JPH02211995A

JPH02211995A - ペースト状ハンダ

Info

Publication number: JPH02211995A
Application number: JP1031540A
Authority: JP
Inventors: Masaya Naoi; 雅也直井; Takashi Usuha; 薄葉　隆; Masao Masuzawa; 増澤　政男; Seisaku Oki; 大木　政策
Original assignee: TARUCHIN KK; Aiwa Co Ltd
Current assignee: TARUCHIN KK; Sony Group Corp
Priority date: 1989-02-10
Filing date: 1989-02-10
Publication date: 1990-08-23

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］この発明は、リフローハンダ付は装置等を使用して面実
装型電子部品をプリント基板上に取り付ける場合に使用
して好適なペースト状ハンダに関する。

［従来の技術］へイブリット型ＩＣ等では、その実装密度を高めるため
、ＩＣ基板に実装きれる電子部品はチップ型コンデンサ
等のように、軽薄短小化された面実装部品が使用きれる
傾向にある。

また、面実装部品の大きざは種々あり、同一の電子部品
であってもその太ききは、種々雑多であるＯこのような面実装部品を実装するには、通常リフローハ
ンダ付は装置が使用されることが多い。

これは、第６図に示すように所定のプリント基板５上に
形成きれた導電層６．７間にペースト状ハンダ８，９等
によって、面実装部品１が仮止めされ、仮止めされた状
態で、プリント基板５がリフロー炉（図示せず）内に搬
送きれる。

ペースト状ハンダ８．９としては、例えば５ｎ−ｐｂ系
の共晶ハンダ（その融点は、１８３℃）が使用きれる。

リフロー炉内の高温雰囲気（１８３℃以上）中をプリン
ト基板５が通過することによって、ペースト状ハンダ８
．９が溶融し、その後の条送によってプリント基板５が
冷却される。これで、溶融ざれたハンダが固化して面実
装部品１がプリント基板５上に接合されることになる。

［発明が解決しようとする課Ｍ］ところで、上述したようにリフローハンダ付は装置を使
用して、面実装部品１をプリント基板Ｓ上に実装する場
合、リフローハンダ付は装置内の高温雰囲気中を通過す
るすべての面実装部品１が常に−様な温度分布を示すと
は限らない。

それは、実装きれる電子部品の形状、大きき等は様々で
あって、大きな面実装部品に隣接した小ざな面実装部品
等にあっては、この大きな面実装部品による影響を受け
、同一部品の左右の電極部３．４間であっても、温度差
が生ずることもあるからである。

このように温度の高低差があると、ペースト状ハンダ８
．９の溶融状態も当然相違し、このことは、温度の高い
側のペースト状ハンダが完全に溶融しても、他方のペー
スト状ハンダは完全には溶融しないという現象が一時的
に生ずる。

このように、一方例えば、左側ペースト状ハンダ８が完
全溶融し、右側ペースト状ハンダ９が不完全溶融状態で
あると、完全溶融したハンダ８側の方が、他方よりハン
ダ８自体の表面張力の作用が大きくなる。

この表面張力の作用のおよぼし方は、第６図矢印で示す
ように両型極部３，４での高ざ方向におけるモーメント
（回転モーメントの垂直分力）の差異となって現れ、完
全溶融側の電極部３に加わるモーメントの方が、不完全
溶融電極部４側に加わるモーメントよりも、海かに大き
くなる。

これに起因して、面実装部品１が第７図に示すように立
ち上がってしまういわゆるマンハッタン現象が起きる。

マンハッタン現象は、部品が小ざくなればなるほど相対
的に部品の自重に対するハンダの表面張力が大きくなる
ので、より発生しやすい状態となる。

今日の電子部品においては、実装密度の向上を目指して
いるために、部品自体を小さくする傾向にあり、従って
、マンハッタン現象が生じ易い条件下にある。

また、近年発達してきた気相ハンダ付法（ＶＰＳ法）に
おいては、特にマンハッタン現象が起き易く、大きな問
題となっている。

マンハッタン現象による接合不良は、リフローハンダ付
けの歩留り及び信頼性を著しく低下させる要因となって
いる。

マンハッタン現象を防止し、ハンダ付不良をなくすには
、第８図に示すように接着剤１４を使用して面実装部品
１の起き上がりを防止することが考えられる。

しかし、この接着剤１４を使用すると、第９図に示すよ
うに面実装部品１の載置かずれたようなときには、ずれ
た状態でハンダ付されてしまう。

これによって、他の電子部品との接触事故等を惹起する
虞れがあり、あまり得策な解決手段とは言い難い。

接着剤を使用しなければ、仮に部品がずれて載Ｍされて
いても面実装部品１には、第１０図Ａに示すように溶融
ハンダによる水平方向のモーメント（矢印）が作用する
ため、この面実装部品１に対して、方向修正力（セルフ
アライメント）が働く。これによって、同図Ｂに示すよ
うに正規の位置に固定されることになる。

接着剤１４を使用すると、この溶融ハンダによるセルフ
アライメント作用が活用できない。

また、チップ型セラミックコンデンサ等のように部品側
面にも外部電極を持つ面実装型電子部品では、片側の電
極部のハンダが先に昇温しで溶融した場合、側面の電極
がハンダに濡れて、ハンダの表面張力によるモーメント
が横方向に作用して、部品が櫂ズレを起こすこともある
。これもマンハッタン現象と同様、接合不良の原因とな
る。

また、ざらにｖＰＳ法等の雰囲気加熱方式においては、
表面実装用のリード部分を有するＩＣをリフロー接合す
る場合、プリント基板部分よりも熱容量の小きいリード
部分の方が先に昇温するため、−時的にプリント基板と
リード部分の間に温度差ができる。この場合、溶融した
ハンダの性質として、温度の高い方へ移動する性質があ
り、り一ドとプリント基板の接合部から、溶融したハン
ダがリード部の方へ移行してしまい接合不良を起こすこ
ともある。この現象をウィッキング現象という。

そこで、この発明においては、このような面実装部品の
立ち上がり（マンハッタン）現象、横ズレ及びウィッキ
ング現象などが生じないようなペースト状ハンダを提案
するものであって、上述した基板装置に適用して極めて
好適である。

［課題を解決するための手段］上述の問題点を解決するため、この発明においては、融
点の異なる少な（とも２種類のハンダ粒と液状フラック
ス等を所定量混合してペースト状となきれなペースト状
ハンダであって、融点の高い側のハンダ粒の平均粒径を
融点の低い側のハンダ粒の平均粒径に比し、大なるよう
に選定したことを特徴とするものである。

［作　用］低融点ハンダ粒１０ａ（ｌｌａ）と高融点ハンダ粒１０
ｂ　（ｌｌｂ）とを混合したハンダを使用する場合、プ
リント基板５は炉内の搬送経路において徐々に昇温され
、まず粒径の小ざな低融点ハンダ粒１０ａ　（ｌｌａ）
によフて面実装部品１が導電層６．７に軽（接合される
。

この場合、面実装部品１の左右の電極に温度差があって
、導電層６側の方が高いときには導電層６ａの低融点ハ
ンダ粒１０ａのみ溶融する。

しかし、この場合にはマンハッタン現象は生じない。そ
れは、低融点ハンダ粒１０ａの溶融によって生じる表面
張力の作用は小といので、これによって面実装部品１の
片側（導電層７側）を引き起こすだけのモーメントが得
られないからである。

時間が経過すると、他方の導電層７側の低融点ハンダ粒
（小粒径）１１ａも溶融し、これによって面実装部品１
の電極３．４はその双方とも導電層６．７に軽く接合さ
れる。

また、このような溶融過程において、高融点ハンダ粒１
０ｂは低融点ハンダ粒１０ａよりもその平均粒径が大き
いため、溶融している低融点ハンダの溶融の影響を受け
て高融点ハンダ粒１０ｂの表面が部分的に拡散して溶は
込むようなことがあっても、完全に高融点ハンダ粒１０
ｂが拡散して溶は込むようなことはないので、低融点ハ
ンダ粒ｌＯａの上述した接合効果を損なうことはない。

プリント基板５がざらに昇温されると、今度は粒径の大
きな高融点ハンダ粒も溶融する。このとき、面実装部品
の左右の電極に温度差があり、導電層６側が高い場合に
は、導電層６例の高融点ハンダ粒１０ｂが最初に溶融す
る。

しかし、この場合においても、導電層７側は低融点ハン
ダ粒１１ａによって軽く接合きれているので、導電層６
側の高融点ハンダ粒１０ｂの溶融によって生じるモーメ
ントによっては面実装部品１は起き上がらない。そして
、最後に導電層７側の高融点ハンダ粒１１ｂも溶融して
、面実装部品はプリント基板に接合されることになる。

従って、マンハッタン現象は生じない。同様にして、横
ズレ及びウィッキング現象も防止できる。

混入する低融点ハンダ粒の粒径を小ざくすると、ペース
ト中におけるハンダ粒の粒径分布を広（とることができ
るから、印刷性の低下を防ぐこともできる。

［実　施　例］続いて、この発明に係るペースト状ハンダの一例を、上
述した面実装型電子部品のハンダ付けに適用した例とし
てリフロー炉を用いて面実装部品をプリント基板に実装
する場合について第１図以下を参照して詳細に説明する
。

この発明においても、第１図に示すように、プリント基
板５に形成された所定の導電層６．７上に載置された面
実装部品１がペースト状ハンダ１０．１１によって接合
される。これによって、基板装置が構成される。

この発明では、面実装部品１を接合するペースト状ハン
ダとして、以下に示すような特殊なハンダが使用される
。

すなわち、この発明においては、第２図に示すように、
低融点ハンダ粒１０ａ　（ｌｌａ）と高融点ハンダ粒１
０ｂ（Ｉｌｂ）と液状フラックス１００などを所定量混
合したペースト状ハンダ１０（１１）が使用される。

この場合、両者の温度差（各融点の差）は少なくとも５
℃以上、好ましくは２０〜３０℃以上あるようなハンダ
が選定される。

例えば、低融点ハンダ粒１０ａ（ｌｌａ）として、融点
が１５０℃のハンダ粒（ビスマスを含む三元合金、若し
くは四元合金）を使用した場合には、高融点ハンダ粒１
０ｂ　（ｌｌｂ）としては、融点が１８３℃の５ｎ−Ｐ
ｂ系共晶ハンダが使用される。

実際に使用される低融点ハンダ粒１０ａ（１１ａ）とし
ては、その融点が１３０〜１７０℃の範囲内のハンダ粒
が好適である。同様に、高融点ハンダ粒１０ｂ（ｌｌｂ
）としては、その融点が１５０〜２１０℃の範囲内にあ
るハンダ粒が好適である。

ハンダ粒の径としては、１０μｍ程度以下である場合ハ
ンダボールが生じ易く、また、６０μｍ程度以上である
場合には、スクリーン印刷によってペースト状ハンダを
配置する際の印刷性が低下してしまうため、−船釣にハ
ンダ粒は１０μｍ〜６０μｍに選定される。

本発明におては、第３図に示すように、高融点ハンダ粒
１０ｂ　（１ｌｂ）の粒度分布（粒径−重量％）は低融
点ハンダ粒１０ａ　（ｌｌｂ）の粒度分布よりも大きな
ものが使用される。例えば、低融点ハンダ粒１０ａ　（
ｌｌａ）として第３図の実線で示すように１０〜５Ｃ）
ａｍ程度の粒径のハンダ粒を使用した場合、高融点ハン
ダ粒１０ｂ　（Ｌｌｂ）としては同図破線で示すように
３０〜６０μｍ程度の粒径のものが使用される。

高融点側のハンダ粒の粒径が小ざい場合は、低融点ハン
ダ粒の溶融の影響を受けて、溶融している低融点ハンダ
中に固体である高融点ハンダ粒が拡散して溶は込み、結
果的には単一のハンダと同じ挙動を示すため、２種類の
ハンダ粒を混合するメリットがなくなる。

また、夫々を粒径の大きなハンダ粒だけにしてしまうと
、今度はスクリーン印刷によってペースト状ハンダを配
置する際の印刷性が低下してしまう。

このようなことから、高融点ハンダ粒１０ｂ（ｌｌｂ）
は低融点ハンダ粒１０ａ　（ｌｌａ）よりもその粒径が
大きく設定されるものである。

ざて、このように融点の温度差を持ち、粒径の異なる２
種類のハンダ粒１０ａ　（ｌｌａ）、１０ｂ（ｌｌｂ）
が、第２図のように混合され、液状フラックス１０ｃを
加えてペースト状となされる。

上述したようなペースト状ハンダ１０（１１）を使用し
て第１図のように面実装部品１をハンダ付けすると、以
下のような工程を経てプリント基板５に面実装部品１が
接合きれることになる。

まず、高温雰囲気中のりフロー炉内を通過きせると、第
２図Ｂのように低融点ハンダ粒１０ａが溶融し、雰囲気
温度がざらに上昇すると、同図Ｃのように高融点ハンダ
粒１０ｂも溶融して、ペースト状ハンダが完全に溶融す
る。

この溶融工程は、ペースト状ハンダ１０を単にリフロー
炉内を搬送きせるだけで実現できる。

高融点ハンダ粒１０ｂとして、１８３℃のハンダ粒を使
用する場合には、リフロー炉のりフロー領域（本加熱領
域）が１８３℃以上になるようにコントロールされる。

第５図は上述した溶融工程を図式化したものである。順
を迫って説明する。

まず、プリント基板Ｓ上に形成された所定の導電層６．
７上に上述したペースト状ハンダ１０゜１１が所定量塗
布され、それらの上面に載置された面実装部品１がこの
ペースト状ハンダ１０．１１によって仮止めされる（同
図Ａ）。

この状態でリフロー炉内に搬送される。そうすると、プ
リント基板５はリフロー炉の搬送経路のプリヒート領域
において徐々に昇温され、まず低融点ハンダ粒１０ａ、
ｌｌａが溶融し始める。

この場合、面実装部品１の電極間で温度差があると、そ
のうちでも高温側が溶融する。第５図Ｂは低融点ハンダ
粒１０ａが溶融した状態を示している。そのため、電ｗ
ｉＳ側は溶融した低融点ハンダ粒１０ａにより軽く接合
きれると共に、この溶融により電極３側には若干の表面
張力が作用し、ペースト状ハンダ１０は図示のように、
その表面が若干持ち上がる。

これに対して、電極４例の低融点ハンダ粒１１ａはまだ
溶融していない。

しかし、上述したように低融点ハンダ粒１０ａの溶融に
よる表面張力の作用は掻く僅かであるために、その力で
面実装部品１０片側を持ち上げるまでには至らない。従
って、マンハッタン現象は生じない。

プリント基板５がさらに昇温されることによって他方の
低融点ハンダ粒１１ａも溶融状態となり、画電極３．４
は何れも軽く接合きれる（同図Ｃ）。

プリント基板５がリフ０−炉のりフロー領域（本加熱領
域）まで搬送されると、その雰囲気温度は１９０℃以上
まで上昇している。そのため、高融点ハンダ粒１０ｂも
溶融状態となり、電極３はペースト状ハンダ１０によっ
て完全に接合される（同図Ｄ）。このとき、電極３．４
間に温度差があると、上述したと同じ理由によって、電
極４側の高融点ハンダ粒１１ｂは溶融状態にはなフてい
ない。

しかし、低融点ハンダ粒１１ａによって１ｉｔｉ４は導
電層７に接合きれているから、この場合も、マンハッタ
ン現象は起きない。

リフロー炉の中央部まで搬送されると、電極４側も相当
な高温となるので、これによって高融点ハンダ粒１１ｂ
も溶融して電極４もペースト状ハンダ１１によって完全
に接合されることになる（同図Ｅ）。

このような溶融過程において、２種類のハンダ粒はその
平均粒径が相違するから、リフロー処理の初期において
は、溶融している低融点ハンダ中に固体である高融点ハ
ンダ粒が完全に拡散して溶は込んでしまうことはない。

それは、高融点ハンダ粒１０ｂは低融点ハンダ粒１０ａ
よりもその平均粒径が大さいから、溶融している低融点
ハンダ中に高融点ハンダ粒が拡散するにはかなりの時間
を要するからである。

ここで、気相式ハンダ槽によるリフロー処理に従来のペ
ースト状ハンダを使用した場合と、本発明によるペース
ト状ハンダを使用した場合の一例を第４図Ａに示す。ま
た、これをグラフ化すると第４図Ｂのようになる。

低融点ハンダとして融点が１５０℃のＢｉ入りハンダを
用い、高融点ハンダとしては融点が１８３℃の５ｎ−Ｐ
ｂ系共晶ハンダを用いた。使用した気相ハンダの蒸気温
度は２１５℃である。面実装部品としては、通称１６０
８タイプと呼ばれる小型セラミックコンデンサを３６０
個使用した。

低融点ハンダの混入量のうち、０％と１００％がそれぞ
れ従来例ということになる。この例で判るように、従来
例に対して本発明によるペースト状ハンダは、低融点ハ
ンダの混入量を変化きせることにより、マンハッタン現
象等の接合不良の発生率を大幅に低減きせることが可能
であり、面実装型電子部品の接合信頼性を著しく向上さ
せることかできるものである。

［発明の効果］以上説明したように、この発明においては、融点の異な
る少なくとも２種類のハンダ粒で組成されたペースト状
ハンダであるので、溶融温度が相違する。そのため、リ
フロー初期における低融点ハンダ粒の溶融によって生ず
る表面張力の作用も小きくなる。

まな、２種類のハンダ粒はその平均粒径が相違するから
、最初は低融点ハンダ粒が溶融し、面実装部品が軽（接
合される。そして、ざらに加熱されたとき、高融点のハ
ンダ粒が溶融し、プリント基板への面実装部品の完全な
接合が行なわれる。

従って、このペースト状ハンダを上述したような面実装
部品の実装基板に使用することによって、面実装部品の
マンハッタン現象、横ズレ、ウィッキング現象等を確実
に一掃できる。

従って、この発明に係るペースト状ハンダは、上述した
ように面実装部品を実装する基板装置等に使用して極め
て好適である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係るペースト状ハンダを使用して面
実装型電子部品を固定した基板装置の−例を示す要部の
断面図、第２図はこの発明に係るペースト状ハンダ及び
その溶融工程の説明図、第３図はこの発明に係るペース
ト状ハンダを構成するハンダ粒の粒度分布（粒径−重量
％）を示す図、第４図Ａはそれぞれ低融点ハンダ粒の重
量％と接合不良率との関係を示す図、第４図Ｂはその特
性図、第５図はペースト状ハンダの接合工程を示す図、
第６図は従来のプリント基板への実装状態を示す図、第
７図は従来のペースト状ハンダによるマンハッタン現象
の発生を示す図、第８図は従来の他の実装状態を示す図
、第９図はそのときの平面図、第１０図はセルフアライ
メント効果の説明図である。１０ｂ、ｌｌｂ・・・高融点ハンダ粒１０ｃ・・・液状フラックス１４・・・接着剤

Claims

【特許請求の範囲】

（１）融点の異なる少なくとも２種類のハンダ粒と液状
フラックス等を所定量混合してペースト状となされたペ
ースト状ハンダであって、融点の高い側のハンダ粒の平
均粒径を融点の低い側のハンダ粒の平均粒径に比し、大
なるように選定したことを特徴とするペースト状ハンダ
。