JPH01268186A - 面実装型電子部品を使用した基板装置 - 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］ この発明は、リフローハンダ付は装置等に適用して好適
な面実装型電子部品を使用した基板装置、特に特殊なペ
ースト状ハンダによって面実装型電子部品を固着するよ
うにした基板装置に関する。

［従来の技術］ ハイブリット型ＩＣ等では、その実装密度を高めるため
、ＩＣ基板に実装さ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される
傾向にある。

また、面実装部品の太ききは種々あり、同一の電子部品
であってもその大きざは、種々雑多である。

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４図に示すように所定のプリント基板５上に
形成された導電層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が仮止めきれ、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
送される。

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℃）が使用される。

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、その後の搬送によってプリント基板５が
冷却きれる。これで、溶融されたハンダが固化して面実
装部品１がプリント基板５−１−に固着されることにな
る。

［発明か解決しようとする課題］ ところで、上述したように１ノ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５」二に実装す
る場合、リフローハンダ伺は装置内の高温雰囲気中を通
過するずへての面実装部品１が常に−様な温度分布を示
すと（よ限らない。

それは、実装される電子部品の形状、大きざ等は様々で
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（
プ、近接する左右の電極部３゜４間であっても、温度差
か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
側のペースト状バンク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、完全溶融したベースト状ハンタ８４！Ａｌｌの
方が、他方よりペースト状ハング８自体の表面張力か大
きくなる。

この表面張力差は、第４図矢印で示すように両型極部３
．４での高ぎ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か、不完全溶融電極部４側に
加わるモーメントよりム、ｈかに犬とくなる。

これに起因して、面実装部品］が第５図に示すように立
ち」二かってしまういわゆるマンハッタン現象か起きる
。

マンハッタン現象は、部品が小ざくなれはなるほど相対
的に部品の自重に対するハンダの表面張力か大とくなる
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脂して
いるために、部品自体を小さくする（Ｌｒｉ向にあり、
従って、マンハッタン現象が生し易い条件下にある。

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と易く、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きせる要因となって
いる。

マンハッタン現象を防止し、ハンダイｊ不良をなくすに
は、第６図に示すように接着７￥’ＩＪ　１４を使用し
て面実装部品１の起と上がりを防止することが考えられ
る。

しかし、この接着剤］４を使用すると、第７図に示すよ
うに面実装部品１の載置かずれたようなとぎには、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置されて
いてム面実装部品１には、第８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）か作用するた
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］４を使用すると、この溶融ハンダによるセルフ
アライメント作用か活用できない。

そこで、この発明においては、このような面実装部品の
立ぢ上がり現象が生じないような面実装型電子部品を使
用した基板装置、特に特殊なペースト状ハンダによって
面実装型電子部品を固着するようにした基板装置を提案
するものである。

［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、少
なくとも融点の異なる２種類のハンダ粒を所定量混合し
てペースト状となされたペースト状ハンダによって、面
実装型電子部品がプリント基板上に実装されるようにな
されたことを特徴とするものである。

［作　用コ 低融点ハンダ粒１０ａ（１１，ａ）と高融点ハンダ粒１
０ｂ（ｌｌｂ）とを混合したハンダを使用する場合、ま
ず低融点ハンダ粒１０ａ（ｌｌａ）によって面実装部品
１が導電層６，７に軽く接合される。

この場合、雰囲気温度に高低差があって、導電層６側の
方か高いとき・には導電層６側の低融点ハンダ粒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の溶融によって生しる表面
張力は小ざいので、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
１１ａも溶融し、これによって面実装部品１の電極３，
４ばその双方とも導電層６，７に軽く接合される。

雰囲気温度がざらに上昇すると、今度は高融点ハンダ粒
も溶融する。このとき、雰囲気温度に高低差があり、導
電層６側が高い場合には、導電層６側の高融点ハンダ粒
１０ｂが最初に溶融する。

しかし、この場合において、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
トによりては面実装部品１は起き上がらない。つまり、
マンハッタン現象は生じない。

従って、歩留りのよい基板装置を提供で−きる。

［実　施　例コ 続いて、この発明に係る面実装型電子部品を使用した基
板装置の一例を第１図以Ｆ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によって固着
されて、基板装置が構成される。

ペースト状ハンダ１０．１１の固着は、上述したような
りフロー炉を使用すればよい。

面実装部品１を接合するペースト状ハンダとして、この
発明では第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１０ｂ（ｌｌｂ）とを所定
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１０ｂとして
は、融点が１８３℃の５ｎ−ｐｂ系共晶ハンダが使用さ
れる。

実際に使用きれる低融点ハンダ粒１０ａ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としては、その融点
が１５Ｃ）”２１０℃の範囲内にあるハンダ粒が好適で
ある（ハンダ粒の粒径は１０μｍ〜５０μｍ程度である
。）。

きて、このような融点の温度差を持つハンダ粒１０ａ、
１０ｂが、第２図Ａのように混合されてペースト状とな
される。

その混合比は、−例として低融点ハンダ粒１０ａの３０
重置火に対して、高融点ハンダ粒１０ｂが７０重量％程
度である。

このように低融点ハンダ粒１０ａの重量％が高融点ハン
ダ粒１０ｂのそれよりも少ないのは、低融点ハンダ粒１
０ａは面実装部品１のマンハッタン現象を抑えて面実装
部品１を軽く接合でとれば、その目的を達成するからで
ある。

なお、この混合比及びハンダの融点は一例に過ぎない。

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をハンダイ」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
が固着されることになる。

まず、高温雰囲気中のりフロー炉内を通過ぎせると、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
炉内を搬送させるだけで実現でざる。

これは、リフロー炉内の温度かどの場所でも一様という
オ〕はではなく、中央部か最も高温となっている。従っ
て、高融点ハンダ粒１０　ｂとして、１８３℃のハンダ
粒を使用する場合には、リフロー炉の中央部か］８３℃
以上になるようにコンＩ・ロールされているため、リフ
ロー炉の周辺部は通常この温度より低い。

これによって、プリント基板５の搬送経路に治って温度
差が生じ、この温度勾配によって低融点ハンダ粒１０ａ
がまず溶融し、次に高融点ハンダ粒］○ｂか溶融するこ
とになる。

勿論、この温度差を積極的に作り、プリヒート工程で低
融点ハンダ粒１０ａのみを溶融させ、次のメインヒート
工程で高融点ハンダ粒１０ｂを溶融させるようにしても
よい。

第３図は上述しノこ溶融工程を図式化したものである。

順を追って説明する。

まず、プリント基板５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１ま た面実装部品１かこのペース！・状ハンダ］Ｏ２］１に
よって仮止めされる（同図Ａ）。

この状態でプリント基板５がリフロー炉内に搬送される
。そうすると、プリント基板５はリフロー炉内でも低温
領域を通過することになるので、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の電極間で温度差かあると、そ
のうちでも高温側か溶融する。第３図Ｂは低融点ハンダ
粒］、　Ｏａか溶融した状態を示している。そのため、
電極３側は溶融した低融点ハンダ粒１０ａにより軽く接
合されると共に、この溶融により電極３側には若干の表
面張力が働き、ペースト状ハンダコ、０は図示のように
、その表面か若干持ち上がる。

これに対して、電極４側の低融点ハンダ粒１１、ａ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は掻く僅かであるため
に、その力で面実装部品１の片側を持ち上げられるまで
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がざらにリフロー炉の内部まで１般送き
れると、内部温度も次第に上昇するから、これによって
他方の低融点ハンダ粒］、　１　ａも溶融状態となり、
画電極３．４は何れも軽く接合される（同図Ｃ）。

プリント基板５かりフロー炉の中央部光たりまで搬送き
れると、その雰囲気温度は１９０℃以」二まで上昇して
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］○によって完全に固着
される（同図Ｄ）。

このとさ・、電極３，４間にｉ品度差かあると、上述し
たと同じ理由によりて、電極４側の高融点ハンダ粒１　
］、　ｂは即座には溶融状態とはならない。

しかし、低融点ハンダ粒１１ｂによって電極４は導電層
７に接合されているから、この場合も、マンハッタン現
象は起きない。

リフＬｚ−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１−
１ｂ′ｔＪ溶融して電極４もペースト状ハンダ］］によ
って完全に固着されることになる（同図Ｅ）。

このように低融点ハンダ粒と高融点ハンダ粒とを混合し
たペースト状ハンダ１０，１．１を使用すると、マンハ
ッタン現象の発生率をほぼ完全になくすことかでざる。

因みに、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、面実装部品として使用
した一例として、１６０８タイプ（］、　、　６ｍｍＸ
　０　、８ｍｍＸ　０　、８ｍｍ）と電子部品業界では
一般に呼称されている小型セラミックコンデンサチップ
３６０個のうち、１６個のチップかマンハッタンｆＭ、
ｇ＜を起こしてハンダ付は不良となった。従って、マン
ハッタン現象の発生率は４．４％である。

これに対して、この発明に係るペースト状ハンダを使用
して基板装置を構成した場合には、３６０個のチップの
全てに対して完全にハンダ付けすることができた。つま
り、この発明に係るペースト状ハンダを使用することで
、マンハッタン現象の発生率を０％にてざた。

コンく１ ［発明の効果］ 以上説明したように、この発明においては、少なくとも
融点の異なる２種類のハンダ粒で組成きれたペースト状
ハンダを使用して面実装部品をプリント基板に固定する
ようにした基板装置を提案するものである。

このように、溶融’（Ｆｎ度が相違するペースト状ハン
ダを使用した場合には、低融点ハンダ粒のみの溶融によ
って生ずる表面張力が小ざいことから、面実装部品のマ
ンハッタン現象を確実に一掃できる実益を有する。

従って、この発明はチップ化された微小面実装部品を実
装する基板装置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面実装型電子部品を使用した基
板装置の一例を示す要部の断面図、第２図はペースト状
ハンダ及びその溶融工程の説明図、第３図はペースト状
ハンダの固着工程を示す図、第４図はプリント基板への
実装状態を示す図、第５図は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６図は従来の他の実
装状態を示す図、第７図はそのととの平面図、第８図は
セルフアライメント効果の説明図である。 １・・・面実装部品 ３．４・・・電極部 １０．１１・・・ペースト状ハンダ １０ａ＋　１１ａ・・・低融点ハンダ粒１０、ｂ、ｌｌ
ｂ・・・高融点ハンダ粒特許出願人　アイ　ワ　株式会
社 ＣＤ　　　　　　　　　　（＋） く　　　　　　　　　　　の 手続補正書 昭和６３年　特　許　願　第　９７９４８号２、発明の
名称 面実装型電子部品を使用した基板装置 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 ４、代理人 （１）　明細書中、特許請求の範囲を別紙のように訂正
する。 （２）　同、第２頁１４行「共晶ハンダ」の次に「の粒
」を加入する。 （３）　同、第４頁１〜２行「ペースト状・・・ペース
ト状ハンダ８」を「ハンダ（ペーストが飛んだハンダ）
８側の方が、他方よりハンダ８」と訂正する。 （４）　同、第６頁１３行「少なくとも・・・ハンダ粒
」を［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」と訂正する。 （５）　同、同頁下から２行「低融点ハンダ粒」とある
前に改行して下記を加入する。 「リフロー工程において、本発明ペースト状ハンダをプ
リント基板とともにリフロー炉に投入した場合のハンダ
の挙動は以下の通りである。」 （６）　同、第９頁下から３行「混合されて」を「混合
され、これに液状フラックス１０ｃが加えられて」と訂
正する。 （７）　同、同頁末行「その」の次に「ハンダ粒末の」
を加入する。 （８）　同、第１０頁２行「である。」を「程度である
（液状フラックスは適量とする）。」と訂正する。 （９）　同、第１３頁６行「当たり」を「あたり」と訂
正する。 （１０）　　同、同頁１４行「低融点ハンダ粒１１ｂ」
を「低融点ハンダ粒１１ａ」と訂正する。 （１１）　　同、第１６頁１行「プリント」を「従来の
プリント」と訂正する。 （１２）　　同、同頁２行「ペースト状」を「従来のペ
ースト状」と訂正する。 （１３）　　同、同頁１０行「高融点ハンダ粒」の後に
、改行して下記を加入する。 ’　１０ｃ・・・？Ｐ２状フラ・ンクス」（１４）　　
図面中、第１図及び第２図を別紙のように訂正する。 以　　上 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
ペースト状ハンダによって、面実装型電子部品がプリン
ト基板上に実装されるようになされたことを特徴とする
面実装型電子部品を使用した基板装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも融点の異なる２種類のハンダ粒を所定
   量混合してペースト状となされたペースト状ハンダによ
   って、面実装型電子部品がプリント基板上に実装される
   ようになされたことを特徴とする面実装型電子部品を使
   用した基板装置。