WO2014148634A1 - はんだ付け装置及び方法並びに製造された基板及び電子部品 - Google Patents

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克守 谷黒
渡邊 源蔵
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Definitions

  • the present invention relates to a soldering apparatus and method, and a manufactured board and electronic component. More specifically, the present invention relates to a soldering apparatus and method capable of performing soldering at low cost, high yield, and high reliability, and a manufactured substrate and electronic component.
  • mounting boards In recent years, printed circuit boards, wafers, flexible boards, and the like (hereinafter, these are sometimes referred to as “mounting boards”) have increased in wiring density and mounting density.
  • the mounting board has many electrodes for soldering electronic components. Solder such as solder bumps and solder paste (hereinafter also referred to as “connection solder”) for soldering the electronic component is provided on the electrode, and the electronic component is soldered to the connection solder and mounted on the mounting board. To be implemented.
  • connection solder is fine, has a uniform shape and dimensions, and is required to be provided only in necessary parts.
  • Patent Document 1 discloses a screen plate having openings for forming paste bumps with a paste, which is a rigid first metal layer, a resin-based adhesive layer. And a screen plate characterized in that the adhesive layer and the opening of the second metal layer are reduced in diameter relative to the opening of the first metal layer. A technique for easily forming a paste bump having a shape has been proposed.
  • connection terminals such as lead terminals.
  • connection terminals such as lead terminals.
  • connection solder In order to solder an electronic component with different connection terminal dimensions without soldering defects, it is necessary to reduce the influence of the dimensional variation of the electronic component by increasing the thickness of the “connection solder” provided on the mounting board.
  • CSP Chip Size Package
  • the size of the connection solder for such small electronic components is extremely small and fine.
  • connection solder As a general method for forming connection solder, a method of dipping (immersing) a mounting substrate provided with an electrode made of copper or the like (for example, a copper electrode; the same shall apply hereinafter) as it is in molten solder is known.
  • an electrode made of copper or the like for example, a copper electrode; the same shall apply hereinafter
  • solder contacts the copper electrode copper and tin contained in the solder combine to form a CuSn intermetallic compound.
  • the formation of this CuSn intermetallic compound itself is the basis of solder bonding.
  • this phenomenon is sometimes referred to as “electrode corrosion” because the copper electrode is formed in such a manner that it is eroded by tin in the solder.
  • Such electrode corrosion reduces the volume of the copper electrode that connects the electronic components, lowers the reliability, and may impair the reliability of the mounting board. Therefore, it is necessary to reduce the dipping time of the mounting board in the molten solder and suppress electrode corrosion.
  • a preliminary solder layer is formed on the copper electrode of the mounting board, and then the mounting board is mounted.
  • a method of dipping in molten solder has been studied.
  • connection solder formation method using a screen plate has a disadvantage that the productivity is poor, and the connection solder formation method in the dipping method is the first dipping (immersion) part.
  • the difference in electrode corrosion increases between the last dipping portion and a large difference in the reliability of the electrode in each portion of the same substrate. Therefore, there has been a problem that the problem of electrode corrosion has not been solved yet.
  • Patent Document 2 includes immersion treatment in an organic fatty acid-containing solution, adhesion treatment of molten solder performed while pulling up into the space, removal of excess molten solder performed while descending from the space, and addition to the organic fatty acid-containing solution.
  • the re-immersion process is performed continuously, and the technique of Patent Document 3 includes an immersion process in the first organic fatty acid-containing solution, a molten solder injection process in the space part, and a surplus performed by horizontally moving in the space part.
  • the molten solder removal treatment and the immersion treatment in the second organic fatty acid-containing solution are successively performed.
  • electrode corrosion as in the conventional dipping process can be remarkably suppressed, and a substrate or electronic component that does not cause electrode corrosion in various subsequent mounting processes can be manufactured.
  • a substrate or an electronic component with high reliability and high yield at an inexpensive cost as an electrical connection portion.
  • Patent Documents 2 and 3 Although the techniques of Patent Documents 2 and 3 proposed by the present applicant have achieved the intended purpose, substrates and electronic components (hereinafter referred to as “components”) are continuously attached to a conveying means such as a belt conveyor. Therefore, the overall speed is constant, and it is necessary to adjust the processing length of each processing unit for each processing time. In addition, the inlet and outlet through which the conveying means such as a belt conveyor enters and exits cannot be completely sealed, and the oily odor of the organic fatty acid-containing solution may leak to the outside.
  • the present invention solves the conventional problems and further improves the techniques of Patent Documents 2 and 3.
  • the object of the present invention is to perform low-cost, high-yield, and highly reliable soldering. It is an object to provide a new space-saving soldering apparatus and soldering method.
  • Another object of the present invention is to provide components (boards and electronic components) manufactured by such a soldering apparatus and soldering method.
  • a soldering apparatus for solving the above-described problems is a first processing unit provided between a first processing unit for setting a part having an electrode to be soldered and the first processing unit.
  • a second opening / closing section provided between the second processing section and the second processing section, which is separated by an opening / closing means so as to be hermetically sealed and sends the component sent from the first processing section to the next third processing section.
  • the parts fed in a sealable manner are brought into contact with the organic fatty acid-containing solution, and the parts are horizontally moved by the third processing part.
  • Molten solder adhering means for moving the component to an upper space and adhering molten solder to the electrode; and molten solder removing means for removing excess molten solder from the adhering molten solder in the space.
  • a fourth processing unit, and The fifth processing unit horizontally moving the component moved downward by the four processing units and the third opening / closing means provided between the fifth processing unit so as to be hermetically sealed and fed from the fifth processing unit
  • the sixth processing unit that sends the component to the next seventh processing unit and the fourth opening / closing means provided between the sixth processing unit are hermetically separated and sent from the sixth processing unit.
  • a seventh processing unit for taking out the component.
  • the individual processing time in each processing unit can be arbitrarily set, and each processing unit can be designed with a size corresponding to the processing time.
  • downsizing of the apparatus can be realized, and an efficient soldering apparatus can be obtained at low cost.
  • the 3rd process part processed with an organic fatty acid containing solution can be divided
  • the electrode corrosion prevention layer since it has a 3rd process part and a 4th process part, it forms the electrode corrosion prevention layer by the uniform thickness which does not produce a void and a defect as much as possible on the electrode surface cleaned with the organic fatty acid containing solution. Can do. As a result, voids and defects can be prevented from being generated as much as possible in the solder provided on the electrode corrosion prevention layer.
  • the first opening / closing means and the second opening / closing means are controlled not to open simultaneously, and the third opening / closing means and the fourth opening / closing means are controlled not to open simultaneously. It is preferable.
  • the component is mounted on a cassette and moved between at least the second processing section and the third processing section, and at least the fifth processing section and the above It is preferable to include a cassette carrying device that moves between the sixth processing unit.
  • the apparatus since the cassette on which the component is mounted can be moved with an arbitrarily set tact time, the apparatus can be reduced in size, and an inexpensive and efficient soldering apparatus can be obtained.
  • the molten solder adhering means and the molten solder removing means are performed while moving the component.
  • the organic fatty acid-containing solution is preferably a palmitic acid-containing solution
  • the molten solder is a molten solder treated with the organic fatty acid-containing solution.
  • (c1) removal of the excess molten solder is preferably performed with the organic fatty acid-containing solution
  • the space is preferably pressurized by the vapor of the organic fatty acid-containing solution, and (f1) the temperature of the space and the temperature of the organic fatty acid-containing solution are the same. It is preferable that the temperature in the space is the same as or higher than the temperature of the molten solder sprayed in the space.
  • a soldering method for solving the above-described problem is a first processing step provided between a first processing step for setting a component having electrodes to be soldered and the first processing step.
  • the second opening / closing provided between the second processing step and the second processing step, which is divided by the opening / closing means so as to be hermetically sealed and sends the component sent from the first processing step to the next third processing step.
  • Molten solder adhering means for moving the component to an upper space and adhering molten solder to the electrode; and molten solder removing means for removing excess molten solder from the adhering molten solder in the space.
  • molten solder adhering means for moving the component to an upper space and adhering molten solder to the electrode; and molten solder removing means for removing excess molten solder from the adhering molten solder in the space.
  • the organic fatty acid-containing solution is preferably a palmitic acid-containing solution
  • the molten solder is a molten solder treated with the organic fatty acid-containing solution.
  • the liquid that removes the excess molten solder is preferably the organic fatty acid-containing solution
  • the sixth treatment step drains the organic fatty acid-containing solution attached to the surface of the component. It is preferable to have liquid draining means, (e2) it is preferable that the space is pressurized by the vapor of the organic fatty acid-containing solution, and (f2) the temperature of the space and the temperature of the organic fatty acid-containing solution. And the temperature in the space is preferably the same as or higher than the temperature of the molten solder sprayed in the space.
  • a substrate according to the present invention for solving the above-mentioned problems is a substrate manufactured by the soldering apparatus or the soldering method according to the present invention, and the electrode of the substrate has an electrode from its surface. It is characterized by being provided in the order of an anti-corrosion layer, a solder layer, and an organic fatty acid coating layer.
  • An electronic component according to the present invention for solving the above problems is an electronic component manufactured by the soldering apparatus or the soldering method according to the present invention, and the electrode of the electronic component has a surface thereof To the electrode corrosion prevention layer, the solder layer, and the organic fatty acid coating layer.
  • each processing time in each processing unit can be arbitrarily set, so that each processing unit can be designed with a size corresponding to the processing time.
  • the oil odor of the organic fatty acid-containing solution can be prevented from leaking to the outside.
  • an electrode corrosion prevention layer can be formed on the surface of the electrode cleaned with an organic fatty acid-containing solution, it is possible to prevent electrode corrosion, and solder provided on the electrode corrosion prevention layer It is possible to prevent generation of voids and defects as much as possible. According to such an apparatus and method, it is possible to manufacture a substrate or an electronic component with a high yield and a high yield at a low cost.
  • the electrodes included in the substrate and the electronic component are provided in this order from the surface to the electrode corrosion prevention layer, the solder layer, and the organic fatty acid coating layer. Even when heat is applied in a furnace or a firing path, electrode corrosion is blocked by the electrode corrosion prevention layer. As a result, the reliability of the electrical connection part (electrode part) in the mounting process of the electronic component performed through various processes does not decrease, and even a fine electrode can be manufactured with a high yield. Substrates and electronic components can be provided.
  • FIG. It is typical sectional drawing which shows the process of injecting molten solder and adhering molten solder on an electrode. It is typical sectional drawing which shows the process of spraying an organic fatty acid containing solution and removing the excess molten solder.
  • (A) is typical sectional drawing of the electrode part formed in the comparative example
  • (B) is the model of the electrode part formed in the Example.
  • FIG. It is a schematic diagram which shows an example of the electronic component hold
  • the present invention can be rephrased as “the embodiment of the present application”.
  • the “processing section” in the soldering apparatus can be rephrased as “processing step” in the soldering method.
  • the “electrode corrosion prevention layer” is to prevent the electrodes constituting the electrode from being eroded by solder (for example, in the case of a copper electrode, an aspect in which copper atoms diffuse and dissolve). It is a functioning layer.
  • soldering apparatus 100 and method As shown in FIGS. 1 to 3, the soldering apparatus 100 and method according to the present invention includes a first processing unit (first processing step) 110 to a seventh processing unit (seventh processing step) 170. .
  • the first processing unit 110 for setting the component 10 having the electrode 2 to be soldered and the first opening / closing means 119 provided between the first processing unit 110 are separated so as to be hermetically sealed.
  • the parts 10 sent from the processing unit 110 are separated by a second processing unit 120 that sends out the component 10 to the next third processing unit 130 and a second opening / closing means 129 provided between the second processing unit 120 so as to be hermetically sealed.
  • the part 10 sent from the second processing unit 120 is brought into contact with the organic fatty acid-containing solution 131, and the third processing unit 130 that horizontally moves the part 10 and the component 10 that is horizontally moved by the third processing unit 130 Molten solder adhering means 33 that moves to the upper space part 143 and adheres the molten solder 5 to the electrode 2, and a molten solder that removes excess molten solder 5 from the molten solder 5 adhering in the space part 143.
  • the fifth processing unit 150 that horizontally moves the processed component 11 moved downward by the fourth processing unit 140, and the fifth processing unit 150.
  • a sixth processing unit 160 that sends the component 11 sent from the fifth processing unit 150 to the next seventh processing unit 170, and is sealed by a third opening / closing means 159 provided; And a seventh processing unit 170 for taking out the component 11 fed from the sixth processing unit 160, which is partitioned by a fourth opening / closing means 169 provided between them.
  • each processing time in each processing unit can be arbitrarily set, each processing unit can be designed with a size corresponding to the processing time. As a result, it is possible to reduce the size of the device by realizing space saving, resulting in a low-cost and efficient soldering device. Moreover, the oil odor of the organic fatty acid-containing solution can be prevented from leaking to the outside.
  • the soldering device 100 may be a device having an appearance illustrated in FIG.
  • the processing unit 101 in which the first processing unit 110 to the seventh processing unit 170 are arranged, and the circulation device unit 102 including a device for circulating the molten solder 5a and the organic fatty acid-containing solution 131 are provided.
  • the circulation device unit 102 including a device for circulating the molten solder 5a and the organic fatty acid-containing solution 131 are provided.
  • a carry-in door 103 for carrying in the component 10 and a carry-out door 104 for carrying out the component 10 are provided, and a viewing window 105 is provided as necessary.
  • the 1st process part 110 is a process part which sets the component 10 which has the electrode 2 to be soldered.
  • the component 10 is not particularly limited as long as the electrode 2 is provided on the substrate 1 in an arbitrary form.
  • the component 10 for example, a printed board, a wafer, a flexible board or the like (also referred to as a “mounting board”), a connector, QFP (Quad Flat Package), SOP (Small Outline Package), BGA (Ball Grid Array). ), LGA (Land Grid Array), semiconductor components, chip resistors, chip capacitors, jumper wiring materials, and other electronic components.
  • known substrates and electronic components other than those exemplified here, and new substrates and electronic components to be developed in the future are included.
  • Specific examples of the component 10 include various components such as the substrate 10 shown in FIG. 6, the electronic component 40 shown in FIGS. 12 and 13A, and the electronic components 51 and 52 shown in FIG.
  • Such a component 10 has the electrode 2 on one side or both sides.
  • the electrode 2 is provided on the component 10 in various forms.
  • the type of the electrode 2 is not particularly limited, but a conductive electrode including a metal component which is combined with the tin contained in the molten solder 5a and is eroded is an object.
  • the metal component that combines with tin and is eroded include Cu, Ag, Au, Pd, Rh, Zn, Sn, Ni, Co, and Bi.
  • the electrode 2 is comprised by 1 type, or 2 or more types chosen from such a metal component. Note that the solder wettability and the corrosion are integral, and “solder wettability” means that one or more of these metal components easily combine with the tin contained in the molten solder 5a and spread as a tin compound.
  • the phenomenon “erosion” is a phenomenon in which one or more metal components combine with tin contained in the molten solder 5a to form a tin compound and the electrode 2 is thinned.
  • the electrode corrosion preventing layer 4 described later is a layer that prevents such corrosion and prevents the reliability of the electrode 2 from being lowered.
  • the electrode 2 include a copper electrode, a copper alloy electrode, a silver electrode, a silver alloy electrode, a gold electrode, a gold alloy electrode, a palladium electrode, a palladium alloy electrode, an aluminum electrode, and an aluminum alloy electrode. If these alloy components contain one or more metal components selected from Cu, Ag, Au, Pd, Rh, Zn, Sn, Ni, Co, Bi, etc. The contained component combines with the tin contained in the molten solder 5a to become a tin compound, causing a phenomenon that the electrode 2 is thinned.
  • the electrode 2 is a copper electrode or a copper alloy electrode
  • the CuSn compound layer 7 is easily formed from the copper component and tin in the molten solder (see, for example, FIG. 11A).
  • the copper component constituting the electrode 2 decreases (electrode corrosion), and the electrode 2 becomes thin.
  • constituent components of the electrode 2 such as a silver electrode, a silver alloy electrode, a gold electrode, a gold alloy electrode, a palladium electrode, a palladium alloy electrode, an aluminum electrode, and an aluminum alloy electrode, Cu, Ag, Au, Pd, Rh, Zn , Sn, Ni, Co, Bi
  • the MSn compound can be easily formed from the one or more components (M) and tin (Sn) in the molten solder. Form. As a result, the component M constituting the electrode 2 decreases and the electrode 2 becomes thin.
  • the form and dimensions of the electrode 2 are not particularly limited. However, in the case of an electrode pattern provided on the substrate, for example, a pattern width or a pattern diameter is 5 ⁇ m or more, 10 ⁇ m or more, and 500 ⁇ m or less narrow pattern or fine circular pattern. Things can be illustrated. In the case of an electrode provided on an electronic component, an electrode having a large dimension such as several hundred ⁇ m or more and several mm or less can be exemplified according to the type of the electronic component.
  • the thickness of the electrode 2 is not particularly limited, but an example is about 5 ⁇ m or more and 30 ⁇ m or less.
  • the size and outer shape of the substrate 1 on which the electrode 2 is provided are not particularly limited, and the present invention can be applied to various types.
  • the component manufacturing method according to the present invention is a method of forming an electrode corrosion preventing layer 4 that can suppress elution of electrode components on the surface of the electrode 2.
  • the loaded components 10 are sequentially arranged as shown in FIG. 2, for example, and are sequentially sent to the second processing unit 120 by a gripping device (device that holds and holds the components) 111. If there are electrodes 2 on both sides of the component 10, they are sent one by one to the second processing unit 120, but if there are electrodes 2 only on one side of the component 10, they are sent to the second processing unit 120 two by two. Also good.
  • the gripping device 111 is not particularly limited, and examples thereof include a gripping portion 112 that is controlled so that the lifting shaft 113 is moved up and down by a lifting motor 114.
  • the rectangular printed circuit board is set as it is.
  • the shape is adjusted to the shape of the electronic component 40. It is preferable to set what is attached to the holding jig 42.
  • the second processing unit 120 is hermetically separated by a first opening / closing means 119 provided between the first processing unit 110 and the component 10 sent from the first processing unit 110 is transferred to the next third processing unit 130. It is a processing part sent out to.
  • the shutter (not shown; the same applies hereinafter) of the first opening / closing device 119 is closed until the component 10 is sent from the first processing unit 110, and the shutter opens immediately before the component 10 is sent. .
  • the component 10 is conveyed downward from the first processing unit 110 and the component 10 is mounted on the cassette 115.
  • the shutter of the first opening / closing device 119 is closed, and then the cassette 115 on which the component 10 is mounted by opening the shutter of the second opening / closing device 129 (this is referred to as the component mounting cassette 115) is third.
  • the shutter of the second opening / closing device 129 is closed, and the mist and smell of the organic fatty acid-containing solution 131 in the second processing unit 120 that has entered from the third processing unit 130.
  • what was purged and replaced is processed by a deodorizing device or an adsorption device.
  • the conveyance of the cassette 115 is not particularly limited, but can be performed by, for example, a cassette conveyance device 122 as shown in FIG.
  • the cassette carrying device 122 includes a carrying wire 123, a carrying motor 124, and a carrying roller 125. With this cassette conveying device 122, the cassette 115 can be reciprocated at least repeatedly between the second processing unit 120 and the third processing unit 130.
  • the shape of the second processing unit 120 is not particularly limited, but may be any size as long as one or two parts 10 can be mounted on one cassette 115.
  • the second processing unit 130 has a long and thin structure in plan view, which is particularly advantageous in terms of space saving.
  • the second processing unit 120 is provided with a heater 121 for preheating.
  • a heater 121 for preheating.
  • the third processing unit 130 is hermetically separated by a second opening / closing means 129 provided between the second processing unit 120 and the component 10 sent from the second processing unit 120 contacts the organic fatty acid-containing solution 131. And a processing unit that horizontally moves the component 10.
  • the component mounting cassette 115 is lowered and sent to the third processing unit 130, and the component 10 contacts the organic fatty acid-containing solution 131 in the third processing unit 130.
  • the third processing unit 130 is immersed in and contacted with an organic fatty acid-containing solution 131 filled with a certain amount, but a shower of the organic fatty acid-containing solution 131 may be sprayed.
  • the shutter of the second opening / closing device 129 is closed.
  • the size and shape of the third processing unit 130 are not particularly limited, the size and shape are sufficient to allow the component 10 to come into contact with the organic fatty acid-containing solution 131 and do not interfere with the conveyance of the component mounting cassette 115. It is preferable to be configured in a shape. In the example of FIG. 2, the third processing unit 130 has a long and narrow structure in plan view, which is particularly advantageous in terms of space saving.
  • the component mounting cassette 115 that has come into contact with the organic fatty acid-containing solution 131 moves horizontally to a position where it is pulled up for a molten solder adhesion process or a surplus solder removal process described later. Then, it rises to the upper space part which comprises the 4th process part 140.
  • the temperature of the organic fatty acid-containing solution 131 in the third processing unit 130 is the same as or substantially the same as the liquid flow temperature of the molten solder 5a, with the temperature of the space 143 constituting the fourth processing unit 140 being vaporized therefrom. Therefore, it depends on the liquid flow temperature of the molten solder 5a.
  • the temperature of the organic fatty acid-containing solution 131 is preferably the same or similar, and the liquid flow temperature of the low-temperature type molten solder 5a is about 150.
  • it is 0 degreeC it is preferable that the temperature of the organic fatty acid containing solution 131 is also the same or comparable temperature.
  • the temperature of the vapor evaporated from the organic fatty acid-containing solution 131 can be set to the same or similar temperature as the liquid flow temperature of the molten solder 5a.
  • a heater or a cooler is wound around the third processing unit 130, a heater or a cooling pipe is inserted into the tank, or the organic fatty acid-containing solution 131 in the tank is used.
  • the temperature may be controlled by circulating to a temperature control device (not shown).
  • the organic fatty acid-containing solution 131 in the third processing unit 130 is preferably a solution containing an organic fatty acid having 12 to 20 carbon atoms.
  • organic fatty acids having 11 or less carbon atoms can be used, such organic fatty acids are not preferred because they have water absorption.
  • organic fatty acids having 21 or more carbon atoms have drawbacks such as a high melting point, poor permeability, and difficulty in handling.
  • palmitic acid having 16 carbon atoms is preferable.
  • the organic fatty acid it is particularly preferable to use only palmitic acid having 16 carbon atoms, and if necessary, an organic fatty acid having 12 to 20 carbon atoms, for example, stearic acid having 18 carbon atoms may be contained.
  • the organic fatty acid-containing solution 131 preferably contains 5% by mass or more and 25% by mass or less of palmitic acid, and the balance is made of ester synthetic oil.
  • the organic fatty acid-containing solution 131 can selectively take in impurities such as oxides and flux components present on the electrode surface of the component 10 and clean the electrode surface.
  • an organic fatty acid-containing solution 131 containing about 16% by mass (for example, 5% by mass to 15% by mass) of palmitic acid having 16 carbon atoms is preferable.
  • the organic fatty acid-containing solution 131 does not contain additives such as metal salts such as nickel salts and cobalt salts and antioxidants.
  • the concentration of the organic fatty acid is less than 5% by mass, the effect of selectively taking in and purifying impurities such as oxides and flux components present on the surface of the electrode 2 is somewhat low, and management at a low concentration becomes complicated. There is.
  • the concentration of the organic fatty acid exceeds 25% by mass, there are problems that the viscosity of the organic fatty acid-containing solution 131 is increased and that smoke and malodor are caused in a high temperature region of 300 ° C. or higher. Therefore, the content of the organic fatty acid is preferably 5% by mass or more and 25% by mass or less, and particularly when only palmitic acid having 16 carbon atoms is used, about 10% by mass (for example, 5% by mass or more and 15% by mass). The following content is preferable.
  • the component 10 comes into contact with the organic fatty acid-containing solution 131 described above, and as a result, oxides, impurities, and the like existing on the surface of the electrode 2 included in the component 10 are removed and cleaned.
  • the coating layer 3 (refer FIG. 8 (B)) of the organic fatty acid which comprises the organic fatty acid containing solution 131 is formed in the surface of the electrode 2. As shown in FIG. The coating layer 3 can clean the surface of the electrode 2 and further suppress the oxidation of the surface of the electrode 2 to prevent the formation of an oxide film.
  • the fourth processing unit 140 includes a molten solder adhering means 33 that moves the component 10 horizontally moved by the third processing unit 130 to the upper space part 143 and adheres the molten solder 5a to the electrode 2, and the space part 143. It is a processing unit having a molten solder removing means 34 for removing excess molten solder 5a from the adhered molten solder 5a.
  • Reference numeral 141 denotes a pipe for the molten solder 5a.
  • the injection nozzles 33 are usually provided at equal intervals in the pipe 141.
  • Reference numeral 142 denotes a pipe for the organic fatty acid-containing solution 131, and the jet nozzles 34 are usually provided at equal intervals in the pipe 142.
  • the component 10 is gripped by the gripping unit 182 of the gripping device 181 from the component mounting cassette 115, and then lifted, lowered, and horizontally moved by the lifting and lowering of the lifting shaft 183. Etc. are performed.
  • the attaching unit 33 and the removing unit 34 may be applied by moving the component mounting cassette 115 as it is.
  • the molten solder adhering means 33 moves the component 10 horizontally moved by the third processing unit 130 to the upper space 143 to adhere the molten solder 5a to the electrode 2.
  • the component 10 is treated with the organic fatty acid-containing solution 131 of the third processing unit 130 and then pulled up to the upper space 143.
  • the space portion 143 is a pressurized space portion of the vapor atmosphere of the organic fatty acid-containing solution 131 that is the same as or substantially the same as the organic fatty acid-containing solution 131, and the molten solder 5 a is directed toward the electrode 2 provided in the component 10.
  • the space 143 is preferably filled with the vapor of the organic fatty acid-containing solution 131 and is in a pressurized state.
  • the pressure in the space 143 is not particularly limited, but is preferably around 0.1 Pa.
  • the electrode 2 of the component 10 is not oxidized or contaminated with impurities by being in a pressurized state within the above range by the vapor of the organic fatty acid-containing solution 131.
  • the space 143 is formed by first introducing nitrogen gas and then heating the organic fatty acid-containing solution 131 to fill the space 143 with the vapor.
  • reference numeral 148 denotes a drain for adjusting the pressure in the space or replacing the gas.
  • the atmospheric temperature of the space portion 143 is preferably the same as or close to the temperature of the molten solder 5a to be soldered. Although it may be the same temperature, it is preferable to set it slightly higher than the temperature of the molten solder 5a. For example, it is preferably set at a height of 2 ° C. or higher and 10 ° C. or lower, and preferably set at an ambient temperature of 2 ° C. or higher and 5 ° C. or lower, compared to the liquid flow temperature of the molten solder 5a.
  • the liquid flow 5 ′ of the molten solder 5a after being sprayed onto the surface of the electrode 2 can flow evenly over the surface of the electrode 2, and in particular, a fine pitch electrode or a small area electrode.
  • the molten solder 5a can be spread to every corner of the surface.
  • the atmospheric temperature is lower than the liquid flow temperature of the molten solder 5a, the viscosity of the molten solder 5a may be reduced and the fluidity of the molten solder 5a may be reduced.
  • the atmospheric temperature may be higher than 10 ° C. If set, the temperature may be too high and the component 10 may be thermally damaged.
  • the space part 143 there is a third processing part 130, and the vapor of the organic fatty acid-containing solution 131 evaporated from the third processing part 130 fills the space part 143.
  • the amount is not particularly limited, but may be an amount that can generate steam that makes the pressure in the space 143 around 0.1 MPa.
  • the temperature of the organic fatty acid-containing solution 131 below the space portion 143 is such that the temperature of the space portion 143 is the same as or substantially the same as the liquid flow temperature of the molten solder 5a by the vapor evaporated therefrom.
  • the temperature of the organic fatty acid-containing solution 131 is preferably the same or similar. By setting such a temperature, the temperature of the vapor evaporated from the organic fatty acid-containing solution 131 can be set to the same or similar temperature as the liquid flow temperature of the molten solder 5a.
  • a heater or a cooler is wound around the third processing unit 130, a heater or a cooling pipe is inserted into the tank, or the organic fatty acid-containing solution 131 in the tank is used.
  • the temperature may be controlled by circulating to a temperature control device (not shown).
  • Adhesion treatment In the space part 143 constituting the fourth processing part 140, an adhesion process (also referred to as an injection process) of the molten solder 5a is performed toward the electrode 2 of the component 10. That is, as shown in FIG. 3 to FIG. 5, while pulling up the component 10 from the organic fatty acid-containing solution 131 into the upper space 143, the liquid flow 5 ′ of the molten solder 5a is sprayed onto the component 10 to thereby form the electrode. 2, the molten solder 5 a is adhered.
  • the adhering process is performed by the adhering means 33 that sprays the liquid flow 5 ′ of the molten solder 5a.
  • an injection nozzle 33 is preferably used.
  • the spray nozzle 33 is preferably disposed on the side of the surface on which the electrode 2 is provided, but is typically disposed on both sides of the component 10.
  • the molten solder 5a sprayed from the spray nozzle 33 will be described.
  • a solder which is heated and melted and fluidized to such an extent that it can be sprayed as a liquid flow 5 ' is used.
  • the heating temperature is arbitrarily selected depending on the solder composition, but usually a good temperature is set within a range of about 150 ° C. or more and 300 ° C. or less.
  • a preferred solder composition is a Sn—Ni—Ag—Cu—Ge alloy, specifically, nickel 0.01 mass% to 0.5 mass%, silver 2 mass% to 4 mass%, copper 0. CuNiSn intermetallic compound 4 that can stably prevent electrode corrosion by using a solder alloy of 1 mass% or more and 1 mass% or less, germanium 0.001 mass% or more and 0.02 mass% or less, and the balance being tin. (See FIG. 11B) is preferable.
  • Particularly preferable compositions for forming such a CuNiSn intermetallic compound 4 are 0.01% by mass or more and 0.07% by mass or less, silver 0.1% by mass or more and 4% by mass or less, and copper 0.1% by mass or more and 1% by mass.
  • molten solder 5a having a temperature of 240 ° C. or higher and 260 ° C. or lower.
  • the solder containing bismuth can further lower the heating temperature of the molten solder 5a, and can be lowered to, for example, near 150 ° C. by adjusting the component composition. Such a low temperature is more preferable because the temperature of the steam in the space 143 can be lowered.
  • the solder composition containing bismuth preferably contains 0.01% by mass or more and 0.5% by mass or less, more preferably 0.01% by mass or more and 0.07% by mass or less. By doing so, the low-temperature type molten solder 5a that can easily form the CuSn intermetallic compound layer 4 can be obtained.
  • the solder composition preferably contains at least nickel in an amount of 0.01% by mass to 0.5% by mass, more preferably 0.01% by mass to 0.07% by mass. preferable.
  • the molten solder 5a having such a composition is a lead-free solder that does not contain lead, and the nickel of the above content is essential, so that the nickel contained in the molten solder 5a is electrode 2 as shown in FIG. It is possible to form the CuNiSn intermetallic compound layer 4 on the surface of the electrode 2 easily by combining with the copper and further with the tin of the molten solder 5a.
  • the formed CuNiSn intermetallic compound layer 4 acts as an electrode corrosion preventing layer for the electrode 2 and acts to prevent the electrode 2 from being lost or lost.
  • the solder layer 5 having the CuNiSn intermetallic compound layer 4 is harsh for the electrode 2 as in the case where it is subsequently put into a dipping process in which the substrate on which the solder layer 5 is formed is dipped into a solder bath. It can easily withstand processing. Therefore, even when a low-cost solder dipping process is applied, the yield can be improved and the solder layer 5 with high reliability can be formed. Furthermore, it is possible to obtain a mounting board that can mount electronic components using the solder layer 5 at low cost and with high yield.
  • the nickel content contained in the molten solder 5 a affects the thickness of the CuNiSn intermetallic compound layer 4. Specifically, when the nickel content is in the range of 0.01 mass% or more and 0.5 mass% or less (preferably 0.07 mass% or less), between the CuNiSn metals having a substantially uniform thickness of about 1 ⁇ m to 3 ⁇ m. The compound layer 4 can be generated. The CuNiSn intermetallic compound layer 4 having a thickness within this range can prevent the copper in the electrode 2 from being melted into the molten solder 5a or the solder layer 5 and eroded.
  • the thickness of the CuNiSn intermetallic compound layer 4 is about 1 ⁇ m to 1.5 ⁇ m, and when the nickel content is, for example, 0.07% by mass, the CuNiSn intermetallic compound layer 4 When the nickel content is about 2 ⁇ m and the nickel content is 0.5 mass%, the thickness of the CuNiSn intermetallic compound layer 4 is about 3 ⁇ m.
  • the thickness of the CuNiSn intermetallic compound layer 4 is less than 1 ⁇ m, and a portion where the CuNiSn intermetallic compound layer 4 cannot cover the electrode 2 is generated. In some cases, erosion is likely to occur. If the nickel content exceeds 0.5% by mass, the hard CuNiSn intermetallic compound layer 4 exceeds 3 ⁇ m in thickness, and the CuNiSn intermetallic compound layer 4 may crack. As a result, copper corrosion easily occurs from the cracked portion.
  • nickel content is 0.01 mass% or more and 0.07 mass% or less, As for the molten solder 5a which has nickel content of this range, nickel content exceeds 0.07 mass%, 0.5% Compared with the case of mass% or less, there is no possibility of causing a crack in the CuNiSn intermetallic compound layer 4, and a smooth uniform layer can be formed.
  • the solder used as the molten solder 5a is preferably purified. Specifically, a solution containing 5 to 25% by mass of an organic fatty acid having 12 to 20 carbon atoms is heated to 180 to 350 ° C., and the heated solution is brought into contact with the molten solder 5a. Stir and mix vigorously. By carrying out like this, the molten solder 5a before the refinement
  • the mixed liquid containing the molten solder 5a from which copper oxide, flux components, and the like are removed is introduced into an organic fatty acid-containing solution storage tank (not shown), and separated in specific gravity difference in the organic fatty acid-containing solution storage tank.
  • the molten solder 5a is returned from the bottom of the organic fatty acid-containing solution storage tank to the lead-free solder liquid storage tank by a pump.
  • the compositional change of the molten solder 5a in the lead-free solder liquid storage tank over time can be suppressed, so that the solder layer 5 using the molten solder 5a having a stable and high joint reliability can be continuously formed. Can do.
  • the mounting board provided with such a solder layer 5 can be manufactured continuously.
  • the purified molten solder 5a does not contain impurities such as copper oxide and flux residue that affect the bonding quality of the solder layer 5. Furthermore, the molten solder 5a has a lower viscosity than the untreated molten solder. As a result, when the solder layer 5 is formed on the electrode 2 having a fine pattern, the solder layer 5 can be uniformly formed on the electrode 2, and there is no lot-to-lot variation in the bonding quality between the solder layer 5 and the electronic component. It can contribute to quality stability over time.
  • the temperature of the organic fatty acid-containing solution used for purification is determined by the melting point of the molten solder 5a to be purified, and the organic fatty acid-containing solution and the molten solder 5a are at least a high temperature region (240 ° C. as an example) higher than the melting point of the molten solder 5a. Vigorously stirring contact at ⁇ 260 ° C. Further, the upper limit temperature of the organic fatty acid-containing solution is about 350 ° C.
  • the temperature of the organic fatty acid-containing solution is preferably about 240 ° C. or higher and 260 ° C. or lower.
  • the organic fatty acid containing solution 131 can also be made low temperature according to the temperature.
  • the molten solder 5a purified with such an organic fatty acid-containing solution is moved from the attachment means 33 toward the component 10 while the component 10 is being pulled upward from the organic fatty acid-containing solution 131. Sprayed as a liquid stream 5 '.
  • the injection pressure of the molten solder 5a from the attaching means 33 is not particularly limited, and is arbitrarily set according to the type, temperature, viscosity, etc. of the molten solder 5a. Usually, injection is performed at a pressure of about 0.3 MPa to 0.8 MPa.
  • the ambient temperature is preferably the same as or close to the liquid flow temperature of the molten solder 5a (preferably a slightly higher temperature).
  • the molten solder 5 a that is raised by adhering to the electrode 2 is provided. Further, the flow rate of the liquid flow 5 'of the molten solder 5a sprayed from the attaching means 33 and the spraying processing time are arbitrarily set in consideration of the type of the molten solder 5a and the like. The conditions such as the shape of the attaching means 33 and the spray angle are also arbitrarily applied or set in consideration of the type of the molten solder 5a.
  • the excess solder removing means 34 is means for removing the excess molten solder 5 from the molten solder 5 attached by the attaching means 33 described above.
  • the component 10 on which the molten solder 5 a is stacked is pulled up into the space portion 143 and then moves horizontally in the space portion 143, and then the excess molten solder 5 a contains an organic fatty acid-containing solution.
  • 131 can be removed by spraying.
  • the removing step is a step performed by spraying the organic fatty acid-containing solution 131 from the removing means 34 disposed in the space portion 143 in the middle while the component 10 is lowered into the organic fatty acid-containing solution 131.
  • the molten solder 5a raised on the electrode 2 can be removed, leaving only the molten solder 5a that cannot be removed.
  • the molten solder 5 a that cannot be removed is the molten solder 5 a that adheres to the CuNiSn intermetallic compound layer 4 formed on the electrode 2, and the adhered molten solder 5 a constitutes the solder layer 5.
  • a method of removing excess molten solder 5a on the component 10 while spraying 5 ′ and subsequently lowering the component 10 once and then pulling it up to the space 143 can be preferably applied.
  • the organic fatty acid-containing solution for removing the molten solder 5a is the same as or substantially the same as the organic fatty acid-containing solution 131 included in the third processing unit 130. Since the space portion 143 is a vapor atmosphere of the organic fatty acid-containing solution 131, the same organic fatty acid-containing solution 131 that constitutes the organic fatty acid-containing solution 131 is used. A part of inert gas such as nitrogen gas may be mixed. On the other hand, air or water containing oxygen is not mixed from the viewpoint of oxidation of the solder layer 5 and compatibility with the organic fatty acid-containing solution.
  • the spray pressure of the organic fatty acid-containing solution 131 from the removing means 34 is not particularly limited, and is arbitrarily set according to the type, temperature, viscosity, etc. of the molten solder 5a. Usually, injection is performed at a pressure of about 0.2 MPa to 0.4 MPa.
  • the temperature of the organic fatty acid-containing solution 131 used as the jetting liquid is preferably the same or substantially the same as the temperature of the molten solder 5a (for example, around 250 ° C., around 150 ° C. in the case of low-temperature solder).
  • the organic fatty acid coating layer 6 can be formed on the exposed surface of the molten solder 5a.
  • Reuse of molten solder Although not shown, the molten solder 5a sprayed from the adhering means 33 and the molten solder 5a scraped off by the removing means 34 sinks due to the difference in specific gravity at the bottom of the third processing unit 130 below the space 143.
  • a circulation device (not shown) for collecting and reusing the molten solder 5a that has sunk may be provided. This circulating apparatus may send the molten solder 5a accumulated at the bottom of the third processing unit 130 to the attaching means 33 for spraying the molten solder 5a.
  • the organic fatty acid-containing solution 131 and the molten solder 5a are separated by a difference in specific gravity, and the molten solder 5a that sinks to the bottom of the third processing unit 130 can be taken out and separated from the organic fatty acid-containing solution 131.
  • the molten solder 5a and the organic fatty acid-containing solution 131 thus separated can be reused after being subjected to a filtration treatment or the like as necessary.
  • the fifth processing unit 150 is a processing unit that horizontally moves the processed component 11 that has moved downward by the fourth processing unit 140.
  • the processed part 11 moved downward from the fourth processing unit 140 is again brought into contact with the organic fatty acid-containing solution 131 by the fifth processing unit 150 by dipping or the like.
  • the fifth processing unit 150 is located in the same tank as the space-saving third processing unit 130, and shares the same organic fatty acid-containing solution 131, although the processing unit is different. This region is an extension of the third processing unit 130 described above.
  • the temperature of the organic fatty acid-containing solution 131 in the fifth processing unit 150 is the same as the temperature of each part in the third processing unit 130 as described above. Further, since the organic fatty acid-containing solution 131 and its components are also as described above, description thereof is omitted here.
  • the lowered component 11 is mounted on the cassette 116, and the component mounting cassette 116 moves horizontally to just below the sixth processing unit 160.
  • the conveyance of the cassette 116 is not particularly limited, it can be performed by a cassette conveyance device 152 as shown in FIG.
  • the cassette carrying device 152 includes a carrying wire 153, a carrying motor 154, and a carrying roller 155. With this cassette conveying device 152, the cassette 116 can be repeatedly reciprocated between at least the fifth processing unit 150 and the sixth processing unit 160.
  • the sixth processing unit 160 is hermetically separated by a third opening / closing means 159 provided between the sixth processing unit 150 and the component 11 sent from the fifth processing unit 150 is transferred to the next seventh processing unit 170. It is a processing part sent out to.
  • the shutter of the third opening / closing device 159 is closed until the component mounting cassette 116 is sent from the fifth processing unit 150, and the shutter is opened immediately before the component mounting cassette 116 is sent. After the shutter is opened, the component mounting cassette 116 is conveyed upward from the fifth processing unit 150. Immediately thereafter, the shutter of the third opening / closing device 159 is closed, and then the shutter of the fourth opening / closing device 169 is opened to send only the component 11 from the component mounting cassette 116 to the seventh processing unit 170.
  • the shutter of the fourth opening / closing device 169 is closed, and the mist and smell of the organic fatty acid-containing solution 131 in the sixth processing unit 160 that has entered from the fifth processing unit 150 are removed from the air. It is preferable to replace it by purging with an inert gas or the like. By doing so, it is possible to prevent the mist and smell of the organic fatty acid-containing solution 131 used in the fifth processing unit 150 from flowing from the sixth processing unit 160 to the seventh processing unit 170 and leaking to the outside. In addition, what was purged and replaced is processed by a deodorizing device or an adsorption device.
  • the gripping of the component 11 from the component mounting cassette 116 can be performed by a gripping device 191 as shown in FIG.
  • the gripping device 191 is not particularly limited, and examples thereof include a gripping portion 192 that is controlled so that the lifting shaft 193 moves up and down by the lifting motor 194.
  • an air knife (not shown) may be provided as necessary.
  • the air knife is preferably applied to drain the organic fatty acid-containing solution 131 attached to the surface of the component 11 pulled up from the fifth processing unit 150. By such draining, the excessively attached organic fatty acid-containing solution 131 can be removed.
  • This liquid draining is preferably performed using an air nozzle or the like.
  • the injection pressure of the air nozzle or the like at this time is not particularly limited, and is arbitrarily set according to the size and shape of the component 11. In this way, the processed component 11 can be obtained.
  • the seventh processing unit 170 is a processing unit that picks up the parts 11 sent from the sixth processing unit 160 and is sealed by a fourth opening / closing means 169 provided between the seventh processing unit 160 and the sixth processing unit 160.
  • the components 11 sent to the seventh processing unit 170 are sequentially arranged as shown in FIG. 2, for example, and are carried out of the apparatus 100 from the carry-out door 104 in FIG.
  • the circulation device section 102 constituting the soldering device 100 is a device for circulating the molten solder 5a and the organic fatty acid-containing solution 131, and includes a pump 201, a branch device 202, pipes 203 and 204, a pump 301, and a branch device. 302, a tank 303, a branching device 304, a joining unit 305, and branching units 306 and 307. These can be designed arbitrarily, and can also have a configuration other than that shown in FIG.
  • the soldering apparatus 100 is provided with a hermetic cover that covers the whole, and in addition to the opening and closing device described above, the processing units 110 to 170 have a hermetic structure. ing. By doing so, the organic fatty acid-containing solution 131 that easily evaporates can be prevented from being vaporized and diffused to the outside, and contaminants from the outside can be prevented from entering the apparatus.
  • an electrode corrosion prevention layer 4 a minimum solder layer 5, and an organic fatty acid coating layer 6 are arranged in this order on the surface of the electrode 2 of the substrate. Is provided. As a result, even if the substrate is dipped in various molten solder baths, printed in paste solder, and then put into a reflow furnace or put into a firing path in the mounting process, the electrode 2 Electrode erosion does not occur, and solder wettability is not impaired, and the subsequent processing can be performed.
  • the electrode corrosion prevention layer 4, the minimum solder layer 5, and the organic fatty acid coating layer 6 are provided in this order on the surface of the electrode 2 of the electronic component. Yes.
  • the electrode corrosion prevention layer 4, the minimum solder layer 5, and the organic fatty acid coating layer 6 are provided in this order on the surface of the electrode 2 of the electronic component.
  • each processing time in each processing unit is arbitrarily set.
  • Each processing unit can be designed with a size corresponding to the processing time.
  • space saving of the apparatus can be achieved, miniaturization can be realized, and a low-cost and efficient soldering apparatus can be obtained.
  • the third processing unit 130 to be treated with the organic fatty acid-containing solution 131 can be hermetically separated by opening / closing means 119, 129, 159, and 169 that can realize compact and space saving, the entire apparatus can be reduced in size.
  • the oily odor of the organic fatty acid-containing solution 131 can be prevented from leaking to the outside.
  • the uniform thickness which does not produce a void and a defect as much as possible in the electrode corrosion prevention layer 4 on the electrode surface cleaned with the organic fatty acid containing solution 131. Can be formed.
  • the liquid flow 5 ′ of the molten solder 5 a is directed toward the electrode 2 provided on the component 10 while being pulled up to the space portion 143 of the vapor atmosphere of the organic fatty acid-containing solution 131.
  • the molten solder 5a is attached to the electrode 2 by being sprayed, and further, the organic fatty acid-containing solution 131 is sprayed and removed to the excess molten solder 5a while being lowered from the space 143 or while being pulled up again, so that the cleaned electrode
  • the electrode corrosion preventing layer 4 can be uniformly formed on the surface without any defects, and the organic fatty acid coating layer 6 is provided by contacting the organic fatty acid-containing solution 131 again with the excess molten solder 5a removed. Yes.
  • the electrode solution of the electrode 2 is melted. Erosion does not occur, and solder wettability is not impaired, and the subsequent processing can be performed.
  • the substrate 10 according to the present invention is a substrate manufactured by the soldering apparatus 100 or the soldering method according to the present invention, and the electrode 2 included in the substrate 10. Are provided in this order from the surface to the electrode corrosion prevention layer 4, the solder layer 5, and the organic fatty acid coating layer 6.
  • the substrate 10 include various substrates such as a printed circuit board, a wafer, and a flexible substrate. In particular, since the width and pitch of the electrodes are narrow in the wafer, it is preferable to apply the apparatus and method according to the present invention, and the solder layer 5 can be accurately provided on the fine electrodes having a narrow pitch.
  • the surface of the solder layer 5 can be kept in a clean state, or can be processed in a subsequent process, so that it can be used as a reliable circuit board. .
  • the electronic component according to the present invention is an electronic component 40, 51, 52 manufactured by the soldering apparatus 100 or the soldering method according to the present invention.
  • the electrodes 2 included in the components 40, 51, and 52 are provided in order of the electrode corrosion prevention layer 4, the solder layer 5, and the organic fatty acid coating layer 6 from the surface.
  • Examples of the electronic component include a semiconductor chip, a semiconductor module, an IC chip, an IC module, a dielectric chip, a dielectric module, a resistor chip, a resistor module, and the like.
  • the electrode corrosion of the electrode 2 is blocked by the electrode corrosion prevention layer 4.
  • the reliability of the electrical connection part (electrode part) in the electronic component mounting process performed through various processes does not decrease, and it can be manufactured with high yield. Can provide parts.
  • a soldering apparatus 400 includes a first processing tank (inlet tank) in which a component (called a processing substrate) 500 having electrodes to be soldered is set.
  • a second processing tank (low temperature processing liquid tank) 402 for sending the processing substrate sent from the first processing tank 401 to the next third processing tank 403, and a processing sent from the second processing tank 402
  • a third processing tank (high temperature processing tank) 403 for bringing the substrate into contact with the organic fatty acid-containing solution, and a molten solder attaching means (soldering processing tank) for attaching the molten solder to the electrode of the processing substrate processed in the third processing tank 403 ),
  • a fourth treatment tank 404 having a molten solder removal means (molten solder removal tank) for removing excess molten solder from the attached molten solder, and processing in the fourth treatment tank 404
  • Fifth processing tank (solution removal processing tank) 405 for processing the processed substrate with gas or liquid
  • a sixth processing tank for sending the processing substrate sent from the fifth processing tank 405 to the next seventh processing tank 407 (Communication tank) 406 and a seventh processing tank (exit tank) 407 for taking out the processing substrate
  • 15 and 16 includes a first processing tank 401, a second processing tank 402, a third processing tank 403, a fourth processing tank 404, a fifth processing tank 405, a sixth processing tank 406, and a sixth processing tank 406. 7 treatment tanks.
  • Five treatment tanks of the second treatment tank 402 to the sixth treatment tank 406 are arranged in the treatment tank 431.
  • the long and narrow processing tanks are arranged radially outward from the inside at equal intervals (for example, at intervals of 72 °) around the arm rotation shaft 432. The intervals may not be equal.
  • the first processing tank 401 and the seventh processing tank 407 are disposed outside the processing tank 431. However, as shown in FIG. 16, the first processing tank 401 is connected to the second processing tank 402 at the bottom.
  • the seventh treatment tank 407 is connected to the sixth treatment tank 406 at the bottom.
  • a vertical space that allows the processing substrates 500 and 600 to pass therethrough is secured, and the processing substrates 500 and 600 slide and move in the spaces.
  • An inlet stack 411 that accommodates the processing substrate 500 is disposed beside the first processing tank 401.
  • the processing substrate 500 is accommodated in the inlet stack 411.
  • an outlet stack 421 that accommodates the processed substrate 600 is disposed beside the seventh processing tank 407.
  • the processed substrate 600 is accommodated in the outlet stack 421.
  • Each of these processing tanks is arranged in a cover that covers the whole, and a part of the inlet stack 411 and the outlet stack 421 protrudes outside the cover 433 so that the processing substrate can be taken in and out of the cover 433.
  • These processing tanks are arranged as follows.
  • the processing substrate 500 is a type of component provided with electrodes to be soldered. Although the kind of the board
  • the processing surface may be single-sided or double-sided.
  • the first treatment tank 401 is introduced from the inlet stack 411.
  • the loading is performed by the robot arm 436 and is performed by holding the processing substrate 500 by the gripping member 437 provided at the tip of the robot arm 436.
  • the first treatment tank 401 contains an organic fatty acid solution. Since the first treatment tank 401 and the second treatment tank 402 are connected, the organic fatty acid solution is also contained in the second treatment tank 402.
  • the temperature of the organic fatty acid solution is not particularly limited, but is preferably not so high, and may be about 50 ° C. to 80 ° C. By making the temperature of the organic fatty acid solution relatively low, it is possible to suppress the odor and smoke generation of the organic fatty acid solution.
  • the first processing tank 401 has a structure in which the lid is closed immediately after the arm is lifted, and the seventh processing tank 407 has a structure in which the lid is closed immediately after the arm is lifted.
  • the processing substrate 500 that has entered the first processing tank 401 is moved from the first processing tank 401 to the second processing tank 402 by the slide member 438.
  • the moving means is not particularly limited, for example, as shown in FIG. 16, it can be performed by a slide rack 501 that reciprocates between the first processing tank 401 and the second processing tank 402.
  • the slide rack 501 can be moved by the slide member 438, and the drive for the movement can be performed by the gripping member 437 transmitting the drive to the slide member 438.
  • the gripping member 437 rotates, the slide member 438 functions to reciprocate the slide rack 501. Note that this movement can be performed on the same principle as the movement between the sixth treatment tank 406 and the seventh treatment tank 407.
  • reference numeral 412 denotes a charging device
  • reference numeral 413 denotes an arm extending from the charging device
  • reference numeral 422 denotes a discharging device
  • reference numeral 423 denotes an arm extending from the charging device.
  • the processing substrate moved to the second processing tank 402 is gripped by the tip of the lifting arm 435 provided at the tip of the turning arm 434 and pulled upward. As shown in FIG. 15, the pulled-up processing substrate is swung to the position of the third processing tank 403 by the swing arm 434, lowered, and enters the third processing tank 403 while being held by the suspension arm 435.
  • the third treatment tank 403 is a tank containing a heated organic fatty acid solution, and the treatment substrate is treated with this organic fatty acid solution. Since the temperature of the organic fatty acid solution is as described above, its description and action are omitted here.
  • the processed processing substrate is pulled up by the suspension arm 435, and as shown in FIG. 15, the processing substrate is swung to the position of the fourth processing tank 404 by the swivel arm 434, lowered, and held by the suspension arm 435. 4 Enter the treatment tank 404.
  • 4th processing tank 404 is a tank which performs the process which adheres molten solder, and the process which removes the excess molten solder among the adhered molten solder.
  • the adhesion of the molten solder may be immersed in a state where the molten solder is filled in the tank 404, or the molten solder may be sprayed toward the substrate surface.
  • the excess molten solder is removed by spraying a gas such as nitrogen gas or air or an organic fatty acid solution toward the substrate surface to remove excess solder adhering to the processing substrate surface.
  • a solder circulation tank 441, a filter 442, and a gear pump 443 may be provided in the fourth treatment tank 404.
  • the solder circulation tank 441 is preferably solder circulated both when immersed and when sprayed.
  • the filter 442 is for separating impurities mixed in the solder and the organic fatty acid solution, and a cyclone filter can be preferably applied.
  • the processed substrate is pulled up by the suspension arm 435, and as shown in FIG. 15, the substrate is swung to the position of the fifth treatment tank 405 by the swing arm 434, lowered, and held by the suspension arm 435. 5 Enter the treatment tank 405.
  • the fifth processing tank 405 is a tank for processing the processed substrate with gas or liquid. Specifically, the organic fatty acid solution adhering to the substrate surface is cleaned. Examples of such means include air spray injection and inert gas spray injection. Alternatively, an arbitrary cleaning solution may be filled and treated with the cleaning solution.
  • the processed processing substrate is pulled up by the suspension arm 435, and as shown in FIG. 15, the processing substrate is swung to the position of the sixth treatment tank 406 by the swing arm 434, lowered, and held by the suspension arm 435. 6 Enter the treatment tank 406.
  • the sixth treatment tank 406 contains a solvent for blocking the atmosphere in the treatment tank from the external atmosphere.
  • a solvent the above-mentioned organic fatty acid solution may be sufficient, and other organic solutions, such as alcohol, may be sufficient.
  • the organic fatty acid solution filled in the first treatment tank 401 and the second treatment tank 402 similarly contains a solvent for blocking the atmosphere in the treatment tank from the lower atmosphere.
  • the interruption of the atmosphere between the processing tank and the outside of the processing tank by such a solution is a very important technical element in the soldering apparatus according to the present invention. By performing such blocking, there is a great merit that the high-temperature atmosphere in the processing tank and the organic fatty acid solution atmosphere are not diffused to the outside.
  • the processing time in each processing tank can be set to a short time, while being swung by the arm. Can be processed sequentially.
  • it is possible to realize a significant space saving and downsizing of the apparatus, and to achieve an efficient soldering apparatus at a low cost.
  • it can interrupt
  • an electrode corrosion prevention layer can be formed on the surface of the electrode cleaned with an organic fatty acid-containing solution, it is possible to prevent electrode corrosion, and solder provided on the electrode corrosion prevention layer It is possible to prevent generation of voids and defects as much as possible. According to such an apparatus and method, it is possible to manufacture a substrate or an electronic component with a high yield and a high yield at a low cost.
  • a substrate 10 was prepared in which a copper wiring pattern having a width of, for example, 200 ⁇ m and a thickness of, for example, 10 ⁇ m was formed on the base material 1.
  • a copper wiring pattern having a width of, for example, 200 ⁇ m and a thickness of, for example, 10 ⁇ m was formed on the base material 1.
  • the substrate 10 only a large number of electrodes 2 having a width of, for example, 200 ⁇ m and a length of, for example, 50 ⁇ m are exposed, and the other copper wiring patterns are covered with an insulating layer, among the copper wiring patterns. .
  • organic fatty acid-containing solution 131 to be added to the third processing unit 130 palmitic acid is added to an ester synthetic oil containing no metal salt such as nickel salt or cobalt salt, antioxidant, or the like so as to be 10% by mass.
  • An organic fatty acid-containing solution 131 was prepared.
  • the temperature of the organic fatty acid-containing solution 131 in the third processing unit 130 was controlled at 250 ° C.
  • the molten solder 5a used is a ternary lead-free solder made of Ni: 0.05% by mass, Ge: 0.005% by mass, Ag: 3% by mass, Cu: 0.5% by mass, and the balance being Sn.
  • the molten solder 5a was prepared by heating to 250 ° C.
  • the space part 143 introduced nitrogen gas, then raised the temperature of the organic fatty acid-containing solution 131 to 250 ° C., and filled the upper space with the vapor of the organic fatty acid-containing solution 131.
  • the substrate 10 was put into the soldering apparatus 100 thus prepared.
  • the substrate 10 was set on the first processing unit 110.
  • the substrate 10 is gripped by the gripping device 111 in the first processing unit 110, sent to the second processing unit 120, and mounted on the cassette 115. Thereafter, the shutter of the first opening / closing device 119 is closed, and the substrate 10 mounted on the cassette 115 is sent to the third processing unit 130. After the substrate 10 was sent to the third processing unit 130, the shutter of the second opening / closing device 129 was closed.
  • the substrate 10 was immersed in the organic fatty acid-containing solution 131 by the third processing unit 130 to provide the organic fatty acid coating layer 3 on the electrode 2 (see, for example, FIG. 8B).
  • the organic fatty acid coating layer 3 is attached as a result of cleaning the copper surface with the organic fatty acid-containing solution 131.
  • the jet nozzle 33 is set to face both sides of the substrate 10 while being pulled up to the upper fourth processing unit 140 as shown in FIGS. 7 and 9. Then, for example, a liquid flow 5 ′ of molten solder 5a at 250 ° C. was sprayed. On the electrode 2 to which the molten solder 5a was sprayed, for example, as shown in FIG. 8C, the molten solder 5a was adhered and piled up.
  • the substrate 10 is moved in the horizontal direction in the space portion 143 of the fourth processing unit 140, and then the excess molten solder 5 a on the substrate 10 is removed while being lowered. Removed.
  • the removing means was performed using an injection nozzle 34 set on both surfaces of the substrate 10 so as to be inclined at, for example, 30 °.
  • an organic fatty acid-containing solution 131 at 250 ° C. was sprayed from the spray nozzle 34.
  • a substrate 11 having the form shown in FIG. 8D was obtained.
  • the substrate 11 is provided with an electrode corrosion prevention layer 4, a solder layer 5, and an organic fatty acid coating layer 6 in this order on the electrode 2.
  • the substrate 11 was moved in the horizontal direction in the fifth processing unit 150, and then the shutter of the third opening / closing device 159 was opened and pulled up to the upper sixth processing unit 160.
  • the liquid was removed by air injection from the air nozzle 39 while being pulled up.
  • the shutter was closed.
  • the shutter of the fourth opening / closing device 169 was opened and moved to the seventh processing unit 170.
  • Example 2 In Example 1, the substrate 11 of Example 2 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the processing in the fourth processing unit 140 was as shown in FIG. Specifically, for example, a liquid flow 5 ′ of molten solder 5 a at 250 ° C. was sprayed from the spray nozzle 33 set facing the both surfaces of the substrate 10 while pulling up the substrate 10 to the upper fourth processing unit 140. . Subsequently, as shown in FIG. 5, excessive molten solder 5a on the substrate 10 was removed while the substrate 10 was once lowered and pulled up to the space portion 143 again.
  • Example 1 In Example 1, as a solder material, Ag: 3% by mass, Cu: 0.5% by mass, and a ternary lead-free solder composed of Sn as the balance was used. 1 substrate was obtained. On the electrode 2 of the substrate, there was no CuNiSn intermetallic compound layer, and a CuSn intermetallic compound layer 7 was formed (see FIG. 11A).
  • Soldering equipment 401 First treatment tank (inlet tank) 402 2nd processing tank (low temperature processing liquid tank) 403 3rd processing tank (high temperature processing tank) 404 4th treatment tank (soldering treatment tank) 405 Fifth treatment tank (solution removal treatment tank) 406 6th treatment tank (Communication tank) 407 Seventh treatment tank (exit tank) 411 Inlet stack 412 Input device 413 Arm 421 Outlet stack 422 Discharge device 423 Arm 431 Processing tank 432 Arm rotation shaft 433 Cover 434 Rotating arm 435 Suspension arm 436 Robot arm 437 Holding member 438 Slide member 441 Solder circulation tank 442 Filter 443 Filter 443 , 510, 520, 530, 540 Processing substrate 501 Slide holder

Abstract

 電極2を有する部品10をセットする第1処理部110と、開閉手段119で区切られ、部品10を第3処理部130に送り出す第2処理部120と、開閉手段129で区切られ、部品10を有機脂肪酸含有溶液131に接触させて水平移動する第3処理部130と、部品10を空間部143に移動して電極2に溶融はんだ5を付着させる手段33及び余剰の溶融はんだ5を除去する手段34を有する第4処理部140と、第4処理部140で下方に移動した部品10を水平移動する第5処理部150と、開閉手段159で区切られ、部品10を第7処理部170に送り出す第6処理部160と、開閉手段169で区切られ、部品10を取り出す第7処理部170とを有するはんだ付け装置100によって低コストで、歩留まりが高く、信頼性の高いはんだ付けを行うことができる省スペース型のはんだ付けを行う。

Description

はんだ付け装置及び方法並びに製造された基板及び電子部品
 本発明は、はんだ付け装置及び方法並びに製造された基板及び電子部品に関する。さらに詳しくは、低コストで、歩留まりが高く、信頼性の高いはんだ付けを行うことができるはんだ付け装置及び方法、並びに製造された基板及び電子部品に関する。
 近年、プリント基板、ウエハー及びフレキシブル基板等の基板(以下、これらを「実装基板」ということがある。)は、配線密度や実装密度がますます向上している。実装基板は、電子部品をはんだ付けするための電極を多数有している。その電極上に、電子部品をはんだ付けするためのはんだバンプやはんだペースト等のはんだ(以下、「接続はんだ」ともいう。)が設けられ、電子部品は、その接続はんだにはんだ付けされて実装基板に実装される。
 接続はんだは、微細で、形状及び寸法等が揃っており、必要な部分にのみ設けられていることが要求されている。そうした要求を満たす接続はんだの形成方法として、特許文献1には、ペーストでペーストバンプを形成するための開口を備えたスクリーン版であって、剛性な第1の金属層、樹脂系の接着剤層及び第2の金属層からなり、かつ第1の金属層の開口に対して接着剤層及び第2の金属層の開口が縮径していることを特徴とするスクリーン版を用い、緻密で一定形状のペーストバンプを容易に形成する手法等が提案されている。
 ところで、コネクタ、QFP(Quad Flat Package)、SOP(Small Outline Package)、BGA(Ball Grid Array)、LGA(Land Grid Array)、等々の電子部品は、リード端子等の接続端子の寸法にばらつきが存在することがある。接続端子の寸法がばらついた電子部品をはんだ付け不良なくはんだ付けするためには、実装基板に設ける「接続はんだ」を厚くすることにより、電子部品の寸法ばらつきの影響を小さくする必要がある。実装基板に実装するための電子部品にCSP(Chip Size Package)等の小型の電子部品が混在する場合、そうした小型電子部品用の接続はんだの大きさは極めて小さく微細である。
 一般的な接続はんだの形成方法として、銅等からなる電極(例えば銅電極。以下同じ。)が設けられた実装基板をそのまま溶融はんだ中にディッピング(浸漬)する方法が知られている。銅電極にはんだが接触すると、銅とはんだに含まれる錫とが化合してCuSn金属間化合物が生成する。このCuSn金属間化合物の生成自体がはんだ接合の基本である。しかし、その現象は、銅電極がはんだ中の錫で浸食される態様で形成されることから「電極溶食」と呼ばれることがある。こうした電極溶食は、電子部品を接続する銅電極の容積を減少させて信頼性を低下させ、実装基板の信頼性を損なわせるおそれがある。そのため、溶融はんだ中への実装基板のディッピング時間を短縮して電極溶食を抑制することが必要であり、そのために、実装基板の銅電極上に予備はんだ層を形成し、その後に実装基板を溶融はんだ中にディッピングする方法(ディッピング方法)が検討されている。
特開平10-286936号公報 特許第5079170号公報 特許第5079169号公報
 上記した接続はんだの形成方法のうち、スクリーン版を用いた接続はんだの形成方法は生産性が悪いという難点があり、ディッピング方法での接続はんだの形成方法は、最初にディッピング(浸漬)する部分と、最後にディッピングする部分とで、電極溶食の差が大きくなり、同じ基板の各部で電極の信頼性に大きな差が生じる。そのため、電極溶食の問題が依然として解決できていないという問題があった。
 こうした問題を解決するために本出願人は上記特許文献2,3を提案した。特許文献2の技術は、有機脂肪酸含有溶液への浸漬処理、空間部に引き上げながら行う溶融はんだの付着処理、空間部から降下させながら行う余剰の溶融はんだの除去処理、及び有機脂肪酸含有溶液への再浸漬処理を連続して行うものであり、特許文献3の技術は、第1有機脂肪酸含有溶液への浸漬処理、空間部内での溶融はんだの噴射処理、同空間部内を水平移動させて行う余剰の溶融はんだの除去処理、及び第2有機脂肪酸含有溶液への浸漬処理を連続して行うものである。これらの技術によれば、従来のディッピング処理のような電極溶食を顕著に抑制でき、しかもその後の種々の実装工程での電極溶食を起こさない基板や電子部品を製造することができた。その結果、電気的接続部である電極の信頼性が高く、歩留まりのよい基板や電子部品を低コストで製造することができた。
 本出願人が提案した特許文献2,3の技術は所期の目的を達成できたものの、基板や電子部品(以下「部品」という。)がベルトコンベアー等の搬送手段に連続して取り付けられているために全体のスピードが一定であり、個々の処理時間は各処理部の処理長さを調整する必要があった。また、ベルトコンベアー等の搬送手段が出入りする投入口と排出口は、完全には密閉できず、有機脂肪酸含有溶液のオイル臭が外部に漏れることがあった。
 本発明は、従来の課題を解決するとともに特許文献2,3の技術をさらに改良したものであって、その目的は、低コストで、歩留まりが高く、信頼性の高いはんだ付けを行うことができる省スペース型の新しいはんだ付け装置及びはんだ付け方法を提供することにある。また、本発明の他の目的は、そうしたはんだ付け装置やはんだ付け方法で製造された部品(基板及び電子部品)を提供することにある。
 (1)上記課題を解決するための本発明に係るはんだ付け装置は、はんだ付けされる電極を有する部品をセットする第1処理部と、前記第1処理部との間に設けられた第1開閉手段で密閉可能に区切られ、前記第1処理部から送り込まれた前記部品を次の第3処理部に送り出す第2処理部と、前記第2処理部との間に設けられた第2開閉手段で密閉可能に区切られ、前記第2処理部から送り込まれた前記部品を有機脂肪酸含有溶液に接触させ、該部品を水平移動する第3処理部と、前記第3処理部で水平移動された前記部品を上方の空間部に移動して前記電極に溶融はんだを付着させる溶融はんだ付着手段、及び、前記空間部で前記付着した溶融はんだのうち余剰の溶融はんだを除去する溶融はんだ除去手段、を有する第4処理部と、前記第4処理部で下方に移動した前記部品を水平移動する第5処理部と、前記第5処理部との間に設けられた第3開閉手段で密閉可能に区切られ、前記第5処理部から送り込まれた前記部品を次の第7処理部に送り出す第6処理部と、前記第6処理部との間に設けられた第4開閉手段で密閉可能に区切られ、前記第6処理部から送り込まれた前記部品を取り出す第7処理部と、を有する
 この発明によれば、部品が各処理部を順次通過するので、各処理部での個々の処理時間を任意に設定でき、その処理時間に応じた大きさで各処理部を設計できる。その結果、装置の小型化を実現でき、低コストで効率のよいはんだ付け装置となる。また、有機脂肪酸含有溶液で処理する第3処理部を開閉手段で密閉可能に区切ることができるので、有機脂肪酸含有溶液のオイル臭が外部に漏れるのを防ぐことができる。また、第3処理部と第4処理部とを有するので、有機脂肪酸含有溶液で清浄化された電極表面に、電極溶食防止層をボイドや欠陥を極力生じさせない均一な厚さで形成することができる。その結果、その電極溶食防止層上に設けられたはんだにも、ボイドの発生や欠陥を極力生じさせないようにすることができる。
 本発明に係るはんだ付け装置において、前記第1開閉手段と前記第2開閉手段とが同時に開かないように制御され、前記第3開閉手段と前記第4開閉手段とが同時に開かないように制御されることが好ましい。
 この発明によれば、有機脂肪酸含有溶液のオイル臭が外部に漏れるのをより一層防ぐことができる。
 本発明に係るはんだ付け装置において、前記部品がカセットに装着されて、少なくとも前記第2処理部と前記第3処理部との間を移動させるカセット搬送装置、及び、少なくとも前記第5処理部と前記第6処理部との間を移動させるカセット搬送装置を備えていることが好ましい。
 この発明によれば、部品を装着したカセットを任意に設定したタクトタイムで移動させることができるので、装置の小型化を実現でき、低コストで効率のよいはんだ付け装置となる。
 本発明に係るはんだ付け装置において、前記溶融はんだ付着手段及び前記溶融はんだ除去手段は、前記部品を移動させながら行うことが好ましい。
 この発明によれば、溶融はんだの付着や余剰はんだの除去を短時間で効率的に行うことが可能になる。
 本発明に係るはんだ付け装置において、(a1)前記有機脂肪酸含有溶液がパルミチン酸含有溶液であることが好ましく、(b1)前記溶融はんだが前記有機脂肪酸含有溶液で処理された溶融はんだであることが好ましく、(c1)前記余剰の溶融はんだの除去が前記有機脂肪酸含有溶液で行われることが好ましく、(d1)前記第6処理部が前記部品に付着した有機脂肪酸含有溶液を液切りする液切り手段を有することが好ましく、(e1)前記空間部が、前記有機脂肪酸含有溶液の蒸気によって加圧されていることが好ましく、(f1)前記空間部の温度と前記有機脂肪酸含有溶液の温度とが同じであり、該空間部内の温度が、該空間部内で吹き付ける溶融はんだの温度と同じ又はその温度よりも高いことが好ましい。
 (2)上記課題を解決するための本発明に係るはんだ付け方法は、はんだ付けされる電極を有する部品をセットする第1処理工程と、前記第1処理工程との間に設けられた第1開閉手段で密閉可能に区切られ、前記第1処理工程から送り込まれた前記部品を次の第3処理工程に送り出す第2処理工程と、前記第2処理工程との間に設けられた第2開閉手段で密閉可能に区切られ、前記第2処理工程から送り込まれた前記部品を有機脂肪酸含有溶液に接触させ、該部品を水平移動する第3処理工程と、前記第3処理工程で水平移動された前記部品を上方の空間部に移動して前記電極に溶融はんだを付着させる溶融はんだ付着手段、及び、前記空間部で前記付着した溶融はんだのうち余剰の溶融はんだを除去する溶融はんだ除去手段、を有する第4処理工程と、前記第4処理工程で下方に移動した前記部品を水平移動する第5処理工程と、前記第5処理工程との間に設けられた第3開閉手段で密閉可能に区切られ、前記第5処理工程から送り込まれた前記部品を次の第7処理工程に送り出す第6処理工程と、前記第6処理工程との間に設けられた第4開閉手段で密閉可能に区切られ、前記第6処理工程から送り込まれた前記部品を取り出す第7処理工程と、を有する。
 本発明に係るはんだ付け方法において、(a2)前記有機脂肪酸含有溶液がパルミチン酸含有溶液であることが好ましく、(b2)前記溶融はんだが前記有機脂肪酸含有溶液で処理された溶融はんだであることが好ましく、(c2)前記余剰の溶融はんだを除去する液体が前記有機脂肪酸含有溶液であることが好ましく、(d2)前記第6処理工程が前記部品の表面に付着した有機脂肪酸含有溶液を液切りする液切り手段を有することが好ましく、(e2)前記空間部が、前記有機脂肪酸含有溶液の蒸気によって加圧されていることが好ましく、(f2)前記空間部の温度と前記有機脂肪酸含有溶液の温度とが同じであり、該空間部内の温度が、該空間部内で吹き付ける溶融はんだの温度と同じ又はその温度よりも高いことが好ましい。
 (3)上記課題を解決するための本発明に係る基板は、上記本発明に係るはんだ付け装置又ははんだ付け方法で製造された基板であって、該基板が有する電極は、その表面から、電極溶食防止層、はんだ層及び有機脂肪酸コーティング層の順で設けられていることに特徴を有する。
 (4)上記課題を解決するための本発明に係る電子部品は、上記本発明に係るはんだ付け装置又ははんだ付け方法で製造された電子部品であって、該電子部品が有する電極は、その表面から、電極溶食防止層、はんだ層及び有機脂肪酸コーティング層の順で設けられていることに特徴を有する。
 本発明に係るはんだ付け装置及びはんだ付け方法によれば、各処理部での個々の処理時間を任意に設定できるので、その処理時間に応じた大きさで各処理部を設計できる。その結果、装置の省スペース化を図って小型化を実現でき、低コストで効率のよいはんだ付け装置となる。また、有機脂肪酸含有溶液のオイル臭が外部に漏れるのを防ぐことができる。また、有機脂肪酸含有溶液で清浄化された電極表面に電極溶食防止層を形成することができるので、電極の溶食を防ぐことができるとともに、その電極溶食防止層上に設けられたはんだにボイドの発生や欠陥を極力生じさせないようにすることができる。こうした装置と方法によれば、電気的接続部である電極の信頼性が高く、歩留まりのよい基板や電子部品を低コストで製造することができる。
 本発明に係る基板及び電子部品によれば、基板及び電子部品が有する電極は、その表面から、電極溶食防止層、はんだ層及び有機脂肪酸コーティング層の順で設けられているので、その後のリフロー炉や焼成路等で熱が加わっても、電極溶食防止層で電極の溶食がブロックされる。その結果、種々の工程を経て行われる電子部品の実装工程での電気的接続部(電極部)の信頼性が低下せず、微細な電極でも歩留まりよく製造できるので、低コストで信頼性の高い基板及び電子部品を提供できる。
本発明に係るはんだ付け装置の一例を示す模式的な外観図である。 図1に示すはんだ付け装置を平面視したときの模式的な構成図である。 図1に示すはんだ付け装置を正面視したときの模式的な構成図である。 図1に示すはんだ付け装置を左側面視したときの第4処理部の模式的な構成図である。 図1に示すはんだ付け装置を左側面視したときの第4処理部の他の例を示す模式的な構成図である。 部品である基板の一例を示す模式的な断面図である。 処理後の基板(処理部材)の一例を示す模式的な断面図である。 各処理部又は各工程を経た後の部品の形態を示す模式的な断面図である。 溶融はんだを噴射して溶融はんだを電極上に付着させる工程を示す模式的な断面図である。 有機脂肪酸含有溶液を噴射して余剰の溶融はんだを除去する工程を示す模式的な断面図である。 電極上に形成された金属間化合物層の例であり、(A)は比較例で形成された電極部の模式的な断面図であり、(B)は実施例で形成された電極部の模式的な断面図である。 保持ジグに保持されて連続処理された電子部品の一例を示す模式図である。 製造された電子部品の一例を示す斜視図と断面図である。 製造された電子部品の他の例を示す斜視図である。 本発明に係るはんだ付け装置の他の一例を示す模式的な平面図である。 図1に示すはんだ付け装置の模式的な正面図である。
 以下、本発明に係るはんだ付け装置及びはんだ付け方法、並びに製造された基板及び電子部品について、図面を参照しつつ説明する。なお、本願では、「本発明」を「本願の実施形態」に言い換えることができる。また、はんだ付け装置での「処理部」を、はんだ付け方法での「処理工程」に言い換えることができる。なお、「電極溶食防止層」とは、電極を構成する電極がはんだによって溶食(例えば銅電極の場合は、銅原子が拡散して溶け出す態様のこと。)されるのを防ぐように機能する層のことである。
 [はんだ付け装置及び方法]
 本発明に係るはんだ付け装置100及び方法は、図1~図3に示すように、第1処理部(第1処理工程)110から第7処理部(第7処理工程)170で構成されている。
 詳しくは、はんだ付けされる電極2を有する部品10をセットする第1処理部110と、その第1処理部110との間に設けられた第1開閉手段119で密閉可能に区切られ、第1処理部110から送り込まれた部品10を次の第3処理部130に送り出す第2処理部120と、その第2処理部120との間に設けられた第2開閉手段129で密閉可能に区切られ、第2処理部120から送り込まれた部品10を有機脂肪酸含有溶液131に接触させ、その部品10を水平移動する第3処理部130と、その第3処理部130で水平移動された部品10を上方の空間部143に移動して電極2に溶融はんだ5を付着させる溶融はんだ付着手段33、及び、空間部143で付着した溶融はんだ5のうち余剰の溶融はんだ5を除去する溶融はんだ除去手段34、を有する第4処理部140と、その第4処理部140で下方に移動した処理後の部品11を水平移動する第5処理部150と、その第5処理部150との間に設けられた第3開閉手段159で密閉可能に区切られ、第5処理部150から送り込まれた部品11を次の第7処理部170に送り出す第6処理部160と、その第6処理部160との間に設けられた第4開閉手段169で密閉可能に区切られ、第6処理部160から送り込まれた部品11を取り出す第7処理部170と、を有する装置100及び方法である。
 こうしたはんだ付け装置100及び方法により、従来のディッピング処理のような電極溶食が起こらず、しかもその後の種々の実装工程での電極溶食を起こさない基板や電子部品を製造することができる。その結果、電気的接続部である電極の信頼性が高く、歩留まりのよい基板や電子部品を低コストで製造することができる。また、各処理部での個々の処理時間を任意に設定できるので、その処理時間に応じた大きさで各処理部を設計できる。その結果、装置の省スペース化を図って小型化を実現でき、低コストで効率のよいはんだ付け装置となる。また、有機脂肪酸含有溶液のオイル臭が外部に漏れるのを防ぐことができる。
 はんだ付け装置100は、図1に例示する外観の装置としてもよい。図1の例では、第1処理部110から第7処理部170が配置されている処理部101と、溶融はんだ5aや有機脂肪酸含有溶液131を循環するための装置を備える循環装置部102とを有している。処理部101の前面側には、部品10を搬入する搬入扉103と、部品10を搬出する搬出扉104とが設けられており、必要に応じて設けられる覗き窓105を有している。
 以下、装置100の各構成及び工程について詳しく説明する
 (第1処理部/第1処理工程)
 第1処理部110は、はんだ付けされる電極2を有する部品10をセットする処理部である。
 部品10は、基材1上に電極2が任意の形態で設けられているものであれば特に限定されない。部品10としては、例えば、プリント基板、ウエハー、フレキシブル基板等の基板(「実装基板」ともいう。)や、コネクタ、QFP(Quad Flat Package)、SOP(Small Out line Package)、BGA(Ball Grid Array)、LGA(Land Grid Array)、半導体チップ、チップ抵抗、チップコンデンサ、ジャンパー配線材等の電子部品を挙げることができる。また、ここに例示したもの以外の公知の基板や電子部品、さらには今後開発される新しい基板や電子部品を含む。部品10の具体例としては、図6に示す基板10、図12及び図13(A)に示す電子部品40、及び図14に示す電子部品51,52ような各種の部品を例示できる。こうした部品10は、電極2を片面又は両面に有している。
 電極2は、部品10に各種の形態で設けられている。電極2の種類も特に限定されないが、溶融はんだ5aに含まれる錫と化合して溶食される金属成分を含む導電性電極が対象になる。錫と化合して溶食される金属成分としては、Cu、Ag、Au、Pd、Rh、Zn、Sn、Ni、Co、Bi等を挙げることができる。電極2は、こうした金属成分から選ばれる1種又は2種以上で構成されている。なお、はんだ濡れ性と溶食は表裏一体であり、「はんだ濡れ性」は、そうした金属成分の1種又は2種以上が溶融はんだ5aに含まれる錫と容易に化合して錫化合物として濡れ広がる現象であり、「溶食」は、金属成分の1種又は2種以上が溶融はんだ5aに含まれる錫と化合して錫化合物になって電極2が痩せてしまう現象のことである。後述する電極溶食防止層4は、そうした溶食を防いで、電極2の信頼性が低下するのを防止する層である。
 具体的な電極2としては、銅電極、銅合金電極、銀電極、銀合金電極、金電極、金合金電極、パラジウム電極、パラジウム合金電極、アルミニウム電極、アルミニウム合金電極等を挙げることができる。これらの合金成分に、上記したCu、Ag、Au、Pd、Rh、Zn、Sn、Ni、Co、Bi等から選ばれる1種又は2種以上の金属成分が含まれている場合には、そうした含有成分は、溶融はんだ5aに含まれる錫と化合して錫化合物になって電極2が痩せてしまうという現象が起こる。
 例えば、電極2が銅電極又は銅合金電極である場合は、その銅成分と溶融はんだ中の錫とでCuSn化合物層7が容易に形成する(例えば図11(A)を参照)。その結果、電極2を構成する銅成分が減少(電極溶食)して電極2が痩せてしまう。同様に、銀電極、銀合金電極、金電極、金合金電極、パラジウム電極、パラジウム合金電極、アルミニウム電極、アルミニウム合金電極等の電極2の構成成分として、Cu、Ag、Au、Pd、Rh、Zn、Sn、Ni、Co、Biのいずれか1種又は2種以上含まれる場合も、その1種又は2種以上の成分(M)と溶融はんだ中の錫(Sn)とでMSn化合物が容易に形成する。その結果、電極2を構成する成分Mが減少して電極2が痩せてしまう。
 電極2の形態や寸法は特に限定されないが、基板に設けられている電極パターンの場合は、例えばパターン幅又はパターン直径で、5μm以上又は10μm以上で、500μm以下の狭幅パターン又は微細円形パターンのものを例示することができる。また、電子部品に設けられている電極の場合は、その電子部品の種類に応じ、数百μm以上、数mm以下の程度の大きい寸法の電極を例示できる。
 また、電極2の厚さも特に限定されないが、一例としては、例えば5μm以上、30μm以下の程度を挙げることができる。電極2が設けられる基材1の大きさや外形形状も特に限定されず、各種のものに対して本発明を適用できる。本発明に係る部品の製造方法は、そうした電極2の表面に、電極成分の溶出を抑えることができる電極溶食防止層4を形成する方法である。
 こうした部品10は、図1の搬入扉103から装置100内に搬入される。搬入された部品10は、例えば図2に示すように順に並べられ、掴持装置(部品を掴んで持つ装置)111によって順に第2処理部120に送られる。部品10の両面に電極2がある場合は、1つずつ第2処理部120に送られるが、部品10の片面だけに電極2がある場合は、2つずつ第2処理部120に送られてもよい。この掴持装置111は特に限定されないが、掴み部112を有し、昇降軸113が昇降モータ114で上下動するように制御されるものを例示できる。
 なお、部品10がプリント基板等の場合には、その矩形のプリント基板はそのままセットされるが、部品10が例えば図12に示す電子部品40の場合には、その電子部品40の形状に合わせた保持ジグ42に取り付けたものをセットすることが好ましい。
 (第2処理部/第2処理工程)
 第2処理部120は、第1処理部110との間に設けられた第1開閉手段119で密閉可能に区切られ、第1処理部110から送り込まれた部品10を次の第3処理部130に送り出す処理部である。
 第2処理部120では、第1処理部110から部品10が送り込まれるまでは第1開閉装置119のシャッター(図示しない。以下同じ。)は閉じており、部品10が送り込まれる直前にシャッターが開く。シャッターが開いた後に、第1処理部110から部品10が下方に搬送され、部品10がカセット115に装着される。カセット115に装着した後、第1開閉装置119のシャッターを閉じ、その後、第2開閉装置129のシャッターを開けて部品10を装着したカセット115(これを、部品装着カセット115という。)を第3処理部130に送り出す。
 第3処理部130に部品装着カセット115を送り出した後は、第2開閉装置129のシャッターを閉じ、第3処理部130から入り込んだ第2処理部120内の有機脂肪酸含有溶液131のミストや臭いを空気や不活性ガス等でパージして入れ替えることが好ましい。こうすることにより、第3処理部130で用いる有機脂肪酸含有溶液131のミストや臭いが、第2処理部120から第1処理部110に流れて外部に漏れるのを防ぐことができる。なお、パージして入れ替えたものは、脱臭装置や吸着装置で処理される。
 カセット115の搬送は特に限定されないが、例えば図2に示すようなカセット搬送装置122で行うことができる。このカセット搬送装置122は、搬送ワイヤ123と搬送モータ124と搬送ローラ125とで構成されている。このカセット搬送装置122により、カセット115を、少なくとも第2処理部120と第3処理部130との間で繰り返し往復させることができる。
 第2処理部120の形状は特に限定されないが、1つ又は2つの部品10が1つのカセット115に装着できるだけの大きさであればよい。図2の例では、第2処理部130は平面視で長細い構造で構成されており、省スペースの点で特に有利である。
 第2処理部120には、プレ加熱するためのヒータ121が設けられていることが好ましい。このヒータ121で部品10を予め加温しておくことにより、部品10が第3処理部130の有機脂肪酸含有溶液131に接触したときの有機脂肪酸含有溶液131の温度の降下を抑制できる。
 (第3処理部/第3処理工程)
 第3処理部130は、第2処理部120との間に設けられた第2開閉手段129で密閉可能に区切られ、第2処理部120から送り込まれた部品10を有機脂肪酸含有溶液131に接触させ、その部品10を水平移動する処理部である。
 第3処理部130に部品装着カセット115が下降して送り込まれ、部品10は第3処理部130内の有機脂肪酸含有溶液131に接触する。通常は、図3に示すように、第3処理部130に一定量満たされた有機脂肪酸含有溶液131に浸漬されて接触するが、有機脂肪酸含有溶液131のシャワーを噴霧してもよい。なお、部品装着カセット115が第3処理部130に送り込まれた後は、第2開閉装置129のシャッターが閉じる。
 第3処理部130の大きさ及び形状は特に限定されないが、部品10を有機脂肪酸含有溶液131に接触させることができる十分な大きさと形状であり、部品装着カセット115の搬送に支障のない大きさと形状で構成されていることが好ましい。図2の例では、第3処理部130は平面視で長細い構造で構成されており、省スペースの点で特に有利である。
 有機脂肪酸含有溶液131に接触した部品装着カセット115は、後述する溶融はんだ付着処理や余剰はんだの除去処理のために引き上げられる箇所まで水平移動する。その後、第4処理部140を構成する上方の空間部にまで上昇する。
 第3処理部130中の有機脂肪酸含有溶液131の温度は、そこから蒸発した蒸気で第4処理部140を構成する空間部143の温度を溶融はんだ5aの液流温度と同じ又は略同じ温度とすることから、溶融はんだ5aの液流温度によって決まる。例えば溶融はんだ5aの液流温度が約250℃である場合は、有機脂肪酸含有溶液131の温度も同じ又は同程度の温度であることが好ましく、低温タイプの溶融はんだ5aの液流温度が約150℃である場合は、有機脂肪酸含有溶液131の温度も同じ又は同程度の温度であることが好ましい。こうした温度に設定することにより、有機脂肪酸含有溶液131から蒸発した蒸気の温度を、溶融はんだ5aの液流温度と同じ又は同程度の温度にすることができる。有機脂肪酸含有溶液131の温度の制御手段としては、第3処理部130の周りにヒータや冷却器を巻き付けたり、槽中にヒータや冷却管を挿入したり、槽中の有機脂肪酸含有溶液131を温調機器(図示しない)に循環して温度制御してもよい。
 第3処理部130中の有機脂肪酸含有溶液131は、炭素数が12以上20以下の有機脂肪酸を含む溶液であることが好ましい。炭素数11以下の有機脂肪酸でも使用可能ではあるが、そうした有機脂肪酸は、吸水性があり、あまり好ましくない。また、炭素数21以上の有機脂肪酸は、融点が高いこと、浸透性が悪いこと、取扱いし難いこと等の難点がある。代表的なものとしては、炭素数16のパルミチン酸が好ましい。有機脂肪酸としては、炭素数16のパルミチン酸のみを用いることが特に好ましく、必要に応じて炭素数12以上20以下の有機脂肪酸、例えば炭素数18のステアリン酸を含有させることもできる。
 有機脂肪酸含有溶液131は、5質量%以上25質量%以下のパルミチン酸を含み、残部がエステル合成油からなるものが好ましく用いられる。こうした有機脂肪酸含有溶液131を用いることにより、その有機脂肪酸含有溶液131は、部品10の電極表面に存在する酸化物やフラックス成分等の不純物を選択的に取り込み、電極表面を清浄化することができる。特に、炭素数16のパルミチン酸を10質量%前後(例えば、5質量%以上15質量%以下)含有する有機脂肪酸含有溶液131が好ましい。なお、有機脂肪酸含有溶液131には、ニッケル塩やコバルト塩等の金属塩や酸化防止剤等の添加剤は含まれていない。
 有機脂肪酸の濃度が5質量%未満では、電極2の表面に存在する酸化物やフラックス成分等の不純物を選択的に取り込んで精製する効果がやや低く、さらに低濃度での管理が煩雑になることがある。一方、有機脂肪酸の濃度が25質量%を超えると、有機脂肪酸含有溶液131の粘度が高くなること、300℃以上の高温領域では発煙と悪臭の問題を生ずること、等の問題がある。したがって、有機脂肪酸の含有量は、5質量%以上25質量%以下であることが好ましく、特に炭素数16のパルミチン酸のみを用いる場合は、10質量%前後(例えば、5質量%以上15質量%以下)の含有量であることが好ましい。
 第3処理部130では、上記した有機脂肪酸含有溶液131に部品10が接触し、その結果、部品10が有する電極2の表面に存在する酸化物や不純物等が除去されて清浄化される。そして、電極2の表面は、有機脂肪酸含有溶液131を構成する有機脂肪酸のコーティング層3(図8(B)参照)が形成される。このコーティング層3は、電極2の表面を清浄し、さらには電極2の表面の酸化を抑制して酸化被膜の生成を防ぐことができる。
 (第4処理部/第4処理工程)
 第4処理部140は、第3処理部130で水平移動された部品10を上方の空間部143に移動して電極2に溶融はんだ5aを付着させる溶融はんだ付着手段33、及び、空間部143で付着した溶融はんだ5aのうち余剰の溶融はんだ5aを除去する溶融はんだ除去手段34、を有する処理部である。なお、符号141は溶融はんだ5aの配管であり、その配管141には噴射ノズル33が通常は等間隔で設けられている。また、符号142は有機脂肪酸含有溶液131の配管であり、その配管142には噴射ノズル34が通常は等間隔で設けられている。
 この第4処理部140では、図3に示すように、部品装着カセット115から部品10が掴持装置181の掴み部182で掴まれ、昇降軸183の昇降によって、その後の上昇、降下、水平移動等が行われる。なお、図3の例では、部品装着カセット115から部品10だけを掴んで移動しているが、部品装着カセット115のまま移動させて付着手段33や除去手段34を適用してもよい。
 先ず、溶融はんだ付着手段33について説明する。
 溶融はんだ付着手段33は、第3処理部130で水平移動された部品10を上方の空間部143に移動して電極2に溶融はんだ5aを付着させる。部品10は、図3~図5に示すように、第3処理部130の有機脂肪酸含有溶液131で処理された後、上方の空間部143に引き上げられる。空間部143は、有機脂肪酸含有溶液131と同じ又は略同じ有機脂肪酸含有溶液131の蒸気雰囲気の加圧された空間部であって、部品10に設けられている電極2に向けて溶融はんだ5aの液流5’を吹き付ける付着手段33、及び後述する余剰の溶融はんだ5aに有機脂肪酸含有溶液131を吹き付けて除去する除去手段34を水平方向に離して配置している空間部である。
 空間部;
 空間部143は、有機脂肪酸含有溶液131の蒸気等で満たされており、加圧状態になっていることが好ましい。空間部143の圧力は特に限定されないが0.1Pa前後であることが好ましい。特に有機脂肪酸含有溶液131の蒸気によって上記範囲の加圧状態になっていることにより、部品10の電極2が酸化したり不純物で汚染されたりすることがない。この空間部143は、先ず、窒素ガスを導入した後、有機脂肪酸含有溶液131を加温して空間部143をその蒸気で満たすことによって形成される。なお、符号148は、空間部内の圧力を調整したり、ガスの入れ替えを行ったりするためのドレンである。
 空間部143の雰囲気温度は、はんだ付けする溶融はんだ5aの温度と同じ又はそれに近い温度であることが好ましい。同じ温度であってもよいが、溶融はんだ5aの温度よりもやや高く設定することが好ましい。例えば、溶融はんだ5aの液流温度に比べて、2℃以上10℃以下の高さで設定されていることが好ましく、2℃以上5℃以下の雰囲気温度に設定されていることが好ましい。この温度範囲内とすることにより、電極2の表面に噴射した後の溶融はんだ5aの液流5’をその電極2の表面に満遍なく流動させることができ、特にファインピッチの電極や小面積の電極の表面の隅々にまで溶融はんだ5aを広げることができる。雰囲気温度が溶融はんだ5aの液流温度よりも低い場合は、溶融はんだ5aの粘度が低下して溶融はんだ5aの流動性が低下することがあり、一方、雰囲気温度が10℃を超える高さで設定されると、温度が高すぎて部品10に熱ダメージを与えるおそれがある。
 空間部143の下には第3処理部130があり、その第3処理部130から蒸発した有機脂肪酸含有溶液131の蒸気が空間部143を満たしている。その量は特に限定されないが、空間部143の圧力を0.1MPa前後にする蒸気を発生させることができる程度の量であればよい。
 空間部143の下の有機脂肪酸含有溶液131の温度は、そこから蒸発した蒸気で空間部143の温度を溶融はんだ5aの液流温度と同じ又は略同じ温度とすることから、溶融はんだ5aの液流温度によって決まる。例えば溶融はんだ5aの液流温度が250℃である場合や低温はんだのように150℃程度である場合は、有機脂肪酸含有溶液131の温度も同じ又は同程度の温度であることが好ましい。こうした温度に設定することにより、有機脂肪酸含有溶液131から蒸発した蒸気の温度を、溶融はんだ5aの液流温度と同じ又は同程度の温度にすることができる。有機脂肪酸含有溶液131の温度の制御手段としては、第3処理部130の周りにヒータや冷却器を巻き付けたり、槽中にヒータや冷却管を挿入したり、槽中の有機脂肪酸含有溶液131を温調機器(図示しない)に循環して温度制御してもよい。
 付着処理;
 第4処理部140を構成する空間部143では、部品10の電極2に向けて溶融はんだ5aの付着処理(噴射処理ともいう。)を行う。すなわち、図3~図5に示すように、有機脂肪酸含有溶液131から上方の空間部143に部品10を引き上げながら、その部品10に対して溶融はんだ5aの液流5’を噴射させて、電極2上に溶融はんだ5aを付着させる。付着処理は、溶融はんだ5aの液流5’を吹き付ける付着手段33によって行われ、例えば図4及び図5に示すように、噴射ノズル33が好ましく用いられる。この噴射ノズル33は、電極2が設けられている面の側に配置されていることが好ましいが、通常、部品10の両面側に配置されている。
 最初に、噴射ノズル33から噴射される溶融はんだ5aについて説明する。溶融はんだ5aとしては、はんだを加熱して溶融させ、液流5’として吹き付けることができる程度に流動化させたものを用いる。その加熱温度は、はんだ組成によって任意に選択されるが、通常、150℃以上300℃以下程度の範囲内から良好な温度が設定される。本発明では、錫を主成分とし、ニッケルを副成分として少なくとも含み、さらに銀、銅、亜鉛、ビスマス、アンチモン及びゲルマニウムから選ばれる1種又は2種以上を副成分として任意に含む溶融鉛フリーはんだが用いられる。
 好ましいはんだ組成は、Sn-Ni-Ag-Cu-Ge合金であり、具体的には、ニッケル0.01質量%以上0.5質量%以下、銀2質量%以上4質量%以下、銅0.1質量%以上1質量%以下、ゲルマニウム0.001質量%以上0.02質量%以下、残部が錫のはんだ合金を用いることが、電極溶食を安定して防ぐことができるCuNiSn金属間化合物4(図11(B)参照。)を形成するために好ましい。そうしたCuNiSn金属間化合物4を形成するための特に好ましい組成は、0.01質量%以上0.07質量%以下、銀0.1質量%以上4質量%以下、銅0.1質量%以上1質量%以下、ゲルマニウム0.001質量%以上0.01質量%以下、残部が錫のはんだ合金である。こうしたSn-Ni-Ag-Cu-Ge合金ではんだ付けする場合は、240℃以上260℃以下の温度の溶融はんだ5aとして用いることが好ましい。
 また、ビスマスを含むはんだは、溶融はんだ5aの加熱温度をさらに低温化することができ、その成分組成を調整することにより、例えば150℃近くまで低温化させることができる。こうした低温化は、空間部143内の蒸気の温度も下げることができるのでより好ましい。ビスマスを含有するはんだ組成も、上記同様、ニッケルを0.01質量%以上0.5質量%以下含有することが好ましく、0.01質量%以上0.07質量%以下含有することがより好ましい。こうすることにより、CuSn金属間化合物層4を容易に形成できる低温型の溶融はんだ5aとすることができる。
 また、その他の亜鉛やアンチモンも、必要に応じて配合される。いずれの場合であっても、はんだ組成は、少なくともニッケルを0.01質量%以上0.5質量%以下含有することが好ましく、0.01質量%以上0.07質量%以下含有することがより好ましい。
 こうした組成の溶融はんだ5aは、鉛を含まない鉛フリーはんだであるとともに、上記含有量のニッケルを必須に含むので、図11(B)に示すように、溶融はんだ5aに含まれるニッケルが電極2の銅と化合し、さらに溶融はんだ5aの錫とも化合して、CuNiSn金属間化合物層4を電極2の表面に容易に形成することができる。形成されたCuNiSn金属間化合物層4は、電極2の電極溶食防止層として作用し、電極2の欠損や消失を防ぐように作用する。したがって、CuNiSn金属間化合物層4を有するはんだ層5は、その後において、そのはんだ層5が形成された基板をはんだ槽中にディッピングするディッピング工程に投入する場合のように、電極2にとって過酷とも言える処理にも容易に耐えることができる。そのため、低コストのはんだディッピング工程を適用しても、歩留まりがよく、信頼性の高いはんだ層5を形成できる。さらに、そのはんだ層5を利用した電子部品の実装を低コストで信頼性高く行うことができる実装基板を歩留まりよく得ることができる。
 溶融はんだ5aに含まれるニッケル含有量は、CuNiSn金属間化合物層4の厚さに影響することがわかっている。具体的には、ニッケル含有量が0.01質量%以上、0.5質量%以下(好ましくは0.07質量%以下)の範囲では、1μm以上3μm以下程度の略均一厚さのCuNiSn金属間化合物層4を生成できる。この範囲内の厚さのCuNiSn金属間化合物層4は、電極2中の銅が溶融はんだ5a中又ははんだ層5中に溶け込んで溶食されるのを防ぐことができる。
 ニッケル含有量が0.01質量%では、CuNiSn金属間化合物層4の厚さが約1μm以上1.5μm以下程度になり、ニッケル含有量が例えば0.07質量%では、CuNiSn金属間化合物層4の厚さが約2μm程度になり、ニッケル含有量が0.5質量%では、CuNiSn金属間化合物層4の厚さが約3μm程度になる。
 ニッケル含有量が0.01質量%未満では、CuNiSn金属間化合物層4の厚さが1μm未満になって、そのCuNiSn金属間化合物層4が電極2を覆いきれない箇所が生じ、その箇所から銅の溶食が起こりやすくなることがある。ニッケル含有量が0.5質量%を超えると、硬いCuNiSn金属間化合物層4が厚さ3μmを超えてさらに厚くなり、そのCuNiSn金属間化合物層4に亀裂が生じることがある。その結果、その亀裂部分から銅の溶食が起こりやすくなる。なお、好ましいニッケル含有量は0.01質量%以上0.07質量%以下であり、この範囲のニッケル含有量を有する溶融はんだ5aは、ニッケル含有量が0.07質量%を超え、0.5質量%以下の場合に比べて、CuNiSn金属間化合物層4の亀裂を起こす可能性がなく、平滑な均一層を形成することができる。
 精製処理;
 溶融はんだ5aとして用いるはんだは、精製処理されていることが好ましい。具体的には、炭素数12~20の有機脂肪酸を5質量%以上25質量%以下含有する溶液を180℃以上350℃以下に加熱し、その加熱された溶液と溶融はんだ5aとを接触させて激しく撹拌混合する。こうすることにより、酸化銅とフラックス成分等で汚染された精製処理前の溶融はんだ5aを清浄化することができ、酸化銅やフラックス成分等を除去した溶融はんだ5aを得ることができる。その後、酸化銅やフラックス成分等が除去された溶融はんだ5aを含む混合液を、有機脂肪酸含有溶液貯槽(図示しない)に導入し、その有機脂肪酸含有溶液貯槽中において比重差で分離した清浄化後の溶融はんだ5aをその有機脂肪酸含有溶液貯槽の底部からポンプで鉛フリーはんだ液貯槽に戻す。こうした精製処理を行うことで、液流として使用する溶融はんだ5a中の銅濃度及び不純物濃度の経時的な上昇を抑制し、かつ酸化銅やフラックス残渣等の不純物を鉛フリーはんだ液貯槽に持ち込ませないようにすることができる。その結果、鉛フリーはんだ液貯槽内の溶融はんだ5aの経時的な組成変化を抑制することができるので、安定した接合信頼性の高い溶融はんだ5aを用いたはんだ層5を連続して形成することができる。また、そうしたはんだ層5を備えた実装基板を連続して製造することができる。
 精製された溶融はんだ5aは、はんだ層5の接合品質に影響する酸化銅やフラックス残渣等の不純物を含まない。さらにその溶融はんだ5aは、処理していない溶融はんだに比べて粘度も下がる。その結果、微細なパターンの電極2上にはんだ層5を形成する場合に、その電極2上に満遍なくはんだ層5を形成でき、はんだ層5と電子部品との接合品質のロット間ばらつきがなくなり、経時的な品質安定性に寄与することができる。
 精製に用いる有機脂肪酸含有溶液に含まれる有機脂肪酸は、上記した有機脂肪酸含有溶液131が含むものと同じであるので、ここではその説明を省略する。なお、精製に用いる有機脂肪酸含有溶液の温度は、精製する溶融はんだ5aの融点で決まり、有機脂肪酸含有溶液と溶融はんだ5aとは、少なくとも溶融はんだ5aの融点以上の高温領域(一例としては240℃~260℃)で激しく撹拌接触させる。また、有機脂肪酸含有溶液の上限温度は、発煙の問題や省エネの観点から350℃程度であり、望ましくは精製処理する溶融はんだ5aの融点以上の温度~300℃の範囲である。例えば、ニッケル0.01質量%以上0.07質量%以下、銀0.1質量%以上4質量%以下、銅0.1質量%以上1質量%以下、ゲルマニウム0.001質量%以上0.01質量%以下、残部が錫のはんだ合金は、240℃以上260℃以下の温度で溶融はんだ5aとして用いるので、有機脂肪酸含有溶液の温度もそれと同じ240℃以上260℃以下程度であることが好ましい。なお、低温はんだを用いる場合は、有機脂肪酸含有溶液131もその温度に応じて低温にすることができる。
 こうした有機脂肪酸含有溶液で精製した溶融はんだ5aは、図3~図5に示すように、部品10が有機脂肪酸含有溶液131から上方に引き上げられている途中で、付着手段33から部品10に向かって液流5’として噴霧される。付着手段33からの溶融はんだ5aの噴射圧力は特に限定されず、溶融はんだ5aの種類、温度、粘度等に応じて任意に設定される。通常は0.3MPa~0.8MPa程度の圧力で噴射する。雰囲気温度は、上記したように、溶融はんだ5aの液流温度と同じ又はそれに近い温度(好ましくはやや高い温度)であることが好ましい。こうして、図8(C)及び図5に示すように、電極2に付着して盛り上がった溶融はんだ5aが設けられる。また、付着手段33から吹付ける溶融はんだ5aの液流5’の流速と吹付け処理時間は、溶融はんだ5aの種類等を考慮して任意に設定する。また、付着手段33の形状と吹付け角度等の条件についても、溶融はんだ5aの種類等を考慮して任意に適用又は設定する。
 次に、余剰の溶融はんだの除去手段34について説明する。余剰はんだの除去手段34は、上記した付着手段33によって付着した溶融はんだ5のうち余剰の溶融はんだ5を除去する手段である。
 溶融はんだ5aが盛られた部品10は、図4に示すように、空間部143内に引き上げられた後に空間部143内を水平方向に移動し、その後、余剰の溶融はんだ5aに有機脂肪酸含有溶液131を吹き付けて除去することができる。その除去工程は、部品10を有機脂肪酸含有溶液131中に降下させながら、その途中の空間部143内に配置された除去手段34から有機脂肪酸含有溶液131を吹き付けて行う工程である。この除去工程により、図8(C)及び図10に示すように、電極2上に盛り上がった溶融はんだ5aを除去して、除去しきれない溶融はんだ5aのみを残すことができる。除去しきれない溶融はんだ5aとは、電極2上に形成されたCuNiSn金属間化合物層4に付着した溶融はんだ5aのことであり、その付着した溶融はんだ5aがはんだ層5を構成する。
 また、図5に示すように、部品10を上方の第4処理部140を構成する空間部143に引き上げながら、基板10の両面側に向けられてセットした噴射ノズル33から溶融はんだ5aの液流5’を噴射し、その後引き続いて、部品10を一旦下げて再び空間部143に引き上げながら、部品10上の余剰の溶融はんだ5aを除去する方法を好ましく適用することができる。
 溶融はんだ5aを除去するための有機脂肪酸含有溶液は、第3処理部130に含まれる有機脂肪酸含有溶液131と同じもの又は略同じものである。空間部143が有機脂肪酸含有溶液131の蒸気雰囲気であることから、有機脂肪酸含有溶液131を構成する有機脂肪酸含有溶液131と同じものが用いられる。なお、窒素ガス等の不活性ガスを一部混入させてもよい。一方、酸素を含む空気や水等は、はんだ層5の酸化や有機脂肪酸含有溶液への相溶性の観点から混入させない。除去手段34からの有機脂肪酸含有溶液131の噴射圧力は特に限定されず、溶融はんだ5aの種類、温度、粘度等に応じて任意に設定される。通常は0.2MPa~0.4MPa程度の圧力で噴射する。
 噴射液体として用いる有機脂肪酸含有溶液131の温度は、溶融はんだ5aの温度(例えば250℃前後、低温はんだの場合は150℃前後等)と同じ又は略同じであることが好ましい。こうして余剰の溶融はんだ5aを吹き飛ばすと同時に、露出した溶融はんだ5aの表面には、有機脂肪酸のコーティング層6(図8(D)及び図13(B)参照)を形成できる。
 溶融はんだの再利用;
 空間部143の下方の第3処理部130の底部には、図示しないが、付着手段33から噴射した溶融はんだ5aや除去手段34で掻き落とされた溶融はんだ5aが比重差で沈んでいる。沈んだ溶融はんだ5aを回収して再利用するための循環装置(図示しない)が設けられていてもよい。この循環装置は、第3処理部130の底に貯まった溶融はんだ5aを、溶融はんだ5aを吹き付ける付着手段33に送ってもよい。
 なお、有機脂肪酸含有溶液131と溶融はんだ5aとは、比重差で分離され、第3処理部130の底に沈んだ溶融はんだ5aを取り出して、有機脂肪酸含有溶液131と分離することができる。こうして分離された溶融はんだ5aと有機脂肪酸含有溶液131は、必要に応じて濾過処理等が施された後に再利用することができる。
 (第5処理部/第5処理工程)
 第5処理部150は、第4処理部140で下方に移動した処理後の部品11を水平移動する処理部である。
 第4処理部140から下方に移動した処理後の部品11は、第5処理部150で再び有機脂肪酸含有溶液131に浸漬等によって接触する。第5処理部150は、例えば図3に示すように、省スペース型の第3処理部130と同じ槽内に位置したものであり、処理部としては異なるが同じ有機脂肪酸含有溶液131を共有する領域であり、前述した第3処理部130の延長上にある。
 第5処理部150の有機脂肪酸含有溶液131の温度は、前述したように、第3処理部130中の各部の温度と同じである。また、その有機脂肪酸含有溶液131やその含有成分等も前述したとおりであるので、ここではそれらの説明は省略する。
 下降した部品11は、カセット116に装着され、その部品装着カセット116が第6処理部160の真下まで水平移動する。カセット116の搬送は特に限定されないが、上記したカセット115の搬送と同様、例えば図2に示すようなカセット搬送装置152で行うことができる。このカセット搬送装置152は、搬送ワイヤ153と搬送モータ154と搬送ローラ155とで構成されている。このカセット搬送装置152により、カセット116を、少なくとも第5処理部150と第6処理部160との間で繰り返し往復させることができる。
 (第6処理部/第6処理工程)
 第6処理部160は、第5処理部150との間に設けられた第3開閉手段159で密閉可能に区切られ、第5処理部150から送り込まれた部品11を次の第7処理部170に送り出す処理部である。
 第6処理部160では、第5処理部150から部品装着カセット116が送り込まれるまでは第3開閉装置159のシャッターは閉じており、部品装着カセット116が送り込まれる直前にシャッターが開く。シャッターが開いた後に、第5処理部150から部品装着カセット116が上方に搬送される。その直後に第3開閉装置159のシャッターを閉じ、その後、第4開閉装置169のシャッターを開けて部品装着カセット116から部品11だけを第7処理部170に送り出す。
 第7処理部170に部品11を送り出した後は、第4開閉装置169のシャッターを閉じ、第5処理部150から入り込んだ第6処理部160内の有機脂肪酸含有溶液131のミストや臭いを空気や不活性ガス等でパージして入れ替えることが好ましい。こうすることにより、第5処理部150で用いる有機脂肪酸含有溶液131のミストや臭いが、第6処理部160から第7処理部170に流れて外部に漏れるのを防ぐことができる。なお、パージして入れ替えたものは、脱臭装置や吸着装置で処理される。
 部品装着カセット116からの部品11の掴み出しは、図3に示すような掴持装置191で行うことができる。掴持装置191は特に限定されないが、掴み部192を有し、昇降軸193が昇降モータ194で上下動するように制御されるものを例示できる。
 この第6処理部160では、必要に応じてエアーナイフ(図示しない)を設けてもよい。エアーナイフは、第5処理部150から引き上げられた部品11の表面に付着した有機脂肪酸含有溶液131を液切りするために好ましく適用される。こうした液切りにより、余剰に付着した有機脂肪酸含有溶液131を除去することができる。この液切りは、エアーノズル等を用いることが好ましい。このときのエアーノズル等の噴射圧力は特に限定されず、部品11の大きさや形状に応じて任意に設定される。こうして、処理後の部品11を得ることができる。
 (第7処理部/第7処理工程)
 第7処理部170は、第6処理部160との間に設けられた第4開閉手段169で密閉可能に区切られ、第6処理部160から送り込まれた部品11を取り出す処理部である。第7処理部170に送り込まれた部品11は、例えば図2に示すように順に並べられ、図1の搬出扉104から装置100外に搬出される。
 (その他)
 図3~図5に示すA1,A2,A3,A4,A5,A6,A7,A8,A9は、部品又は部品装着カセットの移動方向を示しており、Bはカセットの戻り方向を示している。また、はんだ付け装置100を構成する循環装置部102は、溶融はんだ5aや有機脂肪酸含有溶液131を循環するための装置であり、ポンプ201、分岐装置202,配管203,204、ポンプ301、分岐装置302、タンク303、分岐装置304、接合部305、分岐部306,307である。これらは任意に設計でき、図2に示す形態以外の構成にすることもできる。
 また、図1~図3に示すように、はんだ付け装置100は、全体を覆う密閉カバーが設けられていると共に、上記した開閉装置と併せて各処理部110~170の間も密閉構造になっている。こうすることにより、蒸発しやすい有機脂肪酸含有溶液131が、蒸気になって外部に放散するのを防ぐことができるとともに、外部からの汚染物質が装置内に入り込むのを防ぐことができる。
 得られた部品11がプリント基板等の基板である場合は、その基板の電極2の表面には、電極溶食防止層4と最小限のはんだ層5と有機脂肪酸コーティング層6とがその順で設けられている。その結果、その基板がその実装工程で、種々の溶融はんだ槽にディッピングされたり、ペーストはんだを印刷した後にリフロー炉に投入されたり、焼成路に投入されたりした場合であっても、電極2の電極溶食が起きず、しかもはんだ濡れ性を損なわず、その後に実装工程で処理することができる。
 得られた部品11が電子部品である場合も、その電子部品の電極2の表面には、電極溶食防止層4と最小限のはんだ層5と有機脂肪酸コーティング層6がその順で設けられている。その結果、その電子部品の実装工程で、種々の溶融はんだ槽にディッピングされたり、印刷されたペーストはんだ上に載置された後にリフロー炉に投入されたり、焼成路に投入されたりした場合であっても、電子部品の電極2の電極溶食が起きず、しかもはんだ濡れ性を損なわず、その後に実装工程で処理することができる。
 以上説明したように、本発明に係るはんだ付け装置100及び方法は、部品10が省スペース構造の各処理部110~170を順次通過するので、各処理部での個々の処理時間を任意に設定でき、その処理時間に応じた大きさで各処理部を設計できる。その結果、装置の省スペース化が図られて小型化を実現でき、低コストで効率のよいはんだ付け装置となる。また、有機脂肪酸含有溶液131で処理する第3処理部130をコンパクトで省スペースを実現できる開閉手段119,129,159,169で密閉可能に区切ることができるので、装置全体の小型化を図ることができるとともに、有機脂肪酸含有溶液131のオイル臭が外部に漏れるのを防ぐことができる。また、第3処理部130と第4処理部140とを有するので、有機脂肪酸含有溶液131で清浄化された電極表面に、電極溶食防止層4をボイドや欠陥を極力生じさせない均一な厚さで形成することができる。その結果、その電極溶食防止層4上に設けられたはんだ5にも、ボイドの発生や欠陥を極力生じさせないようにすることができる。こうした装置と方法によれば、電気的接続部である電極の信頼性が高く、歩留まりのよい基板や電子部品を低コストで製造することができる。
 また、有機脂肪酸含有溶液131に接触させた後に、その有機脂肪酸含有溶液131の蒸気雰囲気の空間部143に引き上げながら、部品10に設けられている電極2に向けて溶融はんだ5aの液流5’を吹き付けて溶融はんだ5aを電極2に付着させ、さらに、その空間部143から降下させながら又は再び引き上げながら余剰の溶融はんだ5aに有機脂肪酸含有溶液131を吹き付けて除去するので、清浄化された電極表面に、電極溶食防止層4を欠陥なく一様に形成することができ、しかも余剰の溶融はんだ5aを除去した状態で再び有機脂肪酸含有溶液131に接触させて有機脂肪酸コーティング層6を設けている。その結果、その後の実装工程で、種々の溶融はんだ槽にディッピングされたり、ペーストはんだを印刷した後にリフロー炉に投入されたり、焼成路に投入されたりした場合であっても、電極2の電極溶食が起きず、しかもはんだ濡れ性を損なわず、その後に実装工程で処理することができる。
 [製造された基板及び電子部品]
 本発明に係る基板10は、図7及び図8(D)に示すように、上記本発明に係るはんだ付け装置100又ははんだ付け方法で製造された基板であって、その基板10が有する電極2は、その表面から、電極溶食防止層4、はんだ層5及び有機脂肪酸コーティング層6の順で設けられている。基板10としては、プリント基板、ウエハー及びフレキシブル基板等の各種の基板を挙げることができる。特にウエハーは、電極の幅やピッチが狭いので、本発明に係る装置及び方法を適用することが好ましく、狭ピッチの微細電極に、はんだ層5を精度よく設けることができる。また、大きな電子部品を設けるプリント基板やフレキシブル基板の場合も、そのはんだ層5の表面を清浄化した状態で保持し、又はその後の工程で処理できるので、信頼性がある基板として用いることができる。
 また、本発明に係る電子部品は、図13及び図14に示すように、上記本発明に係るはんだ付け装置100又ははんだ付け方法で製造された電子部品40,51,52であって、その電子部品40,51,52が有する電極2は、その表面から、電極溶食防止層4、はんだ層5及び有機脂肪酸コーティング層6の順で設けられている。電子部品としては、半導体チップ、半導体モジュール、ICチップ、ICモジュール、誘電体チップ、誘電体モジュール、抵抗体チップ、抵抗体モジュール、等々を挙げることができる。
 こうした基板及び電子部品によれば、その後のリフロー炉や焼成路等で熱が加わっても、電極溶食防止層4で電極2の電極溶食がブロックされる。その結果、種々の工程を経て行われる電子部品の実装工程での電気的接続部(電極部)の信頼性が低下せず、しかも歩留まりよく製造できるので、低コストで信頼性の高い基板及び電子部品を提供できる。
 [はんだ付け装置の他の実施形態]
 本発明に係る他の実施形態のはんだ付け装置400は、図15及び図16に示すように、はんだ付けされる電極を有する部品(処理基板という。)500をセットする第1処理槽(入口槽)401と、その第1処理槽401から送り込まれた処理基板を次の第3処理槽403に送り出す第2処理槽(低温処理液槽)402と、その第2処理槽402から送り込まれた処理基板を有機脂肪酸含有溶液に接触させる第3処理槽(高温処理槽)403と、その第3処理槽403で処理された処理基板の電極に溶融はんだを付着させる溶融はんだ付着手段(はんだ付け処理槽)、及び、前記付着した溶融はんだのうち余剰の溶融はんだを除去する溶融はんだ除去手段(溶融はんだ除去槽)、を有する第4処理槽404と、その第4処理槽404で処理された処理基板を気体又は液体で処理する第5処理槽(溶液除去処理槽)405と、その第5処理槽405から送り込まれた処理基板を次の第7処理槽407に送り出す第6処理槽(連絡槽)406と、第6処理槽406から送り込まれた処理基板600を取り出す第7処理槽(出口槽)407とを有する。
 以下詳しく説明する。
 図15及び図16に示すはんだ付け装置400は、第1処理槽401、第2処理槽402、第3処理槽403、第4処理槽404、第5処理槽405、第6処理槽406及び第7処理槽とで構成されている。第2処理槽402~第6処理槽406の5つの処理槽は、処理タンク431内に配置されている。配置態様は、アーム回転軸432を中心にして、外方に等間隔(例えば72°間隔)で、細長い各処理槽が放射状に内から外に向かうように配置されている。なお、その間隔は等間隔でなくても構わない。
 第1処理槽401と第7処理槽407は、処理タンク431外に配置されているが、図16に示すように、第1処理槽401は第2処理槽402と底で繋がっており、第7処理槽407は第6処理槽406と底で繋がっている。いずれの処理槽401,402,406,407も、処理基板500,600が通過できる程度の縦方向の空間が確保されており、処理基板500,600はその空間をスライドして移動する。
 第1処理槽401の脇には、処理基板500を収容する入口スタック411が配置されている。処理基板500は、この入口スタック411に収容されている。一方、第7処理槽407の脇には、処理済み基板600を収容する出口スタック421が配置されている。処理済み基板600は、この出口スタック421に収容されている。
 これらの各処理槽は、全体を覆うカバーの中に配置され、入口スタック411と出口スタック421が、カバー433の外から処理基板の出し入れができるように、その一部がカバー433の外側にはみ出すように配置されている。
 処理基板500は、はんだ付け処理する電極が設けられている部品の一種である。その基板の種類は特に限定されないが、枚葉状の基板である。処理面は、片面であっても両面であってもよい。
 第1処理槽401は、入口スタック411から投入される。その投入は、ロボットアーム436で行われ、ロボットアーム436の先端に設けられている掴持部材437によって処理基板500を掴み持って行われる。この第1処理槽401には、有機脂肪酸溶液が入っている。第1処理槽401と第2処理槽402とは、繋がっているので、第2処理槽402にも有機脂肪酸溶液が入っている。有機脂肪酸溶液の温度は特に限定されないが、あまり高くないことが好ましく、約50℃~80℃程度であればよい。有機脂肪酸溶液の温度を比較的低温にすることにより、有機脂肪酸溶液の臭いや煙の発生を抑制することができる。なお、第1処理槽401は、アームが上昇したら直ぐに蓋が閉まる構造になっており、7処理槽407も同様、アームが上昇したら直ぐに蓋が閉まる構造になっている。
 第1処理槽401に入った処理基板500は、スライド部材438によって第1処理槽401から第2処理槽402に移動する。その移動手段は特に限定されないが、例えば、図16に示すように、第1処理槽401と第2処理槽402内を往復するスライドラック501で行うことができる。そのスライドラック501は、スライド部材438で移動でき、その移動のための駆動は、掴持部材437がスライド部材438に駆動を伝達して行うことができる。例えば、掴持部材437が回転することにより、スライド部材438でスライドラック501を往復するように機能する。なお、この移動は、第6処理槽406と第7処理槽407との間の移動も同じ原理で行わせることができる。なお、符号412は投入装置であり、符号413はその投入装置から延びるアームであり、符号422は排出装置であり、符号423はその投入装置から延びるアームである。
 第2処理槽402に移動した処理基板は、旋回アーム434の先端に設けられた吊り上げアーム435の先端で掴まれ、上方に引き上げられる。引き上げられた処理基板は、図15に示すように、旋回アーム434によって第3処理槽403の位置まで旋回し、降下し、吊り下げアーム435で掴まれたまま第3処理槽403内に入る。
 第3の処理槽403は、加温された有機脂肪酸溶液が入った槽であり、処理基板はこの有機脂肪酸溶液で処理される。有機脂肪酸溶液の温度は、上記したとおりであるのでここではその説明と作用を省略する。
 処理された処理基板は、吊り下げアーム435で引き上げられ、図15に示すように、旋回アーム434によって第4処理槽404の位置まで旋回し、降下し、吊り下げアーム435で掴まれたまま第4処理槽404内に入る。
 第4処理槽404は、溶融はんだを付着させる処理と、付着した溶融はんだのうち余剰の溶融はんだを除去する処理とを行う槽である。溶融はんだの付着は、槽404の中に溶融はんだを満たした状態で浸漬させてもよいし、溶融はんだを基板面に向けてスプレー噴射させてもよい。また、剰の溶融はんだの除去は、窒素ガスやエアー等の気体や、有機脂肪酸溶液を基板面に向けてスプレー噴射させることにより、処理基板面に付着した余剰のはんだを除去する。
 第4処理槽404には、はんだ循環タンク441と、フィルター442と、ギヤポンプ443とが設けられていてもよい。はんだ循環タンク441は、浸漬させる場合も噴射させる場合も、はんだ循環させることが好ましい。フィルター442は、はんだ中に混入する不純物や有機脂肪酸溶液を分離するためのものであり、サイクロンフィルターを好ましく適用できる。
 処理された処理基板は、吊り下げアーム435で引き上げられ、図15に示すように、旋回アーム434によって第5処理槽405の位置まで旋回し、降下し、吊り下げアーム435で掴まれたまま第5処理槽405内に入る。
 第5処理槽405は、処理された基板を気体又は液体で処理するための槽である。具体的には、基板表面に付着している有機脂肪酸溶液をきれいにしたりする。そうした手段としては、エアースプレー噴射、不活性ガススプレー噴射等を挙げることができる。また、任意の洗浄溶液を満たしておき、その洗浄溶液で処理してもよい。
 処理された処理基板は、吊り下げアーム435で引き上げられ、図15に示すように、旋回アーム434によって第6処理槽406の位置まで旋回し、降下し、吊り下げアーム435で掴まれたまま第6処理槽406内に入る。
 第6処理槽406には、処理タンク内の雰囲気と、外部雰囲気とを遮断するための溶媒が入っている。溶媒としては、上記した有機脂肪酸溶液であってもよいし、アルコール等の他の有機溶液であってもよい。なお、第1処理槽401と第2処理槽402に満たされる有機脂肪酸溶液も、同様に、処理タンク内の雰囲気と、下部雰囲気とを遮断するための溶媒が入っている。こうした溶液による処理タンク内と処理タンク外との雰囲気の遮断は、本発明に係るはんだ付け装置で極めて重要な技術的要素である。こうした遮断が行われることにより、処理タンク内の高温雰囲気と有機脂肪酸溶液雰囲気とを外部に放散させることがないという大きなメリットがある。
 以上説明したように、図15及び図16に示すはんだ付け装置400、及びその装置を用いたはんだ付け方法によれば、各処理槽での処理時間を短時間に設定でき、アームで旋回させながら順次処理することができる。その結果、装置の大幅な省スペース化と小型化を実現でき、低コストで効率のよいはんだ付け装置となる。また、効果的に遮断することができるので、有機脂肪酸含有溶液のオイル臭が外部に漏れるのを防ぐことができる。また、有機脂肪酸含有溶液で清浄化された電極表面に電極溶食防止層を形成することができるので、電極の溶食を防ぐことができるとともに、その電極溶食防止層上に設けられたはんだにボイドの発生や欠陥を極力生じさせないようにすることができる。こうした装置と方法によれば、電気的接続部である電極の信頼性が高く、歩留まりのよい基板や電子部品を低コストで製造することができる。
 以下、実施例と比較例を挙げて、本発明をさらに具体的に説明する。
 [実施例1]
 一例として、基材1に幅が例えば200μmで厚さが例えば10μmの銅配線パターンが形成された基板10を準備した。この基板10は、銅配線パターンのうち、電子部品の実装部分となる幅が例えば200μmで長さが例えば50μmの電極2のみが多数露出し、他の銅配線パターンは絶縁層で覆われている。
 第3処理部130に投入する有機脂肪酸含有溶液131として、ニッケル塩やコバルト塩等の金属塩や酸化防止剤等が含まれていないエステル合成油にパルミチン酸を10質量%になるように含有させた有機脂肪酸含有溶液131を準備した。第3処理部130中の有機脂肪酸含有溶液131の温度を250℃に制御した。用いた溶融はんだ5aは、Ni:0.05質量%、Ge:0.005質量%、Ag:3質量%、Cu:0.5質量%、残部がSnからなる5元系鉛フリーはんだを用い、250℃に加熱して溶融はんだ5aとして準備した。
 空間部143は、窒素ガスを導入した後、有機脂肪酸含有溶液131の温度を250℃まで昇温して、上部空間を有機脂肪酸含有溶液131の蒸気で満たした。こうして準備されたはんだ付け装置100に基板10を投入した。
 基板10を第1処理部110にセットした。基板10は、第1処理部110で掴持装置111で掴まれて第2処理部120に送られ、カセット115に装着される。その後、第1開閉装置119のシャッターを閉じ、カセット115に装着された基板10は、第3処理部130に送られる。第3処理部130に基板10が送られた後、第2開閉装置129のシャッターを閉じた。基板10は、第3処理部130で有機脂肪酸含有溶液131中に浸漬して、電極2上に有機脂肪酸コーティング層3を設けた(例えば図8(B)参照)。この有機脂肪酸コーティング層3は、有機脂肪酸含有溶液131で銅表面を清浄化した結果として付着されるものである。基板10を、第3処理部130で水平移動させた後に、図7及び図9に示すように上方の第4処理部140に引き上げながら、基板10の両面側に向けられてセットした噴射ノズル33から、例えば250℃の溶融はんだ5aの液流5’を噴射した。溶融はんだ5aが吹き付けられた電極2上には、例えば図8(C)に示すように、溶融はんだ5aが付着して盛られた状態になった。
 引き続いて、図7及び図4に示すように、第4処理部140の空間部143内で基板10を水平方向に移動し、その後、下方に降下させながら基板10上の余剰の溶融はんだ5aを除去した。その除去手段は、基板10の両面にいずれも例えば30°に傾けてセットした噴射ノズル34を用いて行った。噴射ノズル34からは、例えば250℃の有機脂肪酸含有溶液131を噴射させた。その結果、図8(D)に示す形態の基板11を得た。なお、この基板11は、電極2上に、電極溶食防止層4、はんだ層5、有機脂肪酸コーティング層6の順でが設けられている。その後、基板11を、第5処理部150中で水平方向に移動し、その後、第3開閉装置159のシャッターを開けて上方の第6処理部160に引き上げた。引き上げながらエアーノズル39からのエアー噴射により液切りした。第6処理部160に引き上げた後にシャッターを閉じた。その後、第4開閉装置169のシャッターを開けて第7処理部170に移動した。こうして基板11を得た。
 [実施例2]
 実施例1において、第4処理部140での処理を図5に示すようにした他は、実施例1と同様にして実施例2の基板11を得た。具体的には、基板10を上方の第4処理部140に引き上げながら、基板10の両面側に向けられてセットした噴射ノズル33から、例えば250℃の溶融はんだ5aの液流5’を噴射した。引き続いて、図5に示すように、基板10を一旦下げて再び空間部143に引き上げながら、基板10上の余剰の溶融はんだ5aを除去した。
 [比較例1]
 実施例1において、はんだ材料として、Ag:3質量%、Cu:0.5質量%、残部がSnからなる3元系鉛フリーはんだを用いた他は、実施例1と同様にして、比較例1の基板を得た。基板の電極2上には、CuNiSn金属間化合物層は存在せず、CuSn金属間化合物層7が形成されていた(図11(A)を参照。)。
 1 基材
 2 電極
 3 コーティング層
 4 電極溶食防止層
 5 はんだ層
 5’ 溶融はんだの液流
 5a 溶融はんだ
 6 コーティング層
 7 CuSn化合物層
 10 部品(基板又は電子部品)
 11 処理された部品(基板又は電子部品)
 33 付着手段(溶融はんだの噴射ノズル)
 34 付着手段(有機脂肪酸含有溶液の噴射ノズル)
 40 電子部品
 41 素子
 42 電子部品の保持ジグ
 51,52 半導体チップ
 100 はんだ付け装置
 101 処理部
 102 循環装置部
 103 搬入扉
 104 搬出扉
 105 覗き窓
 110 第1処理部
 111 掴持装置
 112 掴み部
 113 昇降軸
 114 昇降モータ
 115 カセット
 116 カセット
 119 第1開閉装置
 120 第2処理部
 121 ヒータ
 122 カセット搬送装置
 123 搬送ワイヤ
 124 搬送モータ
 125 搬送ローラ
 129 第2開閉装置
 130 第3処理部
 131 有機脂肪酸含有溶液
 140 第4処理部
 141 溶融はんだ配管
 142 有機脂肪酸含有溶液配管
 143 空間部
 148 ドレン
 150 第5処理部
 152 カセット搬送装置
 153 搬送ワイヤ
 154 搬送モータ
 155 搬送ローラ
 159 第3開閉装置
 160 第6処理部
 169 第4開閉装置
 170 第7処理部
 181 掴持装置
 182 掴み部
 183 昇降軸
 191 掴持装置
 192 掴み部
 193 昇降軸
 194 昇降モータ
 201 ポンプ
 202 分岐装置
 203,204 配管
 301 ポンプ
 302 分岐装置
 303 タンク
 304 分岐装置
 305 接合部
 306,307 分岐部
 A1,A2,A3,A4,A5,A6,A7,A8,A9 部品の移動方向
 B カセットの戻り方向
 400 はんだ付け装置
 401 第1処理槽(入口槽)
 402 第2処理槽(低温処理液槽)
 403 第3処理槽(高温処理槽)
 404 第4処理槽(はんだ付け処理槽)
 405 第5処理槽(溶液除去処理槽)
 406 第6処理槽(連絡槽)
 407 第7処理槽(出口槽)
 411 入口スタック
 412 投入装置
 413 アーム
 421 出口スタック
 422 排出装置
 423 アーム
 431 処理タンク
 432 アーム回転軸
 433 カバー
 434 旋回アーム
 435 吊り下げアーム
 436 ロボットアーム
 437 把持部材
 438 スライド部材
 441 はんだ循環タンク
 442 フィルター
 443 ギヤポンプ
 500,510,520,530,540 処理基板
 501 スライドホルダー

Claims (7)

  1.  はんだ付けされる電極を有する部品をセットする第1処理部と、
     前記第1処理部との間に設けられた第1開閉手段で密閉可能に区切られ、前記第1処理部から送り込まれた前記部品を次の第3処理部に送り出す第2処理部と、
     前記第2処理部との間に設けられた第2開閉手段で密閉可能に区切られ、前記第2処理部から送り込まれた前記部品を有機脂肪酸含有溶液に接触させ、該部品を水平移動する第3処理部と、
     前記第3処理部で水平移動された前記部品を上方の空間部に移動して前記電極に溶融はんだを付着させる溶融はんだ付着手段、及び、前記空間部で前記付着した溶融はんだのうち余剰の溶融はんだを除去する溶融はんだ除去手段、を有する第4処理部と、
     前記第4処理部で下方に移動した前記部品を水平移動する第5処理部と、
     前記第5処理部との間に設けられた第3開閉手段で密閉可能に区切られ、前記第5処理部から送り込まれた前記部品を次の第7処理部に送り出す第6処理部と、
     前記第6処理部との間に設けられた第4開閉手段で密閉可能に区切られ、前記第6処理部から送り込まれた前記部品を取り出す第7処理部と、を有することを特徴とするはんだ付け装置。
  2.  前記第1開閉手段と前記第2開閉手段とが同時に開かないように制御され、前記第3開閉手段と前記第4開閉手段とが同時に開かないように制御される、請求項1に記載のはんだ付け装置。
  3.  前記部品がカセットに装着されて、少なくとも前記第2処理部と前記第3処理部との間を移動させるカセット搬送装置、及び、少なくとも前記第5処理部と前記第6処理部との間を移動させるカセット搬送装置を備えている、請求項1又は2に記載のはんだ付け装置。
  4.  前記溶融はんだ付着手段及び前記溶融はんだ除去手段は、前記部品を移動させながら行う、請求項1~3のいずれか1項に記載のはんだ付け装置。
  5.  はんだ付けされる電極を有する部品をセットする第1処理工程と、
     前記第1処理工程との間に設けられた第1開閉手段で密閉可能に区切られ、前記第1処理工程から送り込まれた前記部品を次の第3処理工程に送り出す第2処理工程と、
     前記第2処理工程との間に設けられた第2開閉手段で密閉可能に区切られ、前記第2処理工程から送り込まれた前記部品を有機脂肪酸含有溶液に接触させ、該部品を水平移動する第3処理工程と、
     前記第3処理工程で水平移動された前記部品を上方の空間部に移動して前記電極に溶融はんだを付着させる溶融はんだ付着手段、及び、前記空間部で前記付着した溶融はんだのうち余剰の溶融はんだを除去する溶融はんだ除去手段、を有する第4処理工程と、
     前記第4処理工程で下方に移動した前記部品を水平移動する第5処理工程と、
     前記第5処理工程との間に設けられた第3開閉手段で密閉可能に区切られ、前記第5処理工程から送り込まれた前記部品を次の第7処理工程に送り出す第6処理工程と、
     前記第6処理工程との間に設けられた第4開閉手段で密閉可能に区切られ、前記第6処理工程から送り込まれた前記部品を取り出す第7処理工程と、を有することを特徴とするはんだ付け方法。
  6.  請求項1~4のいずれか1項に記載のはんだ付け装置又は請求項5に記載のはんだ付け方法で製造された基板であって、該基板が有する電極は、その表面から、電極溶食防止層、はんだ層及び有機脂肪酸コーティング層の順で設けられていることを特徴とする基板。
  7.  請求項1~4のいずれか1項に記載のはんだ付け装置又は請求項5に記載のはんだ付け方法で製造された電子部品であって、該電子部品が有する電極は、その表面から、電極溶食防止層、はんだ層及び有機脂肪酸コーティング層の順で設けられていることを特徴とする電子部品。
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