JP2012004472A - 半田付け方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電気部品31,32を半田付けした基板1を、下限温度Tmin、上限温度Tmaxの範囲内に設定された熱処理温度の領域内において加熱させることにより、フラックス4に含まれている活性剤による影響を低減させる熱処理工程を実施する。熱処理温度の下限温度Tminについては180℃以上とする。熱処理温度の上限温度Tmaxについては、半田溶融温度にマージン値α(0〜10℃)を加算した温度をT1とし、電気部品31,32のうちの耐熱温度が低い側の電気部品の耐熱温度をT2とするとき、温度T1およびT2のうちの低い側の温度
【選択図】図1
Description
(a)熱処理温度の下限温度Tmin:180℃以上
(b)熱処理温度の上限温度Tmax:半田溶融温度にマージン値α(0〜10℃)を加算した温度をT1とし、第1電気部品および第2電気部品のうちの耐熱温度が低い側の電気部品の耐熱温度をT2とするとき、温度T1および温度T2のうちの低い側の温度
ここで、半田溶融温度としては、半田の状態図における液相線として把握できる。熱処理温度の上限温度Tmaxとして半田溶融温度を基準とする理由は、熱処理温度が過剰に高温であると、第1電気部品および第2電気部品を半田付けしている半田部が過剰に溶融し、第1電気部品および第2電気部品がそれぞれの定位置からずれるおそれがあるためである。第1半田付け工程では、電気絶縁性をもつ基体の導電層の上面に積層された半田層を介して第1電気部品を基体の第1領域に半田付けする。この場合、半田付け性を改善させるため、活性剤を含有するフラックスを採用することが好ましい。
(a)熱処理工程における熱処理温度の下限温度Tmin:180℃以上
(b)熱処理温度の上限温度Tmax:半田溶融温度にマージン値α(0〜10℃)を加算した温度T1、第1電気部品および第2電気部品のうちの耐熱温度が低い側の電気部品の耐熱温度をTとするとき、温度T1および温度T2のうちの低い側の温度
温度T1については、半田溶融温度にマージン値α(0〜10℃)を加算した温度とする。マージン値αは、熱の伝達には時間を要すること、熱処理工程の時間等の要因を考慮したものである。熱処理工程の時間が短いときには、電気部品等への影響が少ないため、マージン値αを0〜10℃の範囲内で増加することが好ましい。熱処理工程の時間が長いときには、マージン値αを0〜10℃の範囲内で減少することが好ましい。電気部品の耐熱温度T2については、第1電気部品および第2電気部品のうちの耐熱温度が低い側の耐熱温度とする。熱処理工程における第1電気部品および第2電気部品の保護性を高めるためである。
以下、本発明の実施形態を図1を参照して説明する。本実施形態に係る半田付け方法においては、第1半田付け工程では、図1の状態(1)として示すように、電気絶縁性をもつセラミックス(例えばアルミナ、炭化珪素)を基材とする基板1(基体)の表面である上面1uの第1領域1fにおいて、銅等の導電材料で形成された導電層11を電極層として形成する。更に、図1の状態(2)として示すように、基板1上の導電層11の上面に半田層2を印刷で積層する。次に、図1の状態(3)として示すように、基板1上の半田層2の上に第1電気部品31を配置する。第1電気部品31の外壁面は、半田付け性を向上させるための金属薄膜31cを有する。図1の状態(4)として示すように、その状態で、基板1を加熱炉に挿入し、大気雰囲気において半田層2を加熱して半田層2を溶融凝固させ、第1電気部品31を基板1の第1領域1fに半田付けする。半田層2はフィレット化される。第1電気部品31は電気を使用する部品であり、電気部品でも良いし、電子部品でも良く、抵抗、コンデンサ、コイル、マイコン、メモリ、インターフェース、入力機器、出力機器を例示できる。第1電気部品31は、絶縁基板に抵抗体等の電子素子を搭載したものでも良い。
実施形態1の効果を確認する試験を実機試験例として実施した。この場合では、第1半田付け工程として、半田ペーストとフラックスとを含有する半田ペースト(溶融温度:210〜220℃、型式:TLF-204-SIS、株式会社:タムラ製作所)を用いて電気部品31を基板1に半田付けした。次に、電気部品32を第2半田付け工程にてフラックス4を用いて半田付けした。(電気部品32は第2半田付け工程で半田付けされる。)半田の組成は、Sn−3.0質量%Ag−0.5質量%Cuとした。用いたフラックス4は、ハロゲン元素(Br)を含有する活性剤を含むポストフラックス(型式:ES−1061,千住金属株式会社)とした。凝縮水を発生させ得るような可能性がある多湿雰囲気において実際に基板1が長期にわたり使用されると、樹脂製の保護コート層と基板との接合面においてクラックが発生し、保護コート層の剥離が発生する傾向があった。更に、剥がれた保護コートの下でAgマイグレーションが発生する傾向があった。
上記実機試験の場合、1年以上の長期間の試験が必要であった。そこで、水の入った状態を模擬して、次のモデル試験を行うことで加速試験とした。モデル試験片(パナソニック株式会社、1608サイズ(品番:961010−45200、型番:ERJ3GEYJ104V)を用い、(i)〜(iv)に従って加速試験を実施した。
(i)熱処理を行ったハロゲン元素(Br)を含有する活性剤を含むポストフラックス(型式:ES−1061,千住金属株式会社)と純水とを混合した。これによりイオン量(Brイオン)を0〜1400ppmの範囲内において変化させた複数の混合水を形成した。各混合水を2日以上静置した後に、上澄み液を試験液としてそれぞれ採取した。イオン量が低い試験液については、純水で希釈させて作製した。
(ii)上澄み液で形成した試験液(温度:室温(25℃))の内部に、試験片としてチップ抵抗20個をそれぞれ浸漬させ、恒温槽において2週間、放置した。各濃度に調整した試験液毎にチップ抵抗を20個浸漬させた。
(iii)各試験液から試験片をそれぞれ取り出し、溶媒(IPA)により試験片を超音波洗浄した(10分間×2回)。更に、試験片を60℃×1時間で乾燥した。
(iv)光学顕微鏡観察および電子顕微鏡観察(SEM)を行い、試験片におけるクラックを検出した。そしてクラック発生率を測定した。クラックは、保護コート層と基板の上面との接合面に形成されていた。
図4〜図6は実施形態2に係る第1電気部品31を示す。図4は第1電気部品31の斜視図を示す。図5はY方向に沿って切断した縦断面を示す。図6はX方向に沿って切断した横断面を示す。本実施形態は実施形態1と基本的には同様の構成および同様の作用効果を有する。第1電気部品31はセラミックスなどで形成された絶縁基板31aを有する。絶縁基板31aには、絶縁基板31aの材料が露出する一面(図4の図示で上面)側の基板露出面31au,他面(図4の図示で下面)側の基板露出面31adが形成されている。絶縁基板31aには金属薄膜31cが被覆されている。金属薄膜31cは、銅またはスズあるいはこれらの合金で形成されたメッキ層で被覆されている。
(a)熱処理温度の下限温度Tmin:180℃以上、
(b)熱処理温度の上限温度Tmax:半田溶融温度にマージン値α(0〜10℃)を加算した温度をT1とし、第1電気部品31および第2電気部品32のうちの耐熱温度が低い側の電気部品の耐熱温度をT2とするとき、温度T1およびT2のうちの低い側の温度
そして、熱処理工程後に、基板1上に半田付けされた第1電気部品31を保護コート層7で被覆する被覆工程が実施されている。図5に示すように、保護コート層7は、第1電気部品31の抵抗体31b(電子素子)を被覆するセラミックスを基材とする無機コート層71と、無機コート層71を被覆する熱硬化性樹脂(例えばエポキシ樹脂、フェノール樹脂等)を基材とする樹脂コート層72とで形成されている。場合によっては、無機コート層71を樹脂コート層としても良い。図5では樹脂コート層72は、第1電気部品31の主要素である抵抗体31bを被覆している。図6では樹脂コート層72は絶縁基板31aの上面を被覆している。なお第2電気部品32については保護コート層で被覆しても良いし、しなくても良い。なお、図6において、下面72dは樹脂コート層42の下面(端面)を示し、72xは樹脂コート層72と絶縁基板1aとの接合面を示す。
図7〜図9は実施形態3を示す。図7は第1電気部品31の斜視図を示す。図8はX方向に沿って切断した縦断面を示す。図9はY方向に沿って切断した横断面を示す。本実施形態は実施形態1,2と基本的には同様の構成および同様の作用効果を有する。第1電気部品31は、電気絶縁性をもつセラミックスで形成された絶縁基板31aを有する。絶縁基板31aの表面には、電極層を形成する導電層である金属薄膜31cが被覆されている。金属薄膜31cは、銅またはスズあるいはこれらの合金で形成されたメッキ層で被覆されている。
(a)熱処理温度の下限温度Tmin:180℃以上、
(b)熱処理温度の上限温度Tmax:半田溶融温度にマージン値α(0〜10℃)を加算した温度をT1とし、第1電気部品31および第2電気部品32のうちの耐熱温度が低い側の電気部品の耐熱温度をT2とするとき、温度T1およびT2のうちの低い側の温度
このような熱処理工程により、フラックスに含まれる活性化剤が不活性となり、使用時において、腐食性をもつイオン水の生成が抑制されている。本実施形態によれば、熱処理工程後に、図8および図9に示すように、基板1上に半田付けされた第1電気部品31の抵抗体31b(電子素子)を外側から保護コート層7で被覆する被覆工程が実施されている。保護コート層7は、抵抗体31b(電子素子)を外側から被覆するアルミナ等を基材とする無機コート層71と、無機コート層71を被覆する熱硬化性樹脂(例えばエポキシ樹脂、フェノール樹脂等)を基材とする樹脂コート層72とで形成されている。場合によっては、無機コート層71を樹脂コート層としても良い。
図10は実施形態4を示す。図10はX方向に沿って切断した横断面を示す。本実施形態は実施形態1,2と基本的には同様の構成および同様の作用効果を有する。本実施形態は各実施形態と基本的には同様の構成および同様の作用効果を有する。本実施形態においても、各実施形態と同様に、第1電気部品31等を半田付けした基板1を、下記の(a)の下限温度Tmin、(b)の上限温度Tmaxの範囲内に設定された温度領域内において加熱させることにより、フラックスに含まれている活性剤による影響を低減させる熱処理工程を実施する。
(a)熱処理温度の下限温度Tmin:180℃以上
(b)熱処理温度の上限温度Tmax:半田溶融温度にマージン値α(0〜10℃)を加算した温度をT1とし、第1電気部品31および第2電気部品32のうちの耐熱温度が低い側の電気部品の耐熱温度をT2とするとき、温度T1およびT2のうちの低い側の温度
このような熱処理工程により、フラックスに含まれる活性化剤が不活性となり、腐食性をもつイオン水の生成が抑制されている。
図11は実施形態5を示す。図11はX方向に沿って切断した横断面を示す。本実施形態は実施形態1,2と基本的には同様の構成および同様の作用効果を有する。本実施形態においても、半田付け工程が終了した後、第1電気部品31等を半田付けした基板1を、下記の(a)の下限温度Tmin、(b)の上限温度Tmaxの範囲内に設定された温度領域内において加熱させることにより、フラックスに含まれている活性剤による影響を低減させる熱処理工程を実施する。
(本実施形態においても、実施形態1と同様に、半田付け工程が終了した基板1を、下記の(a)の下限温度Tmin、(b)の上限温度Tmaxの範囲内に設定された温度領域内において加熱させることにより、フラックスに含まれている活性剤による影響を低減させる熱処理工程を実施する。
(a)熱処理温度の下限温度Tmin:180℃以上
(b)熱処理温度の上限温度Tmax:半田溶融温度にマージン値α(0〜10℃)を加算した温度をT1とし、第1電気部品31および第2電気部品32のうちの耐熱温度が低い側の電気部品の耐熱温度をT2とするとき、温度T1およびT2のうちの低い側の温度
そして、熱処理工程後に、第1電気部品31を保護コート層7で被覆する被覆工程が実施されている。図11に示すように、保護コート層7は、第1電気部品31の抵抗体31b(電子素子)を被覆する無機コート層71と、無機コート層71を被覆するエポキシ樹脂等の樹脂材料で形成された樹脂コート層72とで形成されている。更に、図11に示すように、絶縁基板31aの上面と樹脂コート層72の下面72dとの接合面72xを外側から被覆するように、ロジン(天然樹脂,まつやに)をスプレー等の塗布手段で覆っている。これによりロジン被覆層78が樹脂コート層72の外側に被覆されている。ロジン被覆層78の下面78dは、絶縁基板31aの上面を上側から被覆している。更に、ロジン被覆層78の下方に延びる下端部78sは、絶縁基板31aの側面31sを外側から被覆している。
図1に示す実施形態では、電気部品の搭載密度を高めるため、第2電気部品32は第1電気部品31と反対側の表面に半田付けされるが、これに限らず、第2電気部品32は第1電気部品31と同じ側の表面に半田付けされることにしても良い。電気部品は電子部品を含む意味である。本発明は上記し且つ図面に示した実施形態のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できる。溝や流下傾斜面等の流動物接触抑制構造が基板1等に必ずしも形成されていなくても良い。第2半田付け工程では、半田槽5の溶融半田50の湯面を特に持ち上げることなく、基板1を半田槽5の溶融半田50の平坦な湯面に接触させる方式でも良い。本明細書から次の技術的思想も把握できる。
[付記項1]電気絶縁性をもつ基板等の基体と、前記基体の第1領域に設けられた導電層に積層された半田層を介して半田付けされた電気部品と、前記基体に半田付けされた前記電気部品を被覆する保護コート層とを具備しており、前記基体および/または前記保護コート層は、前記基体に付着する流動物が前記保護コート層と前記基体との接合面に接触することを抑える流動物接触抑制構造を有する基体半田付け構造。この場合、腐食性をもつイオン水等の流動物に起因して保護コート層が損傷することが抑制される。保護コート層の被覆前に、前記した熱処理工程を実施することが好ましいが、実施せずとも良い。
[付記項2]付記項1において、前記流動物接触抑制構造は、前記基体の上面に形成され前記基体に存在する流動物を流下させる流下傾斜面を備えている基体半田付け構造。前記した熱処理工程を実施することが好ましいが、実施せずとも良い。流下傾斜面は、保護コート層から保護コート層の外部に流下させることが好ましい。
[付記項3]付記項1において、前記流動物接触抑制構造は、前記基体の上面(表面)に形成され前記基体に存在する前記流動物が前記保護コート層と前記基体との接合面に接触することを抑える溝を有する基体半田付け構造。この場合、腐食性をもつイオン水等の流動物による保護コート層の損傷が抑制される。前記した熱処理工程を実施することが好ましいが、実施せずとも良い。溝は、前記基体において接合面の外側に設けられていることが好ましい。
[付記項4]付記項1において、前記流動物接触抑制構造は、前記保護コート層の外側を覆うロジン被覆層を有する基体半田付け構造。この場合、腐食性をもつイオン水等の流動物による保護コート層の損傷が抑制される。前記した熱処理工程を実施することが好ましいが、実施せずとも良い。
[付記項5]付記項1〜4のうちの一項において、前記基体はこれを厚み方向に貫通するスルーホールを有しており、半田付け工程は、溶融半田を貯留した半田槽の上側に前記基体を配置した状態で、前記基体の下面を前記半田槽の前記溶融半田に接近または接触させ、前記溶融半田を前記スルーホールを介して前記基体の上面側に供給させることにより行われる基体半田付け構造。
Claims (7)
- 電気絶縁性をもつ基体に設けられた導電層に積層された半田層を介して第1電気部品を前記基体の第1領域に半田付けする第1半田付け工程と、
その後、前記基体のうち前記第1電気部品を半田付けした前記第1領域と異なる第2領域に、活性剤を含有するフラックスを存在させた状態で、第2電気部品を半田付けする第2半田付け工程と、
その後、前記第1電気部品および前記第2電気部品が半田付けされた前記基体を、下記の(a)の下限温度Tminと、(b)の上限温度Tmaxとで規定される熱処理温度の領域内において加熱させることにより、前記フラックスに含まれている活性剤による影響を低減させる熱処理工程とを実施する半田付け方法。
(a)熱処理温度の下限温度Tmin:180℃以上、
(b)熱処理温度の上限温度Tmax:半田溶融温度にマージン値α(0〜10℃)を加算した温度をT1とし、前記第1電気部品および前記第2電気部品のうちの耐熱温度が低い側の電気部品の耐熱温度をT2とするとき、温度T1および温度T2のうちの低い側の温度 - 請求項1において、前記熱処理工程において前記熱処理温度の領域内に維持される熱処理時間は180秒以内である半田付け方法。
- 請求項1または2において、前記第2半田付け工程は、溶融半田を貯留した半田槽の上側に前記基体を配置した状態で、前記基体の下側の表面を前記半田槽の前記溶融半田に接近または接触させ、前記溶融半田を前記基体の表面側に供給させることにより行われる半田付け方法。
- 請求項1〜3のうちの一項において、前記熱処理工程後に、前記基体に半田付けされている前記第1電気部品を保護コート層で被覆する被覆工程を実施し、
前記基体および/または前記保護コート層は、前記基体に付着する流動物が前記保護コート層と前記基体との接合面に接触することを抑える流動物接触抑制構造を有する半田付け方法。 - 請求項4において、前記流動物接触抑制構造は、前記基体の上面に形成され前記基体に存在する流動物を流下させる流下傾斜面を備えている半田付け方法。
- 請求項4において、前記流動物接触抑制構造は、前記基体の上面に形成され前記基体に存在する前記流動物が前記保護コート層と前記基体との接合面に接触することを抑える溝を有する半田付け方法。
- 請求項4において、前記流動物接触抑制構造は、前記保護コート層の外側を覆うロジン被覆層を有する半田付け方法。
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JPH05245622A (ja) * | 1992-02-18 | 1993-09-24 | Senju Metal Ind Co Ltd | フラックス残渣からのイオン成分除去方法 |
JPH08250845A (ja) * | 1995-03-08 | 1996-09-27 | Hitachi Ltd | プリント回路板の実装方法 |
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