 3倍に減少するのに対して、ノズルから噴射されるフラックスの広がり角度 0 (図 2 ) は、従来の構成における Θ (図 6 ) と同一であるため、基板の下面に同時に到達するフラッタスの塗布領域が従来の場合に比べて縮小されることになる（図 1 ( b ) のフラックス 3が塗布される略円形領域と図 5 ( b ) のフラックス 7 3が塗布される略円形領域とを比較のこと）。従って、この場合には、基板の下面全体にフラックスが塗布されるように、基板 1の搬送速度等に応じて、ノズルの往復運動速度を従来よりも増加させる必要がある。あるいは、ノズルから噴射されるフラックスの広がり角度を適切に改変するようにしてもよい。また、本実施形態においては 1個のノズルを用いたが、複数のノズルを用いてフラックスを基板の全面を覆うように塗布してもよい。

以上のように、本実施形態によれば、基板に形成されたスルーホールの内壁面に、好ましくは基板の上面に位置するランドの部分の上面にまで、フラックスを十分に塗布することが可能となる。

尚、本実施形態においては、フローはんだ付け装置本体とは別のスプレーフラクサ一を用いたが、フラックスを塗布するためのノズルを含むュニットが、フロ一はんだ付け装置内に備えられて一体的に構成されていてもよく、あるいは、発泡フラクサ一と組み合わせて使用されてもよい。

(実施形態 2 )

本実施形態は、実施形態 1にて説明したフラックス塗布装置（実施形態 1ではスプレーフラクサ一）およびフラックス塗布方法を利用したフローはんだ付け方法および装置に関するものである。本実施形態に用いるフローはんだ付け装置は、図 4を参照して説明したフローはんだ付け装置 6 0において、スプレ^"フラクサ一 6 0 aの代わりに、上述の実施形態 1にて説明したスプレーフラクサ一（フラックス塗布装置）を用いたものである。電子部品が適切に配置された基板に、まず、実施形態 1にて説明したスプレーフラクサ一を用いて同様の方法によりフラックスを塗布する。その後、得られた基板を、図 4を参照して説明したフローはんだ付け装置本体 60 bに入れて、基板を従来方法のステップと同様のプリヒート（予備加熱）ステップおよびはんだ材料供給ステップに付して、フローはんだ付けプロセス (方法) を完成する。以上の操作により、図 3に示すような、はんだ材料から成るフィレット 16が形成された電子回路基板 20力 S得られる。図 3に示すような形状を有するフィレット 16は、はんだ材料として S n— P b系はんだ材料を用いる場合だけでなく、鉛フリ一はんだ材料を用いる場合であっても得ることができる。本実施形態に利用され得る鉛フリーはんだ材料には、 Sn— Cu系材料、 311— _§ー〇11系材料、 Sn— Ag系材料、 S n—Ag— B i系材料、および S n—Ag— B i— C u系材料などが挙げられ、好ましくは Sn— Cu系材料、 Sn— Ag_Cu系材料である。

ここで、はんだ材料として鉛フリーはんだ材料を用いる場合、例えば、日本国特許出願第 2000— 168903号および同第 2000—168904号に基づく優先権を主張する、 13本国特許出願第 2001-171044号に示されるような、示差熱分析の原理を利用した、鉛フリーはんだ材料の品質を評価するセンサなどによって、はんだ槽内の鉛フリーはんだ材料の品質を評価し、これを管理することが望ましい。尚、これら上記出願の内容は引用によりその全体が本明細書に組み込まれる。

図 3に示すような形状のフィレットが形成された電子回路基板では、「濡れ上がり不足」の発生が効果的に低減され、好ましくは実質的に解消されている。従つて、このようなフィレット (はんだ材料) により、基板に形成されたランドと電子部品から引き出されたリ一ドとの間を十分に高い接合強度で接合することが可能となる。また、このような形状を有するフィレットは、大気中に存在し得る塩分などが溜まる凹部を有さないため、汚染物質が凹部に溜まることに起因する電子回路基板の信頼性の低下を招くこともない。実施例実施形態 1のフラックス塗布方法および装置（スプレーフラクサ一）を、以下に示すような条件で具体的に実施した。

本実施例においては、基板として、例えば約 100〜30 Ommの長さ、約 1 00〜30 Ommの幅および約 0. 8〜2. 0 mmの厚さを有するプリント基板を用いた。この基板に形成されるスルーホールは内径約 0. 6〜 5mmの円筒形状を有し、該スルーホールに同軸状に挿入されるリードは外径約 0. 5〜4mm の円形断面を有するロッド形状を有していた。但し、本発明はこれに限定されず、例えばスルーホールやリ一ド断面を円形だけでなく楕円形またはその他の形状としてもよい。また、例えば表面実装部品をフローはんだ付けする場合や、基板の上面側に形成された導体パターンと下面側に形成された導体パターンとを単に導通させる場合のように、スルーホールにリードが揷入されない場合もある。このような場合には、スルーホールの内径は、スルーホールにリードが揷入される場合よりも小さくてよく、例えば 0. 4〜 5mmであり得る。

基板の搬送速度は、約 0. 5〜2. Omm/分とした。また、フラックスを噴射するためのノズルは、基板の下面から約 30〜 5 Omm下方に配置した。ノズルは約 20〜 90度の広がり角度を有し、このような広がり角度でノズルからフラックスを嘖射させた。ノズルの往復運動速度は、約 100〜 400 mm/秒とし、用いたプリント基板の幅とほぼ同じ距離に亘つてノズノレを往復させた。使用したフラックスは、約 3〜20重量⁰ /₀のロジンおよび有機酸（活性成分）、約 8 0〜 97重量⁰ /₀のイソプロピルアルコール（溶剤）を含んでいた。また、フラッタスは、極量（1重量％未満）のつや消し剤を更に含んでいた。また、基板の搬送ラインの上方に設けた排気ダクトを約 10〜 20 m³ 分の排気量にて運転し、基板の周囲の雰囲気ガスを基板の上方に向けて吸引した。

以上のような条件でフラックスを塗布した後、実施形態 2と同様に、プリヒートステップおよびはんだ材料供給ステップに付して、フローはんだ付けプロセスを完了させた。このとき、基板の搬送速度はスプレーフラクサ一における上記速度と同様とし、基板を約 100〜120°C (基板下面のランド温度）までプリヒートし、約 245〜260°Cの溶融した、 S n— Cu系材料または S n— Ag— C u系材料から成る鉛フリ一はんだ材料を基板の下面から供給し、該はんだ材料から成るフィレツトを形成させて、電子回路基板を得た。

得られた電子回路基板は、基板の上面に位置するランドの表面部分にもはんだ材料が付着し、「濡れ上がり不足」の発生が効果的に防止されることが確認された。より具体的には、ノズルと基板との間の距離を変えて基板をフローはんだ付けに付し、ノズルと基板との間の距離（以下、単に「ノズル距離」と言う）とはんだ材料の濡れ上がりとの関係を調べた。濡れ上がりの指標として、ランドの表面部分に形成されたフィレット（即ち、図 3に示すフィレット 1 6のうち、基板の上面側に出ている略円錐形状の上部フィレット部分）の底面の外径（以下、単に

「上部フィレット径」と言う）を測定した。ここで、約 1 8 O mmの長さ、約 1 4 0 mmの幅および約 1 . 6 mmの厚さを有するガラスエポキシから成るプリント基板であって、約 0 . 9 mmの内径を有するスルーホールが形成され、該スル一ホールの壁面を構成し、かつ基板の上面および下面にて約 2 . O mmの外径を有する銅から成るランドが形成され、約 0 . 5 mmの^を有する、スズめっきされた鉄から成るリ一ドがスルーホールに揷入されたプリント基板を用いた。結果を表 1に示す。表 1 ノズル距離と上部フィレツト径との関係

表 1より、ノズル距離を 3 0〜 8 0 mm、例えば 3 0〜 6 0 mm、特に 3 0〜 5 0 mmとした方が、従来のフロ一はんだ付け方法および装置のように 1 0 0 m mまたはそれ以上とするよりも、上部フィレット^がより大きくなり、基板の上面にまで十分にはんだ材料が濡れ上がることがわかる。よって、ノズル距離を約 3 0 ~ 8 0 mm、好ましくは約 3 0〜 6 0 mm、より好ましくは 3 0〜 5 0 m mとすることによって、スルーホールにおけるはんだ材料の濡れ上がりを向上させることが可能となると言える。産業上の利用の可能性

本発明によれば、はんだ材料を用レヽて電子部品を基板に実装するためのフローはんだ付けプロセスにおけるスプレー式フラックス塗布方法であって、基板に形成されたスルーホールにはんだ材料が十分に供給されることを可能にする方法、および該方法を実施するための装置（即ち、フラックス塗布装置、例えばスプレーフラクサ一）が提供される。更に、本発明によれば、該フラックス塗布方法を利用するフローはんだ付け方法および該フ口一はんだ付け方法を実施するための装置（即ち、フローはんだ付け装置）が提供される。該フローはんだ付け方法により作製される電子回路基板は、特に、はんだ材料として鉛フリーはんだ材料を用いた場合でも、「濡れ上がり不足」の発生が効果的に低減され、はんだ材料による接合部の接合強度を十分に確保することが可能となる。本出願は、パリ条約に基づいて、「フラックス塗布方法、フローはんだ付け方法おょぴこれらのための装置ならびに電子回路基板」を発明の名称とする日本国特許出願である特願 2 0 0 0— 2 9 0 2 5 6号（2 0 0 0年 9月 2 5日出願）の優先権を主張する。当該出願の内容は引用によりその全体が本明細書に組み込まれる。

Claims

請求の範囲

1. はんだ材料を用いて電子部品を基板に実装するフローはんだ付けプロセスにおける、溶剤および活性成分を含むフラックスを基板に向けてノズルから噴射することによってフラックスを基板に塗布するフラックス塗布方法であって、噴射されたフラックスが溶液状態を実質的に維持したままで基板に付着することを特徴とする方法。

2. はんだ材料を用いて電子部品を基板に実装するフローはんだ付けプロセスにおける、溶剤および活性成分を含むフラックスを基板に向けてノズルから噴射することによってフラックスを基板に塗布するフラックス塗布方法であって、ノズルとノズルの上方に位置する基板との間の距離が、 30〜 60 mmであることを特徴とする方法。

3. フラックスが、基板に形成されたスルーホールの内壁面のうち、ノズルの配置されている側の基板の下面から基板の厚さ方向に、基板の厚さの少なくとも 1/3の位置までの領域に塗布される、請求項 1または 2に記載の方法。

4. フラックスが、該内壁面の全領域に塗布される、請求項 3に記載の方法。

5. はんだ材料が、 S n— C u系材料、 Sn_Ag_Cu系材料、 S n— A g 系材料、 S n-Ag-B i系材料、および S n-Ag-B i _Cu系材料からなる群から選択される鉛フリーはんだ材料から成る、請求項 1または 2に記載の方法。

6. 請求項 1または 2に記載のフラックス塗布方法を含むフローはんだ付け方法。

7. フラックスを泡状に発泡させた状態で基板と接触させることによってフラックスを基板に塗布することを更に含む、請求項 6に記載の方法。

8. 請求項 6に記載の方法に従って、はんだ材料により電子部品が基板にフロ一はんだ付けされた、電子回路基板。

9. はんだ材料を用いて電子部品を基板に実装するフローはんだ付けプロセスにおいて使用されるフラックス塗布装置であって、フラックスが溶液状態を実質的に維持したままで基板に付着するように、溶剤および活性成分を含むフラックスを基板に向けて噴射することによってフラックスを基板に塗布するノズルを備えることを特徴とする装置。

10. はんだ材料を用いて電子部品を基板に実装するフローはんだ付けプロセスにおいて使用されるフラックス塗布装置であって、溶剤および活性成分を含むフラックスを基板に向けて噴射することによってフラックスを基板に塗布するノズルを備え、該ノズルと、該ノズルの上方に位置する基板との間の距離が 30〜 6 Ommであることを特徴とする装置。

1 1. ノズルが、基板に形成されたスルーホールの内壁面のうち、ノズノレの配置されている側の基板の下面から基板の厚さ方向に、基板の厚さの少なくとも' 1 Z 3の領域にフラックスを塗布する、請求項 9または 10に記載の装置。

12. ノズルが、該内壁面の全領域にフラックスを塗布する、請求項 11に記

13 · はんだ材料が、 S n— C u系材料、 Sn_Ag— Cu系材料、 S n— A g系材料、 Sn— Ag_B i系材料、および S n—Ag— B i _Cu系材料からなる群から選択される鉛フリーはんだ材料から成る、請求項 9または 10に記載

4. 請求項 9または 10に記載のフラックス塗布装置を含むフローはんだ付

15. 泡状のフラックスを基板と接触させる発泡式のフラックス塗布装置を更に備える、請求項 14に記載の装置。