JPH08164477A - 超音波半田接合方法 - Google Patents
超音波半田接合方法Info
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- JPH08164477A JPH08164477A JP31086894A JP31086894A JPH08164477A JP H08164477 A JPH08164477 A JP H08164477A JP 31086894 A JP31086894 A JP 31086894A JP 31086894 A JP31086894 A JP 31086894A JP H08164477 A JPH08164477 A JP H08164477A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 フラックスを使用せず、実装配線基板を熱お
よび加圧により破損,融解することなく、さらに微細な
配線パターンへの対応を可能にした超音波半田接合方法
を提供することにある。 【構成】 接合部21の少なくとも一方がSn,Pbも
しくはSnとPbの合金からなる半田、もしくはSn,
PbもしくはSnとPbの合金を主成分とし残部がA
g,Sb,Cu,In,Bi,Znの内少なくとも1つ
を添加金属として含む半田からなる予備半田層と、他方
が前記半田組成またSn,Pb,Au,Ag,Pd,P
t,In,Cu,Al,Niからなり、予備半田層を接
着剤として接合を行う第1被接合物23と第2被接合物
25との接合において、予備加熱温度をかかる半田組成
の液相線温度と固相線温度との間とし、接合時のみ第
1,第2被接合物23,25と平行に振動する超音波振
動を与えて接合を行うことを特徴とする。
よび加圧により破損,融解することなく、さらに微細な
配線パターンへの対応を可能にした超音波半田接合方法
を提供することにある。 【構成】 接合部21の少なくとも一方がSn,Pbも
しくはSnとPbの合金からなる半田、もしくはSn,
PbもしくはSnとPbの合金を主成分とし残部がA
g,Sb,Cu,In,Bi,Znの内少なくとも1つ
を添加金属として含む半田からなる予備半田層と、他方
が前記半田組成またSn,Pb,Au,Ag,Pd,P
t,In,Cu,Al,Niからなり、予備半田層を接
着剤として接合を行う第1被接合物23と第2被接合物
25との接合において、予備加熱温度をかかる半田組成
の液相線温度と固相線温度との間とし、接合時のみ第
1,第2被接合物23,25と平行に振動する超音波振
動を与えて接合を行うことを特徴とする。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、電極取り出し用リー
ド、ICチップなどの電子部品からなる被接合物と、樹
脂,ガラスなどを素材とする実装配線基板からなる被接
合物とを接合する超音波接合方法に係り、更に詳細に
は、少なくとも一方の接合部分が半田浸漬または半田メ
ッキにより形成された予備半田層からなり、他方の接合
部分が半田浸漬または半田メッキにより形成された予備
半田層またはSn,Pb,Au,Ag,In,Al,N
iなどからなる接合を、超音波と加熱を併用することに
より行う超音波半田接合方法に関する。
ド、ICチップなどの電子部品からなる被接合物と、樹
脂,ガラスなどを素材とする実装配線基板からなる被接
合物とを接合する超音波接合方法に係り、更に詳細に
は、少なくとも一方の接合部分が半田浸漬または半田メ
ッキにより形成された予備半田層からなり、他方の接合
部分が半田浸漬または半田メッキにより形成された予備
半田層またはSn,Pb,Au,Ag,In,Al,N
iなどからなる接合を、超音波と加熱を併用することに
より行う超音波半田接合方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、被接合物としての例えば電極取り
出し用リード,ICチップなどの電子部品と、被接合物
としての例えば樹脂、ガラスなどを素材とする実装配線
基板とを接合する場合、予備半田を行った電極の接合に
は、熱圧着方法が使用されている。
出し用リード,ICチップなどの電子部品と、被接合物
としての例えば樹脂、ガラスなどを素材とする実装配線
基板とを接合する場合、予備半田を行った電極の接合に
は、熱圧着方法が使用されている。
【0003】この方法では、接合しようとする接合部分
に半田浸漬または半田メッキにより予備半田層を形成
し、この電極上の予備半田層を加熱により溶融させた半
田を、50kg/cm2 程度の力で接合しようとする電
極に圧着させ接合を行っている。
に半田浸漬または半田メッキにより予備半田層を形成
し、この電極上の予備半田層を加熱により溶融させた半
田を、50kg/cm2 程度の力で接合しようとする電
極に圧着させ接合を行っている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来の接合方法では、予備半田層を溶融させる必要がある
ため、被接合物同士の全体が液相線温度より高温の温度
まで加熱される。そのために、被接合物としての耐熱性
に劣るガラス配線基板、樹脂配線基板が破損または融解
するという不具合が生じる。
来の接合方法では、予備半田層を溶融させる必要がある
ため、被接合物同士の全体が液相線温度より高温の温度
まで加熱される。そのために、被接合物としての耐熱性
に劣るガラス配線基板、樹脂配線基板が破損または融解
するという不具合が生じる。
【0005】また、半田の濡れ性を確保するのにフラッ
クスを使用する必要があり、その残存フラックス除去洗
浄剤のフロン,エタンが地球環境を汚染したり、その代
替洗浄用の高価なシステムが必要となる問題がある。
クスを使用する必要があり、その残存フラックス除去洗
浄剤のフロン,エタンが地球環境を汚染したり、その代
替洗浄用の高価なシステムが必要となる問題がある。
【0006】さらに、圧着を行うため予備半田層を過剰
につぶし、配線間の短絡を招き微細な配線パターンへの
対応ができない。また、予備半田層をつぶすのに50k
g/cm2 程度の加圧を必要とし、耐加圧性に劣るガラ
ス配線基板,樹脂配線基板を破損せしめる不具合があ
る。
につぶし、配線間の短絡を招き微細な配線パターンへの
対応ができない。また、予備半田層をつぶすのに50k
g/cm2 程度の加圧を必要とし、耐加圧性に劣るガラ
ス配線基板,樹脂配線基板を破損せしめる不具合があ
る。
【0007】この発明の目的は、フラックスを使用せ
ず、実装配線基板を熱および加圧により破損,融解する
ことなく、さらに微細な配線パターンへの対応を可能に
した超音波半田接合方法を提供することにある。
ず、実装配線基板を熱および加圧により破損,融解する
ことなく、さらに微細な配線パターンへの対応を可能に
した超音波半田接合方法を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項1による発明の超音波半田接合方法は、接合部
の少なくとも一方がSn,PbもしくはSnとPbの合
金からなる半田、もしくはSn,PbもしくはSnとP
bの合金を主成分とし残部がAg,Sb,Cu,In,
Bi,Znの内少なくとも1つを添加金属として含む半
田からなる予備半田層と、他方が前記半田組成またS
n,Pb,Au,Ag,Pd,Pt,In,Cu,A
l,Niからなり、予備半田層を接着剤として接合を行
う第1被接合物と第2被接合物との接合において、予備
加熱温度をかかる半田組成の液相線温度と固相線温度と
の間とし、接合時のみ第1,第2被接合物と平行に振動
する超音波振動を与えて接合を行うことを特徴とするも
のである。
に請求項1による発明の超音波半田接合方法は、接合部
の少なくとも一方がSn,PbもしくはSnとPbの合
金からなる半田、もしくはSn,PbもしくはSnとP
bの合金を主成分とし残部がAg,Sb,Cu,In,
Bi,Znの内少なくとも1つを添加金属として含む半
田からなる予備半田層と、他方が前記半田組成またS
n,Pb,Au,Ag,Pd,Pt,In,Cu,A
l,Niからなり、予備半田層を接着剤として接合を行
う第1被接合物と第2被接合物との接合において、予備
加熱温度をかかる半田組成の液相線温度と固相線温度と
の間とし、接合時のみ第1,第2被接合物と平行に振動
する超音波振動を与えて接合を行うことを特徴とするも
のである。
【0009】請求項2による発明の超音波半田接合方法
は、前記超音波振動を与えるこにより得られるキャビテ
ーション効果により、接合面表面の洗浄,酸化膜除去を
行った後、接合を行うことを特徴とするものである。
は、前記超音波振動を与えるこにより得られるキャビテ
ーション効果により、接合面表面の洗浄,酸化膜除去を
行った後、接合を行うことを特徴とするものである。
【0010】請求項3による発明の超音波半田接合方法
は、前記超音波振動を行う際、半田の溶融により下がる
沈み込み距離を、機械的なストッパにより規制して接合
を行うことを特徴とするものである。
は、前記超音波振動を行う際、半田の溶融により下がる
沈み込み距離を、機械的なストッパにより規制して接合
を行うことを特徴とするものである。
【0011】請求項4による超音波半田接合方法は、接
合時における第1,第2被接合物への加圧力を0kg/
cm2 〜15kg/cm2 とすることを特徴とするもの
である。
合時における第1,第2被接合物への加圧力を0kg/
cm2 〜15kg/cm2 とすることを特徴とするもの
である。
【0012】
【作用】以上のような請求項1による発明の超音波半田
接合方法とすることにより、第1,第2被接合物に超音
波振動を与えることで、超音波の振動エネルギにより予
備半田部分を溶融せしめるため、第1被接合物と第2被
接合物が破損することなく、容易に接合される。
接合方法とすることにより、第1,第2被接合物に超音
波振動を与えることで、超音波の振動エネルギにより予
備半田部分を溶融せしめるため、第1被接合物と第2被
接合物が破損することなく、容易に接合される。
【0013】請求項2による発明の超音波半田接合方法
とすることにより、超音波振動のキャビテーション効果
で予備半田表面の洗浄および酸化膜除去を行い、予備半
田表面を活性化させ、フラックを使用することなく、半
田接合方法が行われる。
とすることにより、超音波振動のキャビテーション効果
で予備半田表面の洗浄および酸化膜除去を行い、予備半
田表面を活性化させ、フラックを使用することなく、半
田接合方法が行われる。
【0014】請求項3による発明の超音波半田接合方法
とすることにより、第1被接合物と第2被接合物との間
を適切なクリアランスで確保すると接合後の第1被接合
物と第2被接合物間の距離すなわち半田部分の高さがコ
ントロールされ、圧着することによりつぶされる余分な
半田により配線間が短絡されるのが防止される。
とすることにより、第1被接合物と第2被接合物との間
を適切なクリアランスで確保すると接合後の第1被接合
物と第2被接合物間の距離すなわち半田部分の高さがコ
ントロールされ、圧着することによりつぶされる余分な
半田により配線間が短絡されるのが防止される。
【0015】請求項4による発明の超音波半田接合方法
とすることににより、例えば、実装配線基板である第1
被接合物への加圧が半田溶融前には予備半田層を介在し
て行われるから、加圧力を吸収し減じることができ、か
つ半田溶融後は前記第1被接合物への加圧力がストッパ
により規制されるため第1被接合物への加圧力が0〜1
5kg/cm2 に抑えられて破損が防止される。
とすることににより、例えば、実装配線基板である第1
被接合物への加圧が半田溶融前には予備半田層を介在し
て行われるから、加圧力を吸収し減じることができ、か
つ半田溶融後は前記第1被接合物への加圧力がストッパ
により規制されるため第1被接合物への加圧力が0〜1
5kg/cm2 に抑えられて破損が防止される。
【0016】
【実施例】以下、この発明の実施例を図面に基いて詳細
に説明する。
に説明する。
【0017】図1および図2を参照するに、超音波半田
接合装置1は例えば床面に立設されたエアシリンダ3を
備えており、このエアシリンダ3上には振動体挾部5が
設けられている。この振動体挾部5は下部振動体挾部5
Dと上部振動体挾部5Uとで構成されており、この下部
振動体挾部5Dと上部振動体挾部5Uとで超音波振動子
7がクランプされている。
接合装置1は例えば床面に立設されたエアシリンダ3を
備えており、このエアシリンダ3上には振動体挾部5が
設けられている。この振動体挾部5は下部振動体挾部5
Dと上部振動体挾部5Uとで構成されており、この下部
振動体挾部5Dと上部振動体挾部5Uとで超音波振動子
7がクランプされている。
【0018】この超音波振動子7の前側(図1において
左側)には振動体9が一体化されていると共に、超音波
振動子7の後方(図1において右方)には接続ケーブル
11を介して超音波発振器13が接続されている。前記
振動体9のノーダルポイントには加熱ヒータ15が内蔵
されている。
左側)には振動体9が一体化されていると共に、超音波
振動子7の後方(図1において右方)には接続ケーブル
11を介して超音波発振器13が接続されている。前記
振動体9のノーダルポイントには加熱ヒータ15が内蔵
されている。
【0019】前記エアシリンダ3の後方における床面上
にはストッパ17が配置されている。また、振動体9の
前部における下方の床面には加熱部付き受け治具19が
設けられている。
にはストッパ17が配置されている。また、振動体9の
前部における下方の床面には加熱部付き受け治具19が
設けられている。
【0020】上記構成により、図1および図2に示され
ているように、加熱部分により例えば190℃に昇温さ
れた加熱部付き受け治具19上に、接合部21に超音波
半田浸漬によりPbが6,Snが4の組成からなる半田
により予備半田された第1被接合物としてのガラス製の
実装配線基板23を置き、この実装配線基板23が予備
加熱される。
ているように、加熱部分により例えば190℃に昇温さ
れた加熱部付き受け治具19上に、接合部21に超音波
半田浸漬によりPbが6,Snが4の組成からなる半田
により予備半田された第1被接合物としてのガラス製の
実装配線基板23を置き、この実装配線基板23が予備
加熱される。
【0021】この状態から、図3に示されているよう
に、前記実装配線基板23の接合部21に、第2被接合
物としてのフレキシブルリード25におけるPbが6,
Snが4の組成からなる半田メッキされた接合部27の
配線パターンが一致するように載せる。
に、前記実装配線基板23の接合部21に、第2被接合
物としてのフレキシブルリード25におけるPbが6,
Snが4の組成からなる半田メッキされた接合部27の
配線パターンが一致するように載せる。
【0022】この状態において、振動体9のノーダルポ
イントに設けられた加熱ヒータで190℃に昇温された
振動体9を、図4に示されているように、エアシリンダ
3の作動により下降させ、接合部21と接合部27とを
接触させたまま、例えば3秒間おく。このとき、振動体
9の高さは、接合部21,27の予備半田により規制を
受け、また振動体9による加圧力はかかる予備半田層を
介して実装配線銀23に伝えられる。
イントに設けられた加熱ヒータで190℃に昇温された
振動体9を、図4に示されているように、エアシリンダ
3の作動により下降させ、接合部21と接合部27とを
接触させたまま、例えば3秒間おく。このとき、振動体
9の高さは、接合部21,27の予備半田により規制を
受け、また振動体9による加圧力はかかる予備半田層を
介して実装配線銀23に伝えられる。
【0023】3秒間接触したまま保持した後、超音波振
動子7により例えば40kHzの周波数で図5において
矢印で示したごとく、得られる接合部分29と水平(図
5において左右方向)になるような振動を振動体9に与
え、前記接合部分29に形成された予備半田層の半田を
瞬時に溶融せしめると共に、半田の溶融による超音波振
動子7の沈み込みを前記ストッパ17を使用することで
規制し、沈み込みによる予備半田層の広がりを防止する
ことができる。
動子7により例えば40kHzの周波数で図5において
矢印で示したごとく、得られる接合部分29と水平(図
5において左右方向)になるような振動を振動体9に与
え、前記接合部分29に形成された予備半田層の半田を
瞬時に溶融せしめると共に、半田の溶融による超音波振
動子7の沈み込みを前記ストッパ17を使用することで
規制し、沈み込みによる予備半田層の広がりを防止する
ことができる。
【0024】前記超音波振動を例えば1秒間発振させた
後、振動体9により接合部分29をストッパ17の使用
で接触させたまま半田層の温度を降温し、3秒間の保持
の後、図6に示されているように振動体9を上昇させ接
合が終了する。
後、振動体9により接合部分29をストッパ17の使用
で接触させたまま半田層の温度を降温し、3秒間の保持
の後、図6に示されているように振動体9を上昇させ接
合が終了する。
【0025】このように、第1被接合物の実装配線基板
23における接合物21と第2被接合物のフレキシブル
リード25の接合部とを接触させた状態で超音波振動を
与えることで超音波の振動エネルギーにより予備半田部
分を溶融せしめ、さらに超音波振動のキャビテーション
効果により予備半田表面の洗浄および酸化膜除去を行
い、予備半田部分表面を活性化させ、フラックスを使用
することなく、半田接合を行うことができる。
23における接合物21と第2被接合物のフレキシブル
リード25の接合部とを接触させた状態で超音波振動を
与えることで超音波の振動エネルギーにより予備半田部
分を溶融せしめ、さらに超音波振動のキャビテーション
効果により予備半田表面の洗浄および酸化膜除去を行
い、予備半田部分表面を活性化させ、フラックスを使用
することなく、半田接合を行うことができる。
【0026】また、予備半田の量に見合ったクリアラン
スを確保することにより、接合後の実装配線基板23と
フレキシブルリード25間の距離すなわち、半田部分の
高さをコントロールすることが可能となり、圧着するこ
とによりつぶされる余分な半田により配線間が短絡され
るのを防止することができる。さらに実装配線基板23
への加圧が半田溶融前には予備半田層を介在して行わ
れ、これにより加圧力を吸収し減じることができ、かつ
半田溶融後は実装配線基板23への加圧力がストッパ1
7により規制されるため、実装配線基板23への加圧力
を抑えて0kg/cm2 〜15kg/cm2 の加圧力を
実現することができる。
スを確保することにより、接合後の実装配線基板23と
フレキシブルリード25間の距離すなわち、半田部分の
高さをコントロールすることが可能となり、圧着するこ
とによりつぶされる余分な半田により配線間が短絡され
るのを防止することができる。さらに実装配線基板23
への加圧が半田溶融前には予備半田層を介在して行わ
れ、これにより加圧力を吸収し減じることができ、かつ
半田溶融後は実装配線基板23への加圧力がストッパ1
7により規制されるため、実装配線基板23への加圧力
を抑えて0kg/cm2 〜15kg/cm2 の加圧力を
実現することができる。
【0027】なお、この発明は、前述した実施例に限定
されることなく、適宜な変更を行うことにより、その他
の態様で実施し得るものである。本実施例では実装配線
基板23の接合部21に超音波半田浸漬によりPbが
6,Snが4の組成からなる半田を、フレキシブルリー
ド25の接合物27にPbが6,Snが4の組成からな
る半田めっきを用いて説明したが、一方が、SnとPb
との合金からなる半田,もしくはSn,PbもしくはS
nとPbの合金を主成分とし、残部がAg,Sb,C
u,In,Bi,Znの内少なくとも1つの添加金属と
して含む半田からなる予備半田層と、他方が前記半田組
成またSn,Pb,Au,Ag,Pd,Pt,In,C
u,Al,Niからなる接合部分であっても構わない。
されることなく、適宜な変更を行うことにより、その他
の態様で実施し得るものである。本実施例では実装配線
基板23の接合部21に超音波半田浸漬によりPbが
6,Snが4の組成からなる半田を、フレキシブルリー
ド25の接合物27にPbが6,Snが4の組成からな
る半田めっきを用いて説明したが、一方が、SnとPb
との合金からなる半田,もしくはSn,PbもしくはS
nとPbの合金を主成分とし、残部がAg,Sb,C
u,In,Bi,Znの内少なくとも1つの添加金属と
して含む半田からなる予備半田層と、他方が前記半田組
成またSn,Pb,Au,Ag,Pd,Pt,In,C
u,Al,Niからなる接合部分であっても構わない。
【0028】
【発明の効果】以上のごとき実施例の説明より理解され
るように、請求項1による発明によれば、第1,第2被
接合物に超音波振動を与えることで、超音波の振動エネ
ルギーにより予備半田部分を溶融せしめるから、第1被
接合物と第2被接合物が破損することなく、容易に接合
させることができる。
るように、請求項1による発明によれば、第1,第2被
接合物に超音波振動を与えることで、超音波の振動エネ
ルギーにより予備半田部分を溶融せしめるから、第1被
接合物と第2被接合物が破損することなく、容易に接合
させることができる。
【0029】請求項2による発明によれば、超音波振動
のキャビテーション効果で予備半田表面の洗浄および酸
化膜除去を行い、予備半田表面を活性化させ、フラック
を使用することなく、接合方法を行うことができる。
のキャビテーション効果で予備半田表面の洗浄および酸
化膜除去を行い、予備半田表面を活性化させ、フラック
を使用することなく、接合方法を行うことができる。
【0030】請求項3による発明によれば、第1被接合
物と第2被接合物との間を適切なクリアランスで確保す
ると接合後の第1被接合物と第2被接合物の距離すなわ
ち半田部分の高さがコントロールされ、圧着することに
よりつぶされる余分な半田により配線間が短絡されるの
を防止することができる。
物と第2被接合物との間を適切なクリアランスで確保す
ると接合後の第1被接合物と第2被接合物の距離すなわ
ち半田部分の高さがコントロールされ、圧着することに
よりつぶされる余分な半田により配線間が短絡されるの
を防止することができる。
【0031】請求項4による発明によれば、例えば、実
装配線基板である第1被接合物への加圧が半田溶融前に
は予備半田層を介在して行われるから、加圧力を吸収し
減じることができ、かつ半田溶融後は前記第1被接合物
への加圧力がストッパにより規制されるため第1被接合
物への加圧力が0kg/cm2 〜15kg/cm2 に抑
えられて破損を防止することができる。
装配線基板である第1被接合物への加圧が半田溶融前に
は予備半田層を介在して行われるから、加圧力を吸収し
減じることができ、かつ半田溶融後は前記第1被接合物
への加圧力がストッパにより規制されるため第1被接合
物への加圧力が0kg/cm2 〜15kg/cm2 に抑
えられて破損を防止することができる。
【図1】この発明を実施する一実施例の超音波半田接合
装置の側面図である。
装置の側面図である。
【図2】図1における正面図である。
【図3】この発明の動作を説明する動作説明図である。
【図4】この発明の動作を説明する動作説明図である。
【図5】この発明の動作を説明する動作説明図である。
【図6】この発明の動作を説明する動作説明図である。
1 超音波半田接合装置 3 エアシリンダ 5 振動体挾部 9 振動体 15 加熱ヒータ 17 ストッパ 19 加熱部付き受け治具 21 接合部 23 実装配線基板(第1被接合物) 25 フレキシブルリード(第2被接合物) 27 接合部 29 接合物
Claims (4)
- 【請求項1】 接合部の少なくとも一方がSn,Pbも
しくはSnとPbの合金からなる半田、もしくはSn,
PbもしくはSnとPbの合金を主成分とし残部がA
g,Sb,Cu,In,Bi,Znの内少なくとも1つ
を添加金属として含む半田からなる予備半田層と、他方
が前記半田組成またはSn,Pb,Au,Ag,Pd,
Pt,In,Cu,Al,Niからなり、予備半田層を
接着剤として接合を行う第1被接合物と第2被接合物と
の接合において、予備加熱温度をかかる半田組成の液相
線温度と固相線温度との間とし、接合時のみ第1,第2
被接合物と平行に振動する超音波振動を与えて接合を行
うことを特徴とする超音波半田接合方法。 - 【請求項2】 前記超音波振動を与えることにより得ら
れるキャビテーション効果により、接合面表面の洗浄,
酸化膜除去を行った後、接合を行うことを特徴とする請
求項1記載の超音波半田接合方法。 - 【請求項3】 前記超音波振動を行う際、半田の溶融に
より下がる沈み込み距離を、機械的なストッパにより規
制して接合を行うことを特徴とする請求項1,2記載の
超音波半田接合方法。 - 【請求項4】 接合時における第1,第2被接合物への
加圧力を0kg/cm2 〜15kg/cm2 とすること
を特徴する請求項3記載の超音波半田接合方法。
Priority Applications (1)
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