JPH01102946A - リフロー半田付けによる電子部品の実装方法 - Google Patents

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１ この発明は印刷配線基板に電子部品を実装する方法に関
するものである。より詳しくはクリーム半田を用いてフ
ラットタイプの電子部品を実装するリフロー半田付は方
法に関する。なお、クリーム半田とは半田粒子粉末とフ
ラックスとを練り混ぜてペースト状にしたものをいう。

［従来の技術］ 近年、印刷配線基板に電子部品を実装するのにリフロー
半田付は方法が多く採用されるようになった。このリフ
ロー半田付は方法を第５図から第８図を参照して一般的
に説明する。第５図は印刷配線基板（１）を示す。この
基板にはランド部（２）が設けられている。ランド部（
２）は例えば露出した銅層からなる。図示の左下の二“
列に配列された短冊形のランド部の群は第６図（＾）に
示された二方向のフラットタイプの電子部品に対するも
のである。図示の基板（１）の右゛　　上のランド部の
訃は第６図（８）に示された四方向のフラットタイプの
電子部品に対するものである。第６図および第７図に示
す如くフラットタイプの電子部品はその周辺に多数のリ
ード端子（５）を有する・さて）これらフラットタイプ
の電子部品を基板に実装するには、基板（１）のランド
部（２）にメタルマスクあるいはスクリーンマスク等を
用いてクリーム半田を印刷し、これに電子部品のリード
端子を押し付け、クリーム半田の持つ粘着力により仮装
着し、その後、赤外線や蒸気等を用いた加熱工程によっ
て半田を溶融し、その後、凝固させるというものである
。

リフロー半田付は方法の問題点はブリッジ不良（リード
端子間に半田が渡りショートさせること）の発生とオー
プン不良（リード端子がランド部に接続されず浮いた状
態になっていること）の発生である。電子部品内の電気
回路の集積度が増すにつれて電子部品の周辺から引き出
されるリード端子の数が増えてリード端子の配列の間隔
が狭くなる。かくして高密度実装が行われるようになる
と、−船釣に言って半田の量が多すぎる場合ブリッジ不
良が発生し、半田の量が少なすぎる場合オーブン不良が
発生する。

従来の技術は半田の量を少なくするということが基本で
あった。例えば特公昭５７−２９０７２号公報に示され
たリフロー半田付は方法の特徴はランド部から溢れない
ようにランド部にクリーム半田をスクリーン印刷すると
いうことである。

それまで半田メッキによりランド部全域にわたってしか
もランド部周辺において膨れ上がるように存在していた
半田の量を、前述の如くクリーム半田をスクリーン印刷
することにより減少させ、かくして例えば０．６３５Ｍ
の如き狭いリード端子間隔でもブリッジ不良の発生を見
なくなったと報告している。しかしこの方法は、リード
端子が水平に真直ぐに延びたもので何等フォーミング（
曲折加工をいう）されていない（第７図参照）。第８図
の下に示す如くリード端子（５）がフォーミングされて
いるものでは、クリーム半田（３）をランド部（２）区
域面積以下の面積で施与してもブリッジ不良が発生する
のである。

フォーミンクされている。ものについては、特開昭５８
−１３２９４０４公報がある。これはフォーミングされ
たりリード端子を有するフラットタイプの電子部品を基
板に実装するに際して、フォーミングされたリード端子
の接続部の長さより狭い幅のクリーム半田層を基板にラ
ンド部の在る区域面にへたいちに一様に被着するという
ことを特徴とするものである。それまではリード端子の
接続部の長さより広い幅のクリーム半田層を７様に被着
していたのである。つまり、この特開昭５８−１３２９
４０号公報も半田の量を少なくしようというものである
。ところで、この技術の基本にある、クリーム半田層を
基板にランド部のある区域面にへたいちに一様に被着す
るというやり方では、隣接するランド部間の間隔が狭小
になると、融けた半田は隣接するランド部にまたがった
ままで安定し、ブリッジ不良を除去しえないのである。

更にこの特開昭５８−１３２９４０号のクリーム半田の
被着は通常デイスペンサーで行われる。これは少量生産
に向くが、大量生産には不適当なのである。なぜならば
、このようなへた塗りとも称する被着を大量生産で行う
べく例えばメタルマスクを用いた印刷で行うと、必要な
半田量が確保されないのである。更に詳しく説明すると
、メタルマスクの厚みを増やすとクリーム半田がマスク
から扱けなくなり、厚みは必然的に薄くしなければなら
ないからである。かくしてこの特開昭の方法を大量生産
に適用するとオープン不良を生ぜしめるのである。そし
てたとえオープン不良でなく、リード端子がランド部に
接合していても、半田の量が少ないためにその接合は不
安定で永年に亘る品質の保証を為しえないのである。

かくして、半田の量をランド部とリード端子の接続部と
の接合をしっかりと安定させ永年に亘り維持するに十分
なものとなし、しかもブリッジ不良の発生を抑える大量
生産向きのリフロー半田付は方法の開発が求められてき
たのである。

［発明が解決しようとする問題点］ つまり、従来の大量生産におけるリフロー半田付は方法
では半田の量が多くなるとブリッジ不良があり、半田の
量が少なくなるとオープン不良がＱりかつ永年に亘る接
合安定性が得られないという問題点があるということで
ある。

本発明は、かかる問題点を解消するためになされたもの
で、フォーミングされたリード端子を有するフラットタ
イプの電子部品を十分な半田量でしっかりと印刷配線基
板に実装し、しかも隣接するリード端子間をショートさ
せるブリッジ不貞の発生をなくすリフロー半田付は方法
を提供することを目的とする。

［問題点についての考察］ 現在のクリーム半田を印刷する技術では、クリーム半田
のチクソ性（剪断応力が加わっている時に粘度が低下す
る性質、即ち印刷していると粘度が低下する性質）のた
め、印刷を繰り返しているうちに垂れが生じる。この垂
れは大量生産する上で不可避である。更には電子部品搭
載時、および加熱時にも垂れは生じる。そして現状のプ
ロセスではかかる垂れは不可避である。

ここで、半田の絶対量が少なければ、垂れも少なくブリ
ッジ不良に至らないが、逆にオープン不良が見られ、ま
た接合強度および信頼性が落ちる。オープン不良はフォ
ーミングされたリード端子の接続部の高さに多少のバラ
ツキが有ることにより生じる。そしてこのオープン不良
は導通検査でプローブピンを当てたときに前記接続部が
押し下げられて導通してＯＫの判定が出て発見しにくい
のである。これに対しブリッジ不良は検出しやすい。従
ってオープン不良を回避した、かつ接合強度および信頼
性を確保すべく半田の量を多めにした所定量が決まるの
である。

さて、フォーミングされたリード端子を持つフラットタ
イプの電子部品を前記所定量のクリーム半田を用いて基
板に実装した場合に見られるブリッジの発生場所には特
定の性質が有ることが判明した。これを第９図について
説明する。

第９図（Ａ）はフォーミンクされたリード端子（５）の
接続部（６）が基板のランド部（２）に施与されたクリ
ーム半田（３）にその粘着力により仮装着されている状
態を示す。第９図（Ｂ）はクリーム半田が融けた直後の
状態を示し、クリーム半田（３）の厚みが減少している
ことを示している。

その後、融けた半田がランド部とリード端子の接続部と
の間でメニスカスを作って安定すべく流動する。この流
動は特にリード端子（５）の接続部（６）の付は根付近
から急激に立ち上がっている部分において特別な作用を
もたらしこの付近でのブリッジ不貞の発生を助長するか
めようになっている。かくして第９図（Ｃ）に示す如く
接続部（６）の付は根付近においてブリッジを生ぜしめ
ている。しかし横から見ると第９図（Ｄ）の如くである
。つまり第８図に示す如くライン（１０）付近に沿った
部分にブリッジ（７）が特に発生するのである。

この現象を更に追及して行くと次のことが判明した。こ
れを第１０〜１２図を参照して説明する。なお、第１１
図は第９図（Ｂ）の斜視図であり、第１２図は第１１図
のｘｎ−ｘｎ線に沿う断面を示すと共にその変化を示す
。さてランド部間に跨がっている溶融半田はその中心の
厚み（１）がある臨界値以下であると二つに分かれてブ
リッジは綺麗に解消する。それは基板に対して溶融半田
が濡れない性質を有しているからである。ところが前記
臨界値以上であるとより厚みを増した準安定の状態とな
り凝固してブリッジ不良となる。つまり点線（ｂ）に示
す如く臨界値ｔＣｂを境界にして厚み（１）が小さいと
左へ移行してブリッジの解消となり、厚み（１）が臨界
値ｔｃｂより大きいと右へ移行して準安定のブリッジ不
良となる。換言すれば、ランド部からはみ出していたク
リーム半田（前記垂れ）が溶けて互いに繋がりランド部
を跨いだ状態になった時の溶融半田の表面エネルギーは
臨界値ｔａｂで最高である。その両側に低い安定状態が
ある。

なお、ブリッジ不良となる右側の状態は基板を跨いでい
るだけ左側の安定状態よりエネルギー単位は高い。

さて、第８図のライン（１０）にブリッジ不良が集中す
る理由として、リード端子の金属に対して濡れる性質と
なった溶融半田がリード端子（５）の接続部（６）の付
は根の立ち上がり部域へメニスカスを完成させる時に流
れる（第９図（Ｃ）のＳ参照）のに伴って、ランド部と
ランド部とに跨ってつながっていたクリーム半田のはみ
出し部（複数あるかもしれない）もライン（１Ｇ）に向
けて移動し、そこで集積して厚み（１）を増し、臨界値
ｔａｂを越すからであると本発明者は判断した。更に、
厚み（１）を補給する溶融半田の流れ（第９図（Ｃ）の
Ｓ参照）がある場合と、ない場合、更にこの反対の流れ
がある場合とで、前記臨界値が変わってくるということ
も突き止めたのである。そこでこの流れをコントロール
してやればブリッジ不良の発生を無くすことができるで
あろうということが判った。

このような訳で、クリーム半田のペースト状態から半田
の溶融状態へ変化したときに生じる流れをコントロール
することにより第１０図の実線（ａ）で示す如く臨界値
をｔＣａのように従来のｔＣｂより大きくでき、従って
ブリッジ発生の割合を低くすることができるということ
が第１０図から図式的に判るのである。

何故ならば従来の低い臨界値ｔＣｂと本発明による高い
臨界値ｔｅａとの間に婬る厚み（１）を有するものは、
本発明の方法によりブリッジ解消の方向に向かう一方、
従来の方法ではブリッジ生成（Ｐ）に向かうから、その
差だけブリッジ発生の割合が低くなるのである。

［問題点を解決するための手段］ さて、問題はいかにして溶融半田の流れをコントロール
するかということになる。この発明に係る方法は、前記
接続部の少なくとも前端、多くとも接続部の根元までの
下面をリード端子の残余の部分のものよりも相対的←よ
り半田に濡れ易い表面状態にしたことを特徴とする。

［作用］ かくして、溶融時におけるクリーム半田の流れにおいて
、ランド部先端から接続部の根元に向かうよりも接続部
先端に引き寄せ、あるいは接続部の下面に集め従来の流
れ（Ｓ）を抑制してブリッジの生成（Ｐ）を抑制する。

［実施例］ 以下、この発明の一実施例を第１図について説明する。

図において、（１）は印刷配線基板、（２）はランド部
、（３）はクリーム半田、（４）はフラットタイプの電
子部品、（５）は電子部品（４）から出されたリード端
子、（６）はリード端子（５）がフォーミングされてで
きた接続部である。接続部の傾斜角度は３〜４度である
。ランド部（２）は銅である。クリーム半田（３）は錫
−鉛共晶半田（融点１８３℃）の１０〜１５０μｍの粒
子粉末（約９０重厘パーセント）とフラックス成分（約
１０重厘パーセント）および特殊な添加剤等とを練り混
ぜてなるペースト状のものである。フラックスは５０重
量パーセントの固形分と５０重量パーセントの溶剤分と
からなる。固形分としてはロジン、活性剤、チクソ剤、
および安定剤である。溶剤分としてはグリコール等であ
る。特殊な添加剤は印刷性、常温での粘性を考慮したも
のである。この実施例で用いたクリーム半田は常温で１
０万〜９０万Ｃポアズ、１８３℃で２〜５Ｃポアズであ
る。リード端子（５）は４２７０イ（鉄−ニッケル合金
）である。

ランド部の幅は０．４０７１１Ｉ１１．ランド部間隔は
０、２５７１１１である。それで隣接するランド部ピッ
チは０．６５ａｍである。

さて従来の第９図（＾）に示すものと異なる点は、従来
ではリード端子の全体に９０Ｓｎ−１０ｐｂ半田メッキ
（融点２１５℃＞　（１２）が施されているのに対し本
発明では接続部（６）の先端下面に半田メッキ（１２）
が施されていて、溶融半田に対して他の部分よりもより
濡れ易くなっていることである。従って本発明では接続
部（６）の根元から急に立ち上がっている部分において
メニスカスを完成する際に溶融半田が流動しにくくなっ
ている。このため、ランド部（２）の先端から接続部（
６）の根元部へ向かう流れ（Ｓ）が抑制されてブリッジ
生成（Ｐ）を減少させるのである。

第２図は池の実施例を示し、接続部（６）の下側面全体
に半田メッキ（１２）を施している。

第３図は更に他の実施例を示し、接続部（６）の下側面
に半田メッキ（１２）を施し、残余の部分に半田レジス
ト（１３）を施している。

第４図は更に他の実施例を示し、接続部（６）の先端の
周囲全面に半田メッキ（１２）を施している。　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　４゜なお、上記実施例
では加熱熱源としてＶＰＳ（ｉ気凝縮半田付は法）を利
用したが、赤外線炉に入れて加熱してもよいし、ホット
プレートを当てるようにしてもよい。また、クリーム半
田の材料に錫−鉛共晶半田を用いたが、これとは異なる
配合比の半田であってもよいし、成分の異なるＩｎ系の
低融点半田等でもよい。基板もガラス・エポキシ銅張積
層板以外にＦＰＣ（フレキシブル配線板）等でも良い。

更に接続部（６）の傾斜は３〜４度に限られることなく
１０度程度までよい。

［発明の効果］ この発明のリフロー半田付は方法では以上説明したとお
り、狭小ピッチのリード端子を有するものにおいても、
従来の最難点であったブリッジ不良およびオープン不良
を防止し、次世代コンピュータ等の電子部品実装法とし
て非常にコストパーフォーマンスに優れた信頼性に冨む
接合が得られるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す図、第２図はこの発
明の他の実施例を示す図、第３図はこの発明の更に他の
実施例を示す図、第４図はこの発明の更に他の実施例を
示す図１、第５図は印刷配線基板を示す図、第６図はフ
ラットタイプの電子部品を示す図、第７図はフォーミン
グされないフラットタイプの電子部品の側面図、第８図
は従来のリフロー半田付は方法による実装の平面を示す
図、第９図はブリッジ不良発生のメカニズムを示す一連
の図、第１０図はブリッジ不良になるか否かの臨界値を
示す観念図、第１１図は第９図（Ｂ）の斜視図、第１２
図は第１１図のｘｕ−ｘｕ線に沿う断面図である。 図において、（１）は印刷配線基板、（２）はランド部
、（３）はクリーム半田、（４）はフラットタイプの電
子部品、（５）は電子部品（４）から出されたリード端
子、（６）は接続部、（１２）は半田メッキである。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）電子部品から互いに一定間隔を隔てて突出する少
   なくとも二本のリード端子を有しこのリード端子が接続
   部を有するようにフォーミングされている電子部品を、
   前記リード端子に対応したランド部を有する印刷配線基
   板に常温で粘性のクリーム半田をそのランド部に印刷し
   、これに前記接続部を粘着力で接着させた後、加熱しそ
   の後冷却することにより、印刷配線基板に実装するリフ
   ロー半田付けによる電子部品の実装方法において、 前記接続部の少なくとも前端、多くとも接続部の根元ま
   での下面をリード端子の残余の部分のものよりも相対的
   により半田に濡れ易い表面状態にしたことを特徴とする
   リフロー半田付けによる電子部品の実装方法。
2. （２）半田メッキを施すことにより半田に濡れ易い表面
   状態にした特許請求の範囲第１項記載のリフロー半田付
   けによる電子部品の実装方法。
3. （３）リード端子の残余の部分に半田レジストを施すこ
   とにより前記接続部の下面を相対的により半田に濡れ易
   くした特許請求の範囲第１項記載のリフロー半田付けに
   よる電子部品の実装方法。