JP3103410B2 - 特殊雰囲気ガスを用いたはんだ付け方法 - Google Patents
特殊雰囲気ガスを用いたはんだ付け方法Info
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
- H05K3/30—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor
- H05K3/32—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits
- H05K3/34—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits by soldering
- H05K3/3489—Composition of fluxes; Methods of application thereof; Other methods of activating the contact surfaces
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
- B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
- B23K35/38—Selection of media, e.g. special atmospheres for surrounding the working area
- B23K35/383—Selection of media, e.g. special atmospheres for surrounding the working area mainly containing noble gases or nitrogen
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電子回路用プリント配
線板上に電子部品をリフローにて装着する際に用いるハ
ンダ付方法及びガスの注入方法でありこの方法によりハ
ンダ付の品質を向上させる。
線板上に電子部品をリフローにて装着する際に用いるハ
ンダ付方法及びガスの注入方法でありこの方法によりハ
ンダ付の品質を向上させる。
【０００２】
【従来の技術】従来、電子部品のハンダ付は、ロジン系
クリーム・ハンダを使用し空気雰囲気中で行なわれてい
たために活性の高いフラックスを使用する必要がある。
活性の高いフラックスを使用しているクリーム・ハンダ
は、はんだ付性は良好であるが、残渣が多く信頼性等で
問題が残るため、フロン等で洗浄する必要があった。し
かし、洗浄工程に使用するフロンは、環境破壊につなが
るため、規制されてきている。そこで無洗浄を目的とし
て、低活性のフラックスを使用したクリーム・ハンダが
開発され、窒素ガス等の不活性ガス中ではんだ付し、無
洗浄化する方法が最近実用化されてきている。
クリーム・ハンダを使用し空気雰囲気中で行なわれてい
たために活性の高いフラックスを使用する必要がある。
活性の高いフラックスを使用しているクリーム・ハンダ
は、はんだ付性は良好であるが、残渣が多く信頼性等で
問題が残るため、フロン等で洗浄する必要があった。し
かし、洗浄工程に使用するフロンは、環境破壊につなが
るため、規制されてきている。そこで無洗浄を目的とし
て、低活性のフラックスを使用したクリーム・ハンダが
開発され、窒素ガス等の不活性ガス中ではんだ付し、無
洗浄化する方法が最近実用化されてきている。
【０００３】
【従来技術による問題点】低固形分のフラックスを含ん
だロジン系クリーム・ハンダを使用する場合、窒素雰囲
気中でリフローによるはんだ付が行なわれる。窒素雰囲
気中で、ハンダ付することにより、はんだ付性は向上
し、もともと低活性であるため、残渣も少ない。しかし
低活性であるため、ハンダボールの発生もあり、残渣の
信頼性があってもハンダボールが多発すれば洗浄工程が
必要となってくる。又ファインピッチ用クリーム・ハン
ダでは、ハンダ粒子が小さいため、よりハンダ・ボール
が発生しやすい。
だロジン系クリーム・ハンダを使用する場合、窒素雰囲
気中でリフローによるはんだ付が行なわれる。窒素雰囲
気中で、ハンダ付することにより、はんだ付性は向上
し、もともと低活性であるため、残渣も少ない。しかし
低活性であるため、ハンダボールの発生もあり、残渣の
信頼性があってもハンダボールが多発すれば洗浄工程が
必要となってくる。又ファインピッチ用クリーム・ハン
ダでは、ハンダ粒子が小さいため、よりハンダ・ボール
が発生しやすい。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】低固形分のフラックス
を含むロジン系クリーム・ハンダを使用し、窒素ガス雰
囲気中でハンダ付するよりも、さらに、ハンダ・ボール
を減少させ、持続強度等の品質を向上させ、又従来空気
中ではんだ付していたロジン系クリーム・ハンダ、ファ
インピッチ用クリーム・ハンダを雰囲気ガス中ではんだ
付することにより、さらに品質を向上させることを目的
とする。
を含むロジン系クリーム・ハンダを使用し、窒素ガス雰
囲気中でハンダ付するよりも、さらに、ハンダ・ボール
を減少させ、持続強度等の品質を向上させ、又従来空気
中ではんだ付していたロジン系クリーム・ハンダ、ファ
インピッチ用クリーム・ハンダを雰囲気ガス中ではんだ
付することにより、さらに品質を向上させることを目的
とする。
【０００５】本発明は、プリント基板の表面実装ハンダ
付において、ロジン系クリーム・ハンダを使用し、約1
0,000ppm以下の酸素及び0.5〜3.0％の水分を含むＮ2，
Ａr又はＨｅ等の不活性ガスからなる特殊雰囲気ガス中
でリフローすることによるハンダ付け方法。
付において、ロジン系クリーム・ハンダを使用し、約1
0,000ppm以下の酸素及び0.5〜3.0％の水分を含むＮ2，
Ａr又はＨｅ等の不活性ガスからなる特殊雰囲気ガス中
でリフローすることによるハンダ付け方法。
【０００６】特殊雰囲気ガスのリフロー炉への導入方法
は以下の方法がある。
は以下の方法がある。
【０００７】(1) 液化窒素を蒸発器で気化させた高純
度窒素ガスを、加湿器に通し水蒸気を含んだ窒素ガスを
リフロー炉へ注入する。
度窒素ガスを、加湿器に通し水蒸気を含んだ窒素ガスを
リフロー炉へ注入する。
【０００８】(2) 窒素発生装置（ＰＳＡ，メンブレン
式）より発生した低純度窒素ガスを、触媒に通し、残留
酸素とＨ2とを反応させ、水分を発生させると同時に残
留酸素分を除去し、リフロー炉に導入する。 本発明において使用される特殊雰囲気ガス中の酸素濃度
が10,000ppmを越えたり、又は水分が0.5〜3.0％の範囲
外の場合ハンダボールの数が増加したり、ハンダ付強度
が弱くなる。
式）より発生した低純度窒素ガスを、触媒に通し、残留
酸素とＨ2とを反応させ、水分を発生させると同時に残
留酸素分を除去し、リフロー炉に導入する。 本発明において使用される特殊雰囲気ガス中の酸素濃度
が10,000ppmを越えたり、又は水分が0.5〜3.0％の範囲
外の場合ハンダボールの数が増加したり、ハンダ付強度
が弱くなる。
【０００９】
【発明の実施例】以下、本発明の実施例について図面を
参照にしながら詳細に説明する。
参照にしながら詳細に説明する。
【００１０】図１は、本発明に係る特殊雰囲気ガスを液
化窒素及び加湿器を用いてリフロー炉に導入する方法で
あり、図２は、特殊雰囲気ガスを窒素発生装置（ＰＳ
Ａ、メンブレン式）より発生する低純度窒素ガス、及び
Ｈ2 ガスを触媒を通してリフロー炉に注入する方法であ
る。
化窒素及び加湿器を用いてリフロー炉に導入する方法で
あり、図２は、特殊雰囲気ガスを窒素発生装置（ＰＳ
Ａ、メンブレン式）より発生する低純度窒素ガス、及び
Ｈ2 ガスを触媒を通してリフロー炉に注入する方法であ
る。
【００１１】図１においては、リフロー炉の入口カーテ
ン１、冷却部４、出口カーテン５には、窒素流量計６，
８，９を通して液化窒素タンク１４より蒸発器１３を通
して気化させた窒素ガスを流量制御して、リフロー炉内
へ注入する。予熱部２、リフロー部３へは特殊雰囲気ガ
スを流す。特殊雰囲気ガスは、加湿器１０に、窒素ガス
を通し、水分を含ませることによりリフロー炉内へ流
す。窒素ガスに含まれる水分量は炉内で０．５〜３．０
％となる様加湿器１０の水分量、水温、Ｎ2 ガス流量に
よりコントロールする。
ン１、冷却部４、出口カーテン５には、窒素流量計６，
８，９を通して液化窒素タンク１４より蒸発器１３を通
して気化させた窒素ガスを流量制御して、リフロー炉内
へ注入する。予熱部２、リフロー部３へは特殊雰囲気ガ
スを流す。特殊雰囲気ガスは、加湿器１０に、窒素ガス
を通し、水分を含ませることによりリフロー炉内へ流
す。窒素ガスに含まれる水分量は炉内で０．５〜３．０
％となる様加湿器１０の水分量、水温、Ｎ2 ガス流量に
よりコントロールする。
【００１２】炉内水分量は、露点計１５にて測定する。
各々のガス流量は酸素計１６により炉内酸素濃度を測定
し、炉内酸素濃度が10,000ppm以下となる様コントロー
ルする。
各々のガス流量は酸素計１６により炉内酸素濃度を測定
し、炉内酸素濃度が10,000ppm以下となる様コントロー
ルする。
【００１３】図２は、窒素発生装置３６より発生した低
純度窒素ガス（Ｏ2 ：０．５〜１％）と、流量計でコン
トロールしたＨ2 ガスを触媒筒３３へ通し、残留酸素分
とＨ2 を反応させ、残留酸素を除去すると同時に、水分
を発生させるこの方法によりリフロー炉内酸素分が１
０，０００ｐｐｍ以下、水分０．５〜３．０％となる様
に窒素発生装置より発生するガス量及びＨ2 ガス添加量
を酸素計、露点計を用いてコントロールする。この場
合、入口カーテン及び出口カーテンへは、外部からの空
気侵入を防ぐ目的であるので、窒素発生装置３６より発
生した低純度窒素ガスをそのまま注入し、他の部分には
上記の特殊雰囲気ガスを注入する。
純度窒素ガス（Ｏ2 ：０．５〜１％）と、流量計でコン
トロールしたＨ2 ガスを触媒筒３３へ通し、残留酸素分
とＨ2 を反応させ、残留酸素を除去すると同時に、水分
を発生させるこの方法によりリフロー炉内酸素分が１
０，０００ｐｐｍ以下、水分０．５〜３．０％となる様
に窒素発生装置より発生するガス量及びＨ2 ガス添加量
を酸素計、露点計を用いてコントロールする。この場
合、入口カーテン及び出口カーテンへは、外部からの空
気侵入を防ぐ目的であるので、窒素発生装置３６より発
生した低純度窒素ガスをそのまま注入し、他の部分には
上記の特殊雰囲気ガスを注入する。
【００１４】図１で示した方法で、リフロー炉へ特殊雰
囲気ガスを流し、炉内雰囲気を酸素濃度３ppm〜21％、
水分量を1.5％、残り窒素の雰囲気で低固形分のフラッ
クスを含むＲＭＡクリーム・ハンダをリフローし、ハン
ダ・ボール接続強度、拡がり率を測定した。
囲気ガスを流し、炉内雰囲気を酸素濃度３ppm〜21％、
水分量を1.5％、残り窒素の雰囲気で低固形分のフラッ
クスを含むＲＭＡクリーム・ハンダをリフローし、ハン
ダ・ボール接続強度、拡がり率を測定した。
【００１５】図３にハンダ・ボール、図４に接続強度、
図５に拡がり率を示す。図３〜５の中の実線は、窒素ガ
ス、点線は、特殊雰囲気中での結果を示す。
図５に拡がり率を示す。図３〜５の中の実線は、窒素ガ
ス、点線は、特殊雰囲気中での結果を示す。
【００１６】ハンダの拡がり率については、窒素ガス、
特殊雰囲気ガスとも差はないがハンダ・ボール、接続強
度については品質の向上がみられる。
特殊雰囲気ガスとも差はないがハンダ・ボール、接続強
度については品質の向上がみられる。
【００１７】炉内酸素濃度２００ｐｐｍ、クリームハン
ダ厚さ１５０μｍ及び１００μｍで窒素ガスと特殊雰囲
気ガス（酸素濃度２００ｐｐｍ、水分１．５％）とでの
ハンダ付強度の比較を下記に示す。 部品のファインピッチ化によりクリームハンダ量は少な
くなってきている。又部品のファインピッチ化にともな
いハンダボールの発生が問題になりやすい。特殊雰囲気
中では、クリームハンダ量を減らしても（実施例の場合
１５０μｍ厚→１００μｍ厚）、強度を維持できる。
ダ厚さ１５０μｍ及び１００μｍで窒素ガスと特殊雰囲
気ガス（酸素濃度２００ｐｐｍ、水分１．５％）とでの
ハンダ付強度の比較を下記に示す。 部品のファインピッチ化によりクリームハンダ量は少な
くなってきている。又部品のファインピッチ化にともな
いハンダボールの発生が問題になりやすい。特殊雰囲気
中では、クリームハンダ量を減らしても（実施例の場合
１５０μｍ厚→１００μｍ厚）、強度を維持できる。
【００１８】図１で示した方法で、リフロー炉内の酸素
濃度を３ppm〜21％、水分量を1.5％、残り窒素の雰囲気
で従来のロジン系クリーム・ハンダ（ファインピッチ用
を含む）をリフローし、ハンダ・ボール、接続強度、拡
がり率を測定した。
濃度を３ppm〜21％、水分量を1.5％、残り窒素の雰囲気
で従来のロジン系クリーム・ハンダ（ファインピッチ用
を含む）をリフローし、ハンダ・ボール、接続強度、拡
がり率を測定した。
【００１９】図６にハンダ・ボール、図７に接続強度、
図８に拡がり率を示す。図６〜８の内、実線は窒素ガ
ス、点線は特殊雰囲気ガス中での結果を示す。
図８に拡がり率を示す。図６〜８の内、実線は窒素ガ
ス、点線は特殊雰囲気ガス中での結果を示す。
【００２０】ハンダの拡がり率については、窒素ガス、
特殊雰囲気ガスとも差はないがハンダ・ボール接続強度
については品質の向上がみられる。
特殊雰囲気ガスとも差はないがハンダ・ボール接続強度
については品質の向上がみられる。
【００２１】図１で示した方法で、リフロー炉内の酸素
濃度を200ppm、水分量を0.1％，0.5％，1.0％，1.5％，
2.0％，2.5％，3.0％，4.0％と変化させ、低固形分のフ
ラックスを含むロジン系クリーム・ハンダをリフローし
ハンダ・ボール、接続強度、拡がり率を測定した。ハン
ダ・ボールについては水分量0.5％以上で減少する。接
続強度については水分量0.5％以上で強度は増加する。
又拡がり率については水分量３％以上で減少しはじめ
る。その結果を図９に示す。
濃度を200ppm、水分量を0.1％，0.5％，1.0％，1.5％，
2.0％，2.5％，3.0％，4.0％と変化させ、低固形分のフ
ラックスを含むロジン系クリーム・ハンダをリフローし
ハンダ・ボール、接続強度、拡がり率を測定した。ハン
ダ・ボールについては水分量0.5％以上で減少する。接
続強度については水分量0.5％以上で強度は増加する。
又拡がり率については水分量３％以上で減少しはじめ
る。その結果を図９に示す。
【図１】本発明の好ましい態様の概略図。
【図２】本発明の好ましい態様の概略図。
【図３】低固形分のフラックスを含むロジン系クリーム
・ハンダのハンダ・ホールの比較を示すグラフ。
・ハンダのハンダ・ホールの比較を示すグラフ。
【図４】低固形分のフラックスを含むロジン系クリーム
・ハンダの接合強度比較を示すグラフ。
・ハンダの接合強度比較を示すグラフ。
【図５】低固形分のフラックスを含むロジン系クリーム
・ハンダの拡がり率比較を示すグラフ。
・ハンダの拡がり率比較を示すグラフ。
【図６】従来型ロジン系クリーム・ハンダのハンダ・ホ
ール比較を示すグラフ。
ール比較を示すグラフ。
【図７】従来型ロジン系クリーム・ハンダの接合強度比
較を示すグラフ。
較を示すグラフ。
【図８】従来型ロジン系クリーム・ハンダの拡がり率の
比較を示すグラフ。
比較を示すグラフ。
【図９】水分量と接合強度、ハンダホール及び拡がり率
の各々の関係を示すグラフ。
の各々の関係を示すグラフ。
１：入口カーテン部 ２：予熱部 ３：リフロー部 ４：冷却部 ５：出口カーテン部 ６：入口カーテン
Ｎ2流量計 ７：加湿Ｎ2用流量計 ８：冷却部Ｎ2流
量計 ９：出口カーテン流量計 １０：加湿器 １１：二次減圧弁 １２：一次減圧弁 １３：蒸発器 １４：ＬＮ2タンク １５：露点計 １６：酸素計 ２１：入口カーテン部 ２２：予熱部 ２３：リフロー部 ２４：冷却部 ２５：出口カーテン部 ２６：入口カーテン
Ｎ2流量計 ２７：予熱部Ｎ2流量計 ２８：リフロー部Ｎ
2流量計 ２９：冷却部Ｎ2流量計 ３０：出口カーテン
Ｎ2流量計 ３１：Ｎ2流量計 ３２：Ｈ2流量部 ３３：触媒筒 ３４：Ｎ2減圧弁 ３５：Ｈ2減圧弁 ３６：Ｎ2発生装置 ３７：Ｈ2ガス
Ｎ2流量計 ７：加湿Ｎ2用流量計 ８：冷却部Ｎ2流
量計 ９：出口カーテン流量計 １０：加湿器 １１：二次減圧弁 １２：一次減圧弁 １３：蒸発器 １４：ＬＮ2タンク １５：露点計 １６：酸素計 ２１：入口カーテン部 ２２：予熱部 ２３：リフロー部 ２４：冷却部 ２５：出口カーテン部 ２６：入口カーテン
Ｎ2流量計 ２７：予熱部Ｎ2流量計 ２８：リフロー部Ｎ
2流量計 ２９：冷却部Ｎ2流量計 ３０：出口カーテン
Ｎ2流量計 ３１：Ｎ2流量計 ３２：Ｈ2流量部 ３３：触媒筒 ３４：Ｎ2減圧弁 ３５：Ｈ2減圧弁 ３６：Ｎ2発生装置 ３７：Ｈ2ガス
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 エド・チャン 兵庫県尼崎市南塚口町４丁目３番23号 大阪酸素工業株式会社内 (56)参考文献 特開 平３−60861（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−8596（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H05K 3/34 B23K 31/02
Claims (2)
- 【請求項１】 プリント基板の表面実装ハンダ付におい
て、ロジン系クリーム・ハンダを使用し、約10,000ppm
以下の酸素及び0.5〜3.0％の水分を含むＮ2，Ａr又はＨ
ｅ等の不活性ガスからなる特殊雰囲気ガス中でリフロー
することによるハンダ付け方法。 - 【請求項２】ロジン系クリーム・ハンダとして低固形分
のフラックスを含むロジン系クリーム・ハンダが使用さ
れ、そして酸素の使用量が、約１，０００ｐｐｍ以下で
ある請求項１記載のハンダ付け方法。
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03338422A JP3103410B2 (ja) | 1991-12-20 | 1991-12-20 | 特殊雰囲気ガスを用いたはんだ付け方法 |
| US07/988,565 US5295621A (en) | 1991-12-20 | 1992-12-10 | Method of soldering using a special atmospheric gas |
| AU30232/92A AU3023292A (en) | 1991-12-20 | 1992-12-17 | A method of soldering using a special atmospheric gas |
| EP92311524A EP0549262B1 (en) | 1991-12-20 | 1992-12-17 | Method of soldering |
| DE69202448T DE69202448T2 (de) | 1991-12-20 | 1992-12-17 | Lötverfahren. |
| CA002085820A CA2085820A1 (en) | 1991-12-20 | 1992-12-18 | Method of soldering using a special atmospheric gas |
| ZA929880A ZA929880B (en) | 1991-12-20 | 1992-12-18 | A method of soldering using a special atmospheric gas |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03338422A JP3103410B2 (ja) | 1991-12-20 | 1991-12-20 | 特殊雰囲気ガスを用いたはんだ付け方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05191033A JPH05191033A (ja) | 1993-07-30 |
| JP3103410B2 true JP3103410B2 (ja) | 2000-10-30 |
Family
ID=18318005
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03338422A Expired - Fee Related JP3103410B2 (ja) | 1991-12-20 | 1991-12-20 | 特殊雰囲気ガスを用いたはんだ付け方法 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5295621A (ja) |
| EP (1) | EP0549262B1 (ja) |
| JP (1) | JP3103410B2 (ja) |
| AU (1) | AU3023292A (ja) |
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