JPH11295206A - はんだの濡れ性評価方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 はんだペーストの材料種類や試験片の材質に
応じた濡れ性の差を明確に得る。 【解決手段】 基材１２上に円形の銅ランド１３を形成
すると共にその周囲をソルダレジスト１４により覆って
基板１１を構成する。基板１１の銅ランド１３（はんだ
レベラ１６）上に、所要量のはんだペースト２１を印刷
により塗布する。はんだペースト２１上に、銅板からな
る試験片１５を縦長状態として垂直に立てるように配置
する。このものを、リフロー炉を通して所定の温度条件
で全体加熱を行い、はんだ２１を溶融させる。試験片１
５に対するはんだ２１の濡れ上がり面積に基づいてはん
だ２１の濡れ性を評価する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、はんだペーストの
材料種類や試験片の材質に応じて濡れ性の差が顕著に現
れるようにしたはんだの濡れ性評価方法に関する。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】例えばプリント配線板
に対する電子部品の実装に用いられるはんだ（はんだペ
ースト）の濡れ性（はんだ付け性）を評価する方法とし
ては、ＪＩＳに規定されたものを含め各種の方法がある
が、現在では、主として下記のような濡れ性評価方法が
一般的に用いられている。

【０００３】即ち、図７に示すように、銅板１の上面に
はんだペースト２を円形をなすように印刷塗布し、その
はんだペースト２に接触するように銅パイプからなる試
験片３を垂直に立てて配置する。そして、前記銅板１を
ホットプレート４上に配置してヒータ加熱し、はんだペ
ースト２を溶融させ、試験片３に対するはんだ２のメニ
スカス原理による濡れ力（引張り力）を加重計５を用い
て測定することにより、はんだ２の濡れ性を評価するも
のである。

【０００４】尚、図８（ａ）は、上記方法によるはんだ
ペースト２の加熱の際の、時間経過に伴う温度の変化の
様子（温度プロファイル）を示しており、例えば常温か
ら２deg／秒にて１５０℃まで温度を上昇させ、その１
５０℃を一定時間維持した後、さらに２００℃程度まで
温度上昇させるようになっている。また、図８（ｂ）は
はんだ融点以降の濡れ力の変化の様子を示しており、は
んだが試験片３に濡れ上がった時点で最大濡れ力が現れ
るようになっている。

【０００５】しかしながら、上記したような濡れ力の測
定による評価方法では、はんだペーストの材料の種類を
異ならせたり、試験片の材質を異ならせたりしても、評
価結果にさほど顕著な差が見られず、濡れ性の良否につ
いての評価を十分明確に行えないという不具合があっ
た。

【０００６】ちなみに、図９は、本発明者による、３種
類の異なるはんだペースト２（材料Ａ，Ｂ，Ｃ）につい
ての、濡れ力の評価結果を示しており、濡れ力に顕著な
差は見られないのである。また、はんだ２の試験片３に
対する濡れ上がり状態にも顕著な差異は見られなかっ
た。更には、実際の部品実装工程では、リフロー炉を通
すことによりはんだの溶融，硬化が行われるが、上記方
法により評価されたはんだの濡れ性と実際のリフロー炉
を用いた場合のはんだの濡れ性とが対応しないことがあ
った。

【０００７】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、はんだペーストの材料種類や試験片の
材質に応じた濡れ性の差を明確に得ることができるはん
だの濡れ性評価方法を提供するにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者は、従来一般に
行われていた濡れ性の評価方法、つまり、はんだペース
トを銅板に塗布し、ホットプレート上で加熱して、試験
片に対するはんだの濡れ力を求める評価方法において、
明確な評価が得られなくなる要因は次の２点にあると推
定した。即ち、第１の要因としては、はんだペーストを
銅板上に塗布するので、溶融したはんだが水平方向に自
由に広がってしまい、試験片に濡れ上がるはんだの量が
変動してしまうためであり、第２の要因としては、加熱
が銅板の下面から行われるので、銅板の加熱に遅れて試
験片が加熱され、それらの加熱時点のずれや温度差が生
ずるためである。そして、本発明者は、その推定が妥当
であることを確認し、本発明を成し遂げたのである。

【０００９】即ち、本発明のはんだの濡れ性評価方法
は、水平に配置された基板上に設けられた塗布領域に、
所要量のはんだペーストを水平方向への広がりを規制し
た状態で塗布し、試験片を前記はんだペースト上に立て
た状態で、全体を加熱してはんだペーストを溶融させ、
前記試験片に対するはんだの濡れ上がり状態に基づい
て、濡れ性を評価するところに特徴を有する（請求項１
の発明）。

【００１０】これによれば、はんだペーストは水平方向
の広がりが規制された状態で基板の塗布領域に塗布され
るので、溶融したはんだが基板上を広がることがなくな
り、試験片に濡れ上がるはんだの量の変動を防止するこ
とができる。また、はんだの溶融時に全体が加熱される
ので、基板と試験片とが同様に加熱されることになる。
この結果、試験片に対するはんだの濡れ上がり状態に基
づいて、濡れ性を評価するにあたって、はんだペースト
の材料種類や試験片の材質に応じた濡れ性の差を明確に
得ることができるようになったのである。

【００１１】このとき、前記基板上におけるはんだの水
平方向への広がりの規制を、基板の塗布領域の周囲にソ
ルダレジストを塗布することにより行うことができ（請
求項２の発明）、これにより、簡易な方法で確実に基板
上におけるはんだの水平方向への広がりを規制すること
ができるようになる。

【００１２】そして、前記はんだペーストの溶融を、前
記基板をリフロー炉内を通すことにより行うようにして
も良く（請求項３の発明）、これにより、全体を均一な
条件で加熱することができ、また、実際に用いられる条
件にてはんだの濡れ性の評価を行うことができるように
なる。

【００１３】さらには、前記試験片を、前記はんだペー
ストに接触してはんだが濡れ上がる部分が垂直に安定し
て立つような形状とすれば（請求項４の発明）、試験片
を垂直に配置するための別途の手段が不要となるので、
より効果的となる。尚、このとき、試験片が垂直に安定
して立つような形状としては、コ字形、逆Ｖ字形、円筒
形、上面Ｌ字形など様々な形状が考えられる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例（請求項
１〜３に対応）について、図１ないし図５を参照しなが
ら説明する。まず、本実施例において、はんだの濡れ性
評価方法を実施するにあたって使用される器材、装置に
ついて述べる。

【００１５】評価に用いられる基板１１は、図１に示す
ように、例えばガラスエポキシからなる基材１２上に、
塗布領域としての銅ランド１３を設けると共に、その周
囲に位置して後述するはんだの広がりを規制するための
ソルダレジスト１４を塗布して構成されている。これに
対し、試験片１５は、図２にも示すように、長方形の薄
板状の銅板から構成されている。

【００１６】尚、このとき、前記銅ランド１３は、例え
ば直径寸法が６mmφの円形に形成されており、図１に示
すように、その上面にはんだレベラ１６が施されるよう
になっている。また、前記試験片１５は、その縦横寸法
が、例えば５mm×９mm、厚み寸法が例えば０．３mmとさ
れ、さらに、例えば２４０℃，３０分の強制酸化処理が
なされている。

【００１７】一方、加熱に用いられるリフロー炉１７
は、全体加熱方式の例えばＩＲ併用エアリフロー炉から
なり、図３に模式的に示すように、炉体内に、入口部１
７ａから出口部１７ｂまで前記基板１１を矢印ａ方向に
搬送する搬送路１８が設けられていると共に、その搬送
路１８に沿って上下両側に位置して、赤外線ヒータを含
む複数個のヒータ１９が配設されている。これにて、入
口部１７ａ側から順にプリヒートゾーン、リフローゾー
ン、クーリングゾーンが形成されている。さらには、前
記出口部１７ｂ側のクーリングゾーンには冷却ファン装
置２０が設けられている。

【００１８】さて、はんだの濡れ性評価の手順につい
て、図４及び図５も参照して述べる。評価を行うにあた
っては、まず、図１及び図２（ａ）に示すように、前記
基板１１の銅ランド１３（はんだレベラ１６）上に、所
要量のはんだペースト２１を塗布する。このはんだペー
スト２１の塗布は、例えばメタルマスク（図示せず）を
用いた印刷により行われる。この場合、例えば厚み０．
３mm相当のメタルマスクに、直径寸法が６mmの円形開口
部を形成し、その開口部を通して印刷塗布がなされるこ
とにより、はんだペースト２１は、直径寸法が６mmの円
形状で、厚さ０．３mmに塗布されるようになる。

【００１９】次に、図１及び図２（ａ）に示すように、
前記基板１１上に塗布されたはんだペースト２１上に、
前記試験片１５を縦長状態として垂直に立てるように配
置することが行われる。このとき、試験片１５は、クリ
ップ（図示せず）等を用いて垂直に立てた状態に保持さ
れるようになる。

【００２０】そして、上記のように試験片１５が配置さ
れた基板１１を前記リフロー炉１７を通して、基板１
１、試験片１５、はんだペースト２１の全体を加熱する
ことが行われる。基板１１が搬送路１８上を順に送られ
ることにより、ヒータ１９により全体が次第に加熱され
てはんだペースト２１が溶融するようになり、図２
（ｂ）に示すように、はんだ２１が表面張力によって試
験片１５に対して濡れ上がる状態となる。

【００２１】このとき、はんだ２１と試験片１５との間
の濡れ性が良いほど、はんだ２１の濡れ上がり量も大き
くなるのであるが、はんだペースト２１はソルダレジス
ト１４により基板１１上の水平方向への広がりが規制さ
れた状態とされているので、溶融したはんだ２１が基板
１１上を広がることがなくなり、常に濡れ性に応じた量
のはんだ２１が試験片１５に濡れ上がるようになる。ま
た、この際、リフロー炉１７による全体加熱が行われる
ので、基板１１、はんだペースト２１、試験片１５が同
様に加熱されることになり、基板１１と試験片１５との
間の加熱むらや大きな温度差が生ずることはない。

【００２２】尚、ここでは、前記リフロー炉１７におけ
るはんだペースト２１の加熱の際の温度条件を、図４に
示す温度プロファイル（温度−時間曲線）のように、２
種類で実施している。そのうち温度条件Ｌでは、プリヒ
ート温度を１４０℃、ピーク温度を２００℃としてお
り、温度条件Ｈでは、プリヒート温度を１６０℃、ピー
ク温度を２３０℃としている。

【００２３】この後、はんだ２１が冷却，硬化して試験
片１５がはんだ付けされた状態で、基板１１がリフロー
炉１７から排出され、前記試験片１５に対するはんだ２
１の濡れ上がり状態に基づいてはんだ２１の濡れ性が評
価されるのである。この場合、本実施例では、濡れ性の
評価は、図２（ｃ）に示すように、試験片１５のうちの
はんだ２１の濡れ上がり部分の面積（便宜上ハッチング
を付して示す）を求めることにより行われる。

【００２４】図５は、上記した評価方法を用いて、３種
類の異なるはんだペースト２１（材料Ａ，Ｂ，Ｃ）につ
いて、濡れ力（濡れ上がり面積）を評価した結果を示し
ており、また、各材料に関して上記２種類の温度条件
（Ｌ，Ｈ）を用いて評価を行っている。この図５から明
らかなように、本実施例の評価方法を用いた場合には、
従来の評価方法（図９参照）と異なり、はんだ２１の材
料Ａ，材料Ｂ，材料Ｃ間で、濡れ性（濡れ上がり面積）
に明確な差が見られた。また、同一材料でも、温度条件
による濡れ性の差が明確に得られた。

【００２５】これは、従来の濡れ性の評価方法では、溶
融したはんだ２が銅板１上を水平方向に自由に広がって
しまい、試験片３に濡れ上がるはんだの量が変動すると
共に、加熱が銅板１の下面からのみ行われるので、銅板
１と試験片３との間の加熱時間のずれや温度差が生ずる
のに対し、本実施例の評価方法では、上述のように、は
んだ２１が基板１１上の水平方向への広がりが規制され
た状態で溶融されるので、常に濡れ性に応じた量のはん
だ２１が試験片１５に濡れ上がるようになると共に、リ
フロー炉１７を通すことによる全体加熱によって、基板
１１と試験片１５とが均一に加熱されるようになったた
めであると考えられる。

【００２６】尚、詳しい説明は省略するが、上記した濡
れ性の評価方法によれば、同一の材料からなるはんだ２
１であっても、試験片１５の材質の相違（例えば銅とニ
ッケルとの相違）による濡れ性の差は、顕著に得られる
ようになることも確認されている。

【００２７】このように本実施例の評価方法によれば、
はんだペースト２１を水平方向に濡れ広がらない状態で
基板１１に塗布し、そのはんだペースト２１上に試験片
１５を配置して全体加熱を行い、その試験片１５に対す
るはんだ２１の濡れ上がり状態に基づいてはんだ２１の
濡れ性を評価するようにしたので、はんだペースト２１
の材料種類や試験片１５の材質に応じた濡れ性の差を明
確に得ることができるという優れた効果を奏する。

【００２８】また、特に本実施例では、基板１１上にお
けるはんだ２１の水平方向への広がりの規制を、ソルダ
レジスト１４の塗布により行うようにしたので、簡易な
方法で確実に基板１１上におけるはんだ２１の水平方向
への広がりを規制することができるようになる。さらに
は、はんだペースト２１の溶融をリフロー炉１７内を通
すことにより行うようにしたので、実際に用いられる条
件にて容易にはんだ２１の濡れ性の評価を行うことがで
きるようになるといったメリットも得ることができるも
のである。

【００２９】図６は、本発明の他の実施例（請求項４に
対応）に係る試験片３１〜３４を示している。これら
は、上記実施例における矩形板状の試験片１５に代え
て、形状を変更した試験片の変形例ともいうべきもので
あり、夫々、はんだペースト２１に接触してはんだ２１
が濡れ上がる部分が自身で垂直に安定して立つような形
状としたものである。

【００３０】即ち、図６（ａ）に示す試験片３１は、開
放部を下向きとしたコ字形に形成されており、図６
（ｂ）に示す試験片３２は、逆Ｖ字形に形成されてお
り、図６（ｃ）に示す試験片３３は、円筒形をなしてお
り、図６（ｄ）にに示す試験片３４は、上面から見てＬ
字形に形成されている。これらによれば、上記実施例と
同様の作用，効果に加え、試験片３１〜３４を垂直に配
置するための別途の手段が不要となるといった効果を得
ることができる。

【００３１】尚、上記実施例では、全体加熱のためにリ
フロー炉１７を用いるようにしたが、例えば高温槽等を
用いて全体加熱を行うようにしても良い。また、上記実
施例では、はんだ２１の濡れ上がり面積を求めることに
よって濡れ性を評価するようにしたが、濡れ上がり高さ
を求めることにより、濡れ性を評価することも可能であ
る。その他、本発明は上記した各実施例に限定されるも
のではなく、例えば上記した各部の材質や具体的寸法等
については一例に過ぎないなど、要旨を逸脱しない範囲
内で適宜変更して実施し得るものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すもので、試験片を配置
した状態の基板の縦断正面図

【図２】試験片に対するはんだの溶融前（ａ）、はんだ
の溶融後（ｂ）、濡れ面積計測時（ｃ）の様子を順に示
す斜視図

【図３】リフロー炉の構成を概略的に示す縦断側面図

【図４】リフロー炉におけるはんだ溶融時の２種類の温
度プロファイルを示す図

【図５】３種類のはんだに対する評価結果を示す図

【図６】本発明の他の実施例を示すもので、４個の異な
る試験片の形状を示す斜視図

【図７】従来例を示すもので、評価時の様子を概略的に
示す斜視図

【図８】時間経過に伴う温度の変動（ａ）及び濡れ力の
変動（ｂ）を示す図

【図９】３種類のはんだに対する評価結果を示す図

【符号の説明】

図面中、１１は基板、１３は銅ランド（塗布領域）、１
４はソルダレジスト、１５，３１，３２，３３，３４は
試験片、１７はリフロー炉、２１ははんだ（はんだペー
スト）を示す。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水平に配置された基板上に設けられた塗
   布領域に、所要量のはんだペーストを水平方向への広が
   りを規制した状態で塗布し、試験片を前記はんだペース
   ト上に立てた状態で、全体を加熱してはんだペーストを
   溶融させ、前記試験片に対するはんだの濡れ上がり状態
   に基づいて、濡れ性を評価することを特徴とするはんだ
   の濡れ性評価方法。
2. 【請求項２】 前記基板上におけるはんだの水平方向へ
   の広がりの規制は、前記塗布領域の周囲にソルダレジス
   トを塗布することにより行われることを特徴とする請求
   項１記載のはんだの濡れ性評価方法。
3. 【請求項３】 前記はんだペーストの溶融は、前記基板
   をリフロー炉内を通すことにより行われることを特徴と
   する請求項１又は２記載のはんだの濡れ性評価方法。
4. 【請求項４】 前記試験片は、前記はんだペーストに接
   触してはんだが濡れ上がる部分が垂直に安定して立つよ
   うな形状とされていることを特徴とする請求項１ないし
   ３のいずれかに記載のはんだの濡れ性評価方法。