JPH01271094A - ペースト状ハンダ - 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、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］ 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
冷却される。これで、溶融きれたハンダが固化して面実
装部品１がプリント基板５上に固着きれることになる。

［発明が解決しようとする課題］ 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５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ｔ：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、近接する左右の電極部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かあると、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、完全溶融したペースト状ハンダ８側の方が、他
方よりペースト状ハンダ８自体の表面張力が大きくなる
。

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、山かに大きくなる。

これに起因して、面実装部品１が第５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、部品自体を小きくする傾向にあり、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、ハンダ付不良をなくすには
、第６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７図に示すよ
うに面実装部品１の載置が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置されて
いても面実装部品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）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。

そこで、この発明においては、このような面実装部品の
立ち上がり現象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、少
なくとも融点の異なる２種類のハンダ粒が所定量混合さ
れてペースト状となされたこと２持微とするものである
。

［作　用コ 低融点ハンダ粒１０ａ　（ｌｌａ）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
方が高いとぎには導電層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（ｌｌａ）の溶融によって
生じ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は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、この場合においても、導電層７側は低融点ハン
ダ粒１１ａによって軽（接合されているので、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。つまり
、マンハッタン現象は生じない。

［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によフて固着
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１０
ｂ（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
が選定きれる。

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系共品ハンダが使用さ
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１５０〜２１０℃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。

）。

ざて、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
重量％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を軽く接合できれば、その目的を達成するからで
ある。従って、上述した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
温度がざらに上界すると、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きる。

これは、リフロー炉内の温度がどの場所でも一様という
わけではなく、中央部が最も高温となっている。従って
、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、リフロー炉の中央部が１８３℃以上
になるようにコントロールされており、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の搬送経路に対して温度
差が生じ、この温度分布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１０ｂが溶融するこ
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を溶融きせ、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図は上述した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によって仮止めきれる（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、１１ａ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３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、電極
３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
力が働き、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側の低融点ハンダ粒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
よる表面張力は極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搬送され
ると、内部温度も次代に上昇するから、これによって他
方の低融点ハンダ粒１１ａも溶融状態となり、画電極３
．４は何れも軽く接合される（同図Ｃ）。

プリント基板５がリフロー炉の中央部当たりまで搬送さ
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１ｏｂも溶融状態となり
、電極３はペースト状ハンダ１０によって完全に固着さ
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側に高融点
ハンダ粒１１ｂは溶融状態にはなっていない。

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（１１）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ができる。

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（１、６ｍｍＸ　０　
、８ｍ−Ｘ　Ｏ、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個のチップがマンハッ
タン現象を°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確率は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
の発生確率を０％にできた。

［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、低融点ハンダ粒のみの溶融によって生ずる表
面張力も小ざくなり、上述したような面実装部品の実装
基板に応用する場合には、このペースト状ハンダを使用
することによって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、この発明に係るペースト状ハンダは、上述した
ように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一例を示す要部の
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図はそのときの平面図、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、’ｌｌａ・・・低融点ハンダ粒１０ｂ、ｌｌｂ
・・・高融点ハンダ粒 特許出願人　アイ　ワ　株式会社 上≧（Ｉ＋）：ハンツー 規（ｌυ゛ハ＞ｒ 第２図 第３図 第６図 手続補正書 昭和６３年　特　許　願　第　９７９４７号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１２行「共晶ハンダ」の次に「の粒
Ｊを加入する。 （３）　同、第３頁１９〜２０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１０行〜１１行「少なくとも・・・
なきれた」を「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
なし、融点差によりハンダ粒の溶融に時間差をもたせる
ようにした」と訂正する。 （５）　同、同頁１４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、同頁１６行「ハンダ粒１０ａ」の次にｒ（
ｌｌａ）」を加入する。 （７）　同、第７頁２行「ハンダ粒１０ａ（１１ａ）」
を「ハンダ粒１０ａ」と訂正する。 （８）　同、第９頁１３行「混合されて」を「混合きれ
、これに液状フラックス１０ｃが加えられて」と訂正す
る。 （９）　同、同頁１５行「その」の次に「ハンダ粒末の
」を加入する。 （１０）　　同、同頁１７行「程度である。」を「程度
である（Ｉ状フラックスは適量とする）。」と訂正する
。 （１１）　　同、第１３頁１行「中央部当たり」を「中
央部あたり」と訂正する。 （１２）　　同、同頁７行「電極４側にｊを「電Ｉ否４
側の」と訂正する。 （１３）　　同、同頁９行「ハンダ粒１１ｂ」を「ハン
ダ粒１１ａ」と訂正する。 （１４）　　同、第１４頁６行「デ」の後の改行をとり
次行の「ンサチップ」に続ける。 （１５）　　同、第１５真下から３行「プリント基板」
を「従来のプリント基板」と訂正する。 （１６）　　同、同頁下から２行「ペースト状ハンダ」
を「従来のペースト状ハンダ」と訂正する。 （１７）　　同、第１６頁７行「高融点ハンダ粒」の後
に、改行して下記を加入する。 ’　１０ｃ・・・液状フラックス」 （１６）　　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ｔ）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し、 前記融点差により前記ハンダ粒の溶融に時間差をもたせ
るようにしたことを特徴とするペースト状ハンダ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも融点の異なる２種類のハンダ粒が所定
   量混合されてペースト状となされたペースト状ハンダ。