JPH07170063A

JPH07170063A - リフロー半田付け方法

Info

Publication number: JPH07170063A
Application number: JP5314978A
Authority: JP
Inventors: Akio Furusawa; 彰男古澤
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1993-12-15
Filing date: 1993-12-15
Publication date: 1995-07-04

Abstract

(57)【要約】【目的】基板及び半田の酸化を防止し、半田濡れ性を
向上させ、フラックス残渣量を低減することのできるリ
フロー半田付け方法を提供する。【構成】真空容器１には窒素ガスボンベ２が接続さ
れ、内部は予備加熱時で酸素濃度500ppm以下の窒素ガス
雰囲気に維持される。気密性の高いシャッタ３を通し
て、ペースト状半田６が印刷され電子部品が搭載された
基板４が搬入され、窒素ガスバルブ５が閉じられる。キ
セノンランプ７からの光エネルギーを光学系８で集光
し、基板４上のペースト状半田６を本加熱する。ペース
ト状半田６が溶融して十分濡れ広がり半田付けが完了
後、真空ポンプ９で雰囲気圧を10~¹Torrまで減圧するこ
とでフラックス残渣は気化して基板４の表面から除去さ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プリント基板やハイブ
リットＩＣにおける電子部品のリフロー半田付け方法に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】プリント基板等の基板上に電子部品を実
装するため、基板上に形成されたペースト状半田の上に
電子部品を搭載し、次いでリフロー半田付け装置に搬入
して、ここでペースト状半田を加熱溶融し、電子部品を
基板に半田付けするリフロー半田付け工法が一般に用い
られている。

【０００３】通常用いられている大気中でのリフロー半
田付けでは、加熱中に基板電極や半田の酸化が生じ、半
田濡れ性の低下，半田ブリッジ，半田ボール等の半田付
け不良が発生するという問題が生じた。また、リフロー
半田付け工程の後に行われる洗浄工程で用いられるフロ
ン113の使用が厳しく制限されるようになり、洗浄工程
を省略したいという要望が強くなったため、ペースト状
半田に含まれる塩素系の活性成分を低減したＲＭＡ(Ros
in Mild Activated)タイプと呼ばれるペースト状半田が
開発された。これは活性力が低く半田濡れ性がよくない
ので大気中でリフロー半田付けを行った場合、十分な濡
れ性を確保することができない。そこでリフロー半田付
け中の酸化を抑止することのできる不活性ガス雰囲気中
でリフロー半田付けされるようになった。

【０００４】この方法によりリフロー半田付け中の酸化
は抑止され、大気雰囲気中でリフロー半田付けする場合
に比較し、半田濡れ性，半田ブリッジについては改善さ
れた。しかし従来のペースト状半田ほどの半田濡れ性は
得ることはできず、また半田ボールの発生が問題となっ
た。これらは予備，本加熱における不活性ガスの雰囲気
中に数十ppm残っている酸素が原因である。

【０００５】また、フラックス残渣に関しても完全に除
去するまでには至らない。ペースト状半田に含まれるフ
ラックス成分を更に低減することも考えられるが、半田
印刷工程における印刷性が低下するので採用することは
できない。

【０００６】そこで特開平４−22016号公報に示される
ように、減圧した雰囲気中でリフロー半田付けするとい
う方法が考えられた。リフロー半田付け中の炉内雰囲気
圧を10~¹〜10~³Torrにすることにより、酸素濃度を大気
圧換算における１〜30ppmとして残存酸素による酸化を
防止し、半田ボール発生の問題を解決している。また、
リフロー半田付け中の雰囲気圧をフラックス成分の蒸気
圧よりも低くすることにより、フラックス残渣を気化さ
せて除去することが行われている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
方法でリフロー半田付けを行った場合、酸化防止及びフ
ラックス残渣除去に対しての効果はあるが、半田濡れ性
が不活性ガス中でのリフロー半田付けと比較して悪化す
るという問題がある。これはフラックス成分中の活性成
分が、減圧した雰囲気のために十分に作用しないことが
原因である。半田濡れ性の悪化は接合面積の減少を招
き、リフロー半田付けの品質的には半田付け強度の低
下、及び半田ブリッジの発生として現れる。

【０００８】本発明は、上記従来技術の問題を解決する
ものであり、半田濡れ性を向上させ、フラックス残渣量
を低減したリフロー半田付け方法を提供することを目的
とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明はリフロー半田付けの本加熱において、加熱
源として光エネルギーを用い、雰囲気を不活性ガスと
し、半田温度が融点以上に達した時点で減圧を行い、半
田溶融以前よりも低い雰囲気圧で半田付けする。また、
半田に含まれているフラックス成分の蒸気圧が、半田融
点の温度においても半田溶融前の雰囲気圧よりも低くす
るようにした方法である。

【００１０】

【作用】上記方法によれば、半田溶融前の雰囲気圧をフ
ラックス成分の蒸気圧よりも高く保っているため、フラ
ックス成分が気化することなく金属酸化物の除去及び被
接合金属の溶融半田への拡散が効果的に行われる。よっ
て金属間化合物の生成が促進され接合面積が増加し、半
田濡れ性の向上を達成することができる。

【００１１】また、半田が溶融し接合が完了した後に減
圧した雰囲気とするため、フラックス成分は気化し基板
上のフラックス残渣はなくなり、リフロー半田付け工程
後の基板洗浄工程を省略することができる。

【００１２】

【実施例】以下、図面を参照して実施例を詳細に説明す
る。図１は本発明の第１の実施例の説明図を示してい
る。図１において、１は真空容器、２は窒素ガスボン
ベ、３は気密性の高いシャッタ、４は基板、５は窒素ガ
スバルブ、６は基板４に印刷されている64Ｓn36Ｐb組成
のペースト状半田、７は加熱源のキセノンランプ、８は
基板４にキセノンランプ７の光エネルギーを集光する光
学系、９は真空ポンプである。

【００１３】次に、上記実施例の動作を説明する。ま
ず、真空容器１は窒素ガスボンベ２に接続され、予備加
熱時において酸素濃度500ppm以下の窒素ガス雰囲気に維
持されている。真空容器１内部に気密性の高いシャッタ
３を通して基板４が搬入され、窒素ガスバルブ５が閉じ
られている。なお、基板４には前工程で64Ｓn36Ｐb組成
のペースト状半田６が印刷され、このペースト状半田６
上に電子部品が搭載されている。ここに波長300〜1100n
mのキセノンランプ７からの光エネルギーを光学系８で
集光し、基板４上のペースト状半田６を加熱する。そし
て、ペースト状半田６が溶融して半田付けが完了した後
に、真空ポンプ９で真空容器１内部の雰囲気圧を減圧し
10~²〜10⁰Torrの状態とする。

【００１４】また、上記の方法によりリフロー半田付け
した場合の半田付け過程を図２に示す。図２において、
10は基板電極の金属銅、11は64Ｓn36Ｐb組成のペースト
状半田、12はペースト状半田11に含まれるフラックス成
分、13はペースト状半田11が熱により溶融した溶融半
田、14は濡れ力、15はフラックス成分12のフラックス残
渣である。

【００１５】基板電極の金属銅10の上にペースト状半田
11が印刷されている(図２(1))。

【００１６】これを窒素ガス雰囲気中で予備加熱する
と、ペースト状半田11に含まれる融点の低いフラックス
成分12が流れ出し金属銅10の表面を覆う。このとき、フ
ラックス成分12に含まれているジフェニルグアニジン臭
化水素酸塩等の活性成分が金属銅10の表面の酸化銅と反
応し、表面を清浄化する(図２(2))。

【００１７】さらに本加熱して半田融点温度の183℃ま
で達すると、ペースト状半田11は溶融して溶融半田13と
なる(図２(3))。

【００１８】半田が溶融すると活性成分と反応して生じ
た金属銅10の金属元素が溶融半田13内部に拡散するた
め、溶融半田13の表面張力が変化し、化学的平衡点に達
するまで濡れ力14が作用して半田が濡れ広がる(図２
(4))。

【００１９】その後、半田が十分濡れ広がった時点で雰
囲気圧をフラックス成分12の蒸気圧よりも低い圧力10~¹
Torrまで減圧することにより、フラックス成分12のフラ
ックス残渣15は気化して金属銅10表面から除去される
(図２(5))。

【００２０】以上が第１の実施例のリフロー半田付けし
た場合の半田付け過程である。

【００２１】次に、本発明の第２の実施例として、ペー
スト状半田に含まれるフラックス成分の蒸気圧が、半田
融点温度においても半田溶融前の雰囲気圧力よりも低い
材料を用いるという方法を図３を参照しながら説明す
る。図３はフラックス成分の蒸気圧曲線を示している。

【００２２】まず、フラックスＡを含む64Ｓn36Ｐb組成
のペースト状半田を用いてリフロー半田付けする場合、
ペースト状半田を加熱して半田が融点の183℃に達した
とき、フラックスＡの蒸気圧は大気圧の760Torr以上に
なる。よって、フラックスＡの成分は気化して接合の拡
散作用を生じさせることができない。

【００２３】次に、フラックスＢを含むペースト状半田
の場合、半田の融点の183℃に達してもフラックスＢの
蒸気圧は300Torrと大気圧以下であるので気化せずに拡
散作用を生じさせ、良好な半田接合を可能とする。

【００２４】ここで、半田溶融開始までの雰囲気圧を10
0Torrに保つ場合、フラックスＢは、183℃で雰囲気圧10
0Torr以上の蒸気圧を持っているので気化して十分な拡
散作用を行うことができない。そこで、半田融点温度の
183℃でも雰囲気圧の100Torrよりも低い蒸気圧を持つフ
ラックスＣを用いる必要がある。フラックスＣを用いれ
ば、183℃においても蒸気圧は100Torr以下なので、気化
することなく十分な拡散作用が生じる。

【００２５】このように、ペースト状半田に含まれてい
るフラックス成分の蒸気圧が、半田融点温度においても
半田溶融前の雰囲気圧よりも低い材料を用いることによ
り、半田溶融前の予備加熱を減圧状態で行うことができ
る。これによりＩＣパッケージ中に含まれる水分を除去
することができるので、リフロー半田付け中に水分が膨
張してパッケージクラックが発生するという問題を解決
することができる。

【００２６】また、減圧することにより雰囲気中の分子
数が減少するので、大気圧時よりも少ない窒素ガス消費
量で大気圧時と同等の酸素濃度を実現することができ
る。よって窒素ガス消費量が減少し、ランニングコスト
を低く抑えることができる。

【００２７】ここで、(表１)に本発明のリフロー半田付
け方法，特開平４−22016号公報のリフロー半田付け方
法，従来のリフロー半田付け方法を用いた場合における
半田濡れ性を比較して示している。この(表１)より明ら
かなように、本発明によれば、特開平４−22016号公報
に比べ、半田濡れ性を大幅に向上させることができる。

【００２８】

【表１】

【００２９】また、(表２)はフラックス残渣量について
本発明の場合と比較して示したものである。(表２)より
本発明によれば特開平４−22016号公報と同様に、従来
の方法と比べてフラックス残渣量の低減に著しい効果が
あることがわかる。

【００３０】

【表２】

【００３１】このようにリフロー半田付け時の減圧操作
と低蒸気圧のフラックス成分を含むペースト状半田とを
組み合わせることにより、品質的にもコスト的にも優れ
たリフロー半田付けを行うことができる。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
基板及び半田の酸化を防止できる雰囲気と、フラックス
成分が有効に作用する雰囲気圧を実現しているため、十
分な半田濡れ性を確保でき、半田ボール，半田ブリッジ
等の不良を防止できる。またフラックス残渣を除去する
ことができるため、洗浄工程を省略しても高温高湿下で
の長期信頼性を確保することができるという効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の説明図である。

【図２】本発明の第１の実施例の接合過程の説明図であ
る。

【図３】本発明の第２の実施例の説明図である。

【符号の説明】

１…真空容器、２…窒素ガスボンベ、３…シャッ
タ、４…基板、５…窒素ガスバルブ、６，11…ペ
ースト状半田、７…キセノンランプ、８…光学系、
９…真空ポンプ、 10…金属銅、 12…フラックス成
分、 13…溶融半田、 14…濡れ力、 15…フラックス
残渣。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】リフロー半田付けの本加熱において、加
熱源として光エネルギーを用い、雰囲気を不活性ガスと
し、半田温度が融点以上に達した時点で減圧を行い半田
溶融以前よりも低い雰囲気圧で半田付けを行うことを特
徴とするリフロー半田付け方法。
【請求項２】半田に含まれているフラックス成分の蒸
気圧が、半田融点の温度においても半田溶融以前の雰囲
気圧よりも低いフラックス成分の蒸気圧を有する半田を
用いることを特徴とする請求項１記載のリフロー半田付
け方法。