JP4833926B2 - Soldering method - Google Patents
Soldering method Download PDFInfo
- Publication number
- JP4833926B2 JP4833926B2 JP2007172692A JP2007172692A JP4833926B2 JP 4833926 B2 JP4833926 B2 JP 4833926B2 JP 2007172692 A JP2007172692 A JP 2007172692A JP 2007172692 A JP2007172692 A JP 2007172692A JP 4833926 B2 JP4833926 B2 JP 4833926B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- solder
- printed circuit
- soldering
- board
- substrate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Molten Solder (AREA)
- Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)
Description
この発明は、鉛フリーはんだ材料を用いて、プリント配線板または表面実装部品を実装した回路基板に挿入タイプの電子部品を実装するためのはんだ付け方法に関する。 The present invention relates to a soldering method for mounting an insertion type electronic component on a circuit board on which a printed wiring board or a surface mounting component is mounted using a lead-free solder material.
近年、電子機器の高性能化、使用される環境の多様化に伴って内蔵される電子回路基板の信頼性特性の向上が強く望まれている。このため、電子部品実装において、電子部品を基板にはんだ付けすることによって形成される接合部の機械的強度、熱衝撃強度などの信頼性特性向上に対する要求が高まって来ている。 In recent years, there has been a strong demand for improvement in the reliability characteristics of electronic circuit boards built in as electronic devices have higher performance and diversified environments. For this reason, in electronic component mounting, there is an increasing demand for improvement in reliability characteristics such as mechanical strength and thermal shock strength of a joint formed by soldering the electronic component to a substrate.
また、電子部品のプリント基板へのはんだ付け等に用いられるはんだ材料は、地球環境保全の観点から廃棄製品からの鉛の除去や鉛の使用禁止に関する法規を受け、鉛を含むはんだ材料から鉛を含まない鉛フリーはんだ材料へと切り替えが進んでいる。 In addition, solder materials used for soldering electronic components to printed circuit boards are subject to laws and regulations concerning the removal of lead from waste products and the prohibition of use of lead from the viewpoint of global environmental protection. Switching to lead-free solder materials that do not contain it is progressing.
鉛フリーはんだ材料を用いた挿入タイプの電子部品の基板へのフローはんだ付けにおける、リフトオフや引け巣等のはんだ付けの不具合は、はんだ付けによりはんだ材料のはんだ添加元素の偏析や元のはんだ組成とは異なる低融点の脆弱な合金が形成されることなどが原因となっていることが知られており、はんだを急速に凝固させることで、偏析現象の緩和や脆弱な合金相の成長時間が短縮化されることで、上記不具合の低減に効果があると言われている。 The problems of soldering such as lift-off and shrinkage in the flow soldering of insertion-type electronic components to the board using lead-free solder materials are due to segregation of the solder additive elements of the solder material and the original solder composition. Is known to be caused by the formation of fragile alloys with different low melting points, and by rapidly solidifying the solder, the segregation phenomenon is alleviated and the growth time of the fragile alloy phase is shortened. It is said that it is effective in reducing the above-mentioned problems.
はんだ付けの不具合であるリフトオフや引け巣等の発生を抑制して電子部品と基板との接続信頼性の向上を目的として、下記の製造方法やはんだ付け方法が提案されている。 The following manufacturing methods and soldering methods have been proposed for the purpose of improving the connection reliability between the electronic component and the substrate by suppressing the occurrence of lift-off, shrinkage and the like, which are defects in soldering.
特開平11−354919号公報には、Biを含んだ鉛フリーはんだ材料を用いて電子部品を基板に実装するためのフローはんだ付け方法において、フローはんだ付け直後に遮熱板で仕切られた冷却ゾーンを通過させ、液相線温度近傍から固相線温度近傍までの温度域を約10〜20℃/秒で冷却し、第二の冷却速度:固相線温度近傍以下の温度域を約0.1〜5℃/秒で徐冷し、リフトオフの発生を抑制して接続信頼性の向上した電子回路基板の製造方法が記載されている(特許文献1)。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-354919 discloses a cooling zone partitioned by a heat shield immediately after flow soldering in a flow soldering method for mounting an electronic component on a substrate using a lead-free solder material containing Bi. And the temperature range from the liquidus temperature vicinity to the solidus temperature vicinity is cooled at about 10 to 20 ° C./second, and the second cooling rate: the temperature range near the solidus temperature is about 0. A method of manufacturing an electronic circuit board that has been gradually cooled at 1 to 5 ° C./second to suppress lift-off and improve connection reliability is described (Patent Document 1).
特開2001−15903号公報には、鉛フリーはんだ材料を用いて電子部品を基板に実装するためのフローはんだ付けにおいて、フローはんだ付け設備ライン内に冷却部を備え、フローはんだ付け工程後、急冷工程ではんだ付け温度の1/2以下の温度または、20℃乃至120℃の温度の予め選択された温度の冷媒液により回路基板を冷却して、はんだ接合部のクラック(リフトオフ現象)の発生を防止した強固なはんだ付け方法及び装置が記載されている(特許文献2)。 In Japanese Patent Laid-Open No. 2001-15903, in flow soldering for mounting electronic components on a substrate using a lead-free solder material, a cooling unit is provided in the flow soldering equipment line, and after the flow soldering process, rapid cooling is performed. In the process, the circuit board is cooled with a refrigerant liquid having a temperature lower than 1/2 of the soldering temperature or a temperature selected in advance of 20 ° C. to 120 ° C., and cracks (lift-off phenomenon) occur in the solder joints. A strong soldering method and apparatus that have been prevented are described (Patent Document 2).
特開2002−141658号公報には、鉛フリーのはんだ材料を用いて電子部品を基板に実装するためのフローはんだ付けにおいて、フロー設備ライン内に冷却チャンバ装置を備え、フロー槽と冷却チャンバ間にはんだが凝固し始めるのを抑制するためにはんだが溶融している状態を確保できる雰囲気温度を有する調整ゾーンを設け、はんだ材料供給ゾーンにて溶融したはんだ材料を基板の所定の箇所に付着させた後、調整ゾーンで基板に付着したはんだ材料を溶融状態で均熱化し、冷却ゾーンにて急速に例えば約200℃/分〜500℃/分、より好ましくは約300℃/分〜500℃/分で冷却して、リフトオフの発生を低減したはんだ付け方法および装置が記載されている(特許文献3)。 Japanese Patent Laid-Open No. 2002-141658 discloses a flow soldering for mounting an electronic component on a substrate using a lead-free solder material, and includes a cooling chamber device in the flow equipment line, between the flow tank and the cooling chamber. In order to prevent the solder from starting to solidify, an adjustment zone having an ambient temperature that can ensure a molten state of the solder is provided, and the molten solder material is adhered to a predetermined portion of the substrate in the solder material supply zone Thereafter, the solder material adhering to the substrate in the adjustment zone is soaked in a molten state, and rapidly, for example, about 200 ° C./min to 500 ° C./min, more preferably about 300 ° C./min to 500 ° C./min in the cooling zone. Describes a soldering method and apparatus that reduce the occurrence of lift-off by cooling with (Patent Document 3).
しかしながら、特許文献1は、フローゾーンと冷却ゾーン間に遮熱板が設けられているが、フローゾーンと冷却ゾーン間で発生している温度勾配により、基板の先端と後端での冷却速度に差が生じ、基板全体を均一な冷却速度で冷却できない。また、基板のサイズに関する記載が無く、大型基板の場合には更に基板の先端と後端での冷却速度の差が顕著になり、冷却ゾーンへ到達する前に凝固が始まっている可能性もあり、基板全体を均一な冷却速度で冷却できないという問題がある。 However, in Patent Document 1, a heat shield is provided between the flow zone and the cooling zone, but due to the temperature gradient generated between the flow zone and the cooling zone, the cooling rate at the front and rear ends of the substrate is reduced. A difference occurs and the entire substrate cannot be cooled at a uniform cooling rate. In addition, there is no description about the size of the substrate, and in the case of a large substrate, the difference in cooling rate between the front and rear ends of the substrate becomes more significant, and solidification may have started before reaching the cooling zone. There is a problem that the entire substrate cannot be cooled at a uniform cooling rate.
特許文献2には、特許文献1の遮熱板が設けられていないが同様にフローゾーンと冷却ゾーン間で発生している温度勾配により、基板全体を均一な冷却速度で冷却できないという問題がある。 Patent Document 2 does not have the heat shield plate of Patent Document 1, but similarly has a problem that the entire substrate cannot be cooled at a uniform cooling rate due to a temperature gradient generated between the flow zone and the cooling zone. .
また、特許文献3によれば、調整ゾーンが設けてあることで、冷却前のはんだ凝固対策が取られているが、ベルトコンベアにより基板を冷却ゾーンへ搬送するために、調整ゾーンと冷却ゾーン間で発生している温度勾配により、基板の先端と後端での冷却速度に差が生じ、基板全体を均一な冷却速度で冷却できないという問題がある。 Further, according to Patent Document 3, an adjustment zone is provided, so that countermeasures against solidification of solder before cooling are taken. Due to the temperature gradient generated in FIG. 1, there is a difference in the cooling rate between the front and rear ends of the substrate, and there is a problem that the entire substrate cannot be cooled at a uniform cooling rate.
上記の特許文献1乃至3の問題をまとめると、従来のようなベルトコンベアにより基板を冷却ゾーンへ搬送する場合、基板が冷却ゾーンに進入する位置において、基板の先端、中央、後端で基板の表面温度に差異が発生し、搬送方向における基板の先端、中央部、後端での冷却速度に差が生じ、基板全体を均一な冷却速度で冷却できないという問題点が挙げられる。このように基板全体を均一な冷却速度で冷却できない場合、基板上の各はんだ接合部の冷却条件が異なり、電子部品のはんだ付けの品質にばらつきが生じるという問題がある。 Summarizing the problems of Patent Documents 1 to 3 above, when the substrate is transported to the cooling zone by a conventional belt conveyor, the substrate is moved at the front, center, and rear ends of the substrate at the position where the substrate enters the cooling zone. There is a problem that a difference occurs in the surface temperature, a difference occurs in the cooling rate at the front end, the central part, and the rear end of the substrate in the transport direction, and the entire substrate cannot be cooled at a uniform cooling rate. Thus, when the whole board | substrate cannot be cooled with a uniform cooling rate, the cooling conditions of each solder joint part on a board | substrate differ, and there exists a problem that the quality of the soldering of an electronic component varies.
本発明は、プリント配線板または表面実装部品を実装した鉛フリーのプリント回路板に、挿入タイプの電子部品を鉛フリーのはんだ材料を用いて実装するためのはんだ付け方法において、リフトオフの発生と引け巣の発生を低減して電子部品と基板の接続信頼性に優れたプリント配線板またはプリント回路板のはんだ付け方法を提供することを目的とする。 The present invention relates to the occurrence of lift-off and shrinkage in a soldering method for mounting an insertion-type electronic component on a lead-free printed circuit board on which a printed wiring board or surface-mounted component is mounted using a lead-free solder material. It is an object of the present invention to provide a method for soldering a printed wiring board or a printed circuit board, which reduces the generation of nests and has excellent connection reliability between an electronic component and a board.
本発明の第1の態様にかかるプリント配線板またはプリント回路板のはんだ付け方法は、鉛フリーはんだ材料を用いてプリント配線板または表面実装部品を搭載したプリント回路板のはんだ付け方法において、挿入タイプ電子部品を該プリント配線板または該プリント回路板のスルーホールに挿入してフローはんだ付けにより該挿入タイプ電子部品を搭載したプリント回路実装板を作製し、その後に該プリント回路実装板を加熱炉に載置し、該加熱炉の内部の該プリント回路実装板の上下方向に配置された加熱用ノズルから該プリント回路実装板の全面を含む範囲に噴出される熱風を利用して該プリント回路実装板を加熱した後、該加熱炉の内部の該プリント回路実装板の上下方向に配置された冷却用ノズルから該プリント回路実装板の全面を含む範囲に噴出される冷媒を利用して該プリント回路実装板を冷却することにより、該プリント回路実装板の該挿入タイプ電子部品及び/または表面実装部品のはんだ接合部のはんだを再度溶融させた後に冷却凝固するリフロー処理を行なうことを特徴とするプリント配線板またはプリント回路板のはんだ付け方法である。 The printed wiring board or printed circuit board soldering method according to the first aspect of the present invention is a method of soldering a printed circuit board on which a printed wiring board or surface-mounted component is mounted using a lead-free solder material. An electronic component is inserted into a through hole of the printed wiring board or the printed circuit board, and a printed circuit mounting board on which the insertion type electronic component is mounted is manufactured by flow soldering, and then the printed circuit mounting board is placed in a heating furnace. The printed circuit mounting board mounted on the printed circuit board using hot air blown to a range including the entire surface of the printed circuit mounting board from a heating nozzle disposed in the vertical direction of the printed circuit mounting board inside the heating furnace. After heating the entire surface of the printed circuit board from the cooling nozzles arranged in the vertical direction of the printed circuit board inside the heating furnace By cooling the printed circuit mounting board by utilizing the refrigerant ejected to the range including and the solder of the solder joint portion of the insertion type electronic component and / or the surface mounting component of the printed circuit mounting board is melted again A method for soldering a printed wiring board or a printed circuit board , characterized by performing a reflow process for cooling and solidifying later.
本発明の第1の態様にかかるプリント配線板またはプリント回路板のはんだ付け方法において、フロー炉で一旦はんだ付けした電子部品を搭載したプリント回路実装板をバッチ式のリフロー炉に装填し、例えば、上下ノズルから加熱され窒素ガス等の熱風を噴出させることにより該実装板の全体を一括均一に加熱させて電子部品のはんだ接合部を再度溶融させる。更に、リフロー炉の中では該実装板は移動することがないため、例えば、はんだが溶融状態のままで該実装板は上下ノズルからの冷媒の噴射冷却により全体が一括均一に冷却凝固される。実装板が一括均一に冷却されることにより、リフトオフの発生と引け巣の発生を低減できるという効果が得られる。また、急速冷却用の媒体を用いることにより、再溶融はんだは急速に冷却されるため、微細な金属組織を有する凝固はんだとなるため、耐疲労性に優れたはんだ付けが得られる。 In the method for soldering a printed wiring board or a printed circuit board according to the first aspect of the present invention, a printed circuit mounting board on which an electronic component once soldered in a flow furnace is loaded into a batch-type reflow furnace, for example, By heating the upper and lower nozzles and blowing hot air such as nitrogen gas, the entire mounting board is heated uniformly and the solder joints of the electronic component are melted again. Furthermore, since there is no means that in a reflow furnace in which the mounting plate is moved, for example, the mounting plate remains solder in a molten state is generally by injection cooling of the refrigerant from the upper and lower nozzle is uniformly cooled and solidified together. By mounting plate is uniformly cooled collectively, there is an advantage that it reduces the occurrence of lift-off occurrence and shrinkage cavity. Moreover, since the re-melted solder is rapidly cooled by using the rapid cooling medium, it becomes a solidified solder having a fine metal structure, so that soldering excellent in fatigue resistance can be obtained.
本発明の第2の態様にかかるプリント配線板またはプリント回路板のはんだ付け方法は、上記の本発明の第1の態様にかかるプリント配線板またはプリント回路板のはんだ付け方法において、前記はんだ接合部を再度溶融させる前記リフロー処理の加熱工程におけるはんだ溶融時の雰囲気温度が、はんだ材料の融点+5℃以上の温度であって、はんだ付けする前記挿入タイプ電子部品の耐熱温度−5℃以下の温度範囲内であることを特徴とするプリント配線板またはプリント回路板のはんだ付け方法である。 The printed wiring board or printed circuit board soldering method according to the second aspect of the present invention is the above-described solder joint portion in the printed wiring board or printed circuit board soldering method according to the first aspect of the present invention. In the reflow treatment heating step in which remelting is performed, the soldering atmosphere temperature is a melting point of the solder material + 5 ° C. or higher, and the temperature range of the insertion type electronic component to be soldered is −5 ° C. or lower. A method for soldering a printed wiring board or a printed circuit board .
本発明の第2の態様にかかるプリント配線板またはプリント回路板のはんだ付け方法において、はんだ材料が溶けた状態を維持できる最低限の温度に雰囲気温度をすることにより、はんだ付けした電子部品の機能の劣化を防止しすることができ、かつ、溶融温度と凝固温度の温度差が小さいため、一括均一に急速冷却凝固されるので、リフトオフの発生と引け巣の発生を低減できる。 In the soldering method of the printed wiring board or the printed circuit board according to the second aspect of the present invention, the function of the soldered electronic component is achieved by setting the ambient temperature to the minimum temperature at which the solder material can be maintained in a molten state. it is possible to prevent deterioration, and, since the temperature difference between the melting temperature and the solidification temperature is small, can be collectively uniformly because it is rapidly cooled and solidified, reducing the occurrence of lift-off occurrence and shrinkage cavity.
本発明の第3の態様にかかるプリント配線板またはプリント回路板のはんだ付け方法は、上記の本発明の第1または第2の態様にかかるプリント配線板またはプリント回路板のはんだ付け方法において、前記鉛フリーはんだ材料が、Snを主成分とする基本はんだ材料であるSn−Cu、Sn−Ag、Sn−Ag−Cu、Sn−Ag−Cu−Bi、Sn−Ag−Cu−Sb、Sn−Ag−Bi−In、Sn−Ag−In、Sn−Zn、Sn−Zn−Bi、Sn−Sb、および、前記基本はんだ材料に、Al、Si、P、S、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Ga、Ge、As、Se、Zr、Nb、Mo、Pd、Hf、Ta、W、Pt、Auが微量に添加された鉛フリーはんだ材料から選択されたいずれかの材料であることを特徴とするプリント配線板またはプリント回路板のはんだ付け方法である。
本発明の第3の態様にかかるプリント配線板またはプリント回路板のはんだ付け方法において、鉛フリーのはんだを用いることができるため、製造されたプリント回路実装板は環境に与える影響が少ないものとなる。
The printed wiring board or printed circuit board soldering method according to the third aspect of the present invention is the above-described printed wiring board or printed circuit board soldering method according to the first or second aspect of the present invention. Lead-free solder materials are Sn-Cu, Sn-Ag, Sn-Ag-Cu, Sn-Ag-Cu-Bi, Sn-Ag-Cu-Sb, Sn-Ag, which are basic solder materials mainly composed of Sn -Bi-In, Sn-Ag-In, Sn-Zn, Sn-Zn-Bi, Sn-Sb, and the basic solder materials include Al, Si, P, S, Ti, V, Cr, Mn, Fe , Co, Ni, Ga, Ge, As, Se, Zr, Nb, Mo, Pd, Hf, Ta, W, Pt, and any material selected from lead-free solder materials to which trace amounts are added With features A method for soldering a printed wiring board or a printed circuit board .
Since the lead-free solder can be used in the printed wiring board or the printed circuit board soldering method according to the third aspect of the present invention, the manufactured printed circuit board has little influence on the environment. .
本発明によれば、フローはんだ付け後に、実装回路基板を炉内で搬送をしないで再溶融・急冷凝固するリフローはんだ付けを行うことで、個々のはんだ接合部内でのはんだ材料の温度分布と基板全体でのはんだ材料の温度分布のばらつきを少なくできるので、急冷開始温度のばらつきならびに個々のはんだ接合部での凝固時間のばらつきをなくすことができ、リフトオフの発生や疲労寿命のばらつきを低減することができる。 According to the present invention, after the flow soldering, the temperature distribution of the solder material in the individual solder joints and the substrate are obtained by performing reflow soldering in which the mounting circuit board is remelted and rapidly solidified without being conveyed in the furnace. The variation in the temperature distribution of the solder material in the whole can be reduced, so that the variation in the rapid cooling start temperature and the solidification time at each solder joint can be eliminated, and the occurrence of lift-off and the variation in fatigue life can be reduced. Can do.
また、再溶融・急冷凝固するリフローはんだ付けにおいて、急速冷却によりはんだを凝固させることで、リフトオフの発生を効果的に低減することができる。また、凝固したはんだ材料の金属組織が微細化されて、はんだ接合部の機械的強度の向上ならびに疲労寿命のばらつきの低減を図ることができる。 Further, in reflow soldering where remelting and rapid solidification are performed, the occurrence of lift-off can be effectively reduced by solidifying the solder by rapid cooling. In addition, the metal structure of the solidified solder material can be refined to improve the mechanical strength of the solder joint and reduce the variation in fatigue life.
これら不具合の低減によりプリント回路実装板の品質・信頼性の向上をはかることができる。 By reducing these problems, it is possible to improve the quality and reliability of the printed circuit board.
以下、本発明におけるはんだ付け方法の一例について図1乃至図2を用いて説明する。
図1は、本発明におけるはんだ付け方法のフローチャートである。また、図2は従来のフローはんだ付け方法のフローチャートである。図2によりプリント配線板の従来のフローはんだ付け工程10を説明する。
Hereinafter, an example of the soldering method according to the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is a flowchart of a soldering method according to the present invention. FIG. 2 is a flowchart of a conventional flow soldering method. A conventional
工程11では、電子部品をはんだ付けするための、銅ランド、銅スルーホール等の回路配線が設けられた実装用プリント配線板が準備される。なお、実装用プリント配線板は、片面基板、両面基板のいずれでもよく、また、本説明では、プリント配線板にはフローはんだ付けにより挿入部品を実装するが、フローはんだ付け前に表面実装部品をリフローはんだ付けで実装していてもよい。なお、表面実装部品をリフローはんだ付けするときに使用するはんだ材料は同じはんだ材料が望ましい。プリント配線板の絶縁基材として、ガラスエポキシ基板やメタルコア基板を用いることができる。さらに、多層構造のプリント配線板を使用することもできる。次の工程12では、挿入(パッケージ)タイプの電子部品、例えば、リレー、コンデンサ、抵抗などのリード端子付きの電子部品、が規定のスルーホールに挿入搭載される。電子部品が搭載されたプリント配線板はベルトコンベアにセットされ、フロー炉に搬送されて搭載された電子部品はプリント配線板にフローはんだ付けされる。
In
まず、フラックス塗布工程13において、電子部品が搭載されたプリント配線板のはんだ付け面にはんだ付けのためのフラックスが均一に塗布される。フラックスの塗布が終了した電子部品を搭載したプリント配線板はプリヒート工程14で、フラックスを活性化させはんだ付け性をよくするための予備加熱温度、例えば160〜170℃にプリヒートされて、フローはんだ付着工程15へ搬送される。
First, in the
フローはんだ付着工程15は、鉛フリーはんだ、例えばSn−Ag−Cu系鉛フリーはんだ、が溶融(250℃)した噴流式のはんだ槽ではんだ接合部にフローはんだ付着がなされる。なお、鉛フリーはんだとして、Snを主成分とする鉛フリーはんだ、好ましくは、Sn−Ag、Sn−Cu、Sn−Ag−Cu、Sn−Ag−Cu−Bi、Sn−Ag−Cu−Sb、Sn−Ag−Bi−In、Sn−Ag−In、Sn−Zn、Sn−Zn−Bi、Sn−Sb、さらに、上記各合金に、Al、Si、P、S、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Ga、Ge、As、Se、Zr、Nb、Mo、Pd、Hf、Ta、W、Pt、Auを微量加えたものでもかまわない。
In the flow
フローはんだ付着が終了したプリント回路実装板(以下実装基板という)は冷却凝固工程16で冷却され凝固される。冷却方法は自然冷却でもよいし、あらかじめ選択された温度に温調された冷媒液中に浸漬させる、もしくは、ガス噴射、噴霧又はシャワーで冷媒を吹きかける等を施して冷却してもよい。
The printed circuit mounting board (hereinafter referred to as a mounting board) on which the flow solder has been attached is cooled and solidified in the cooling and
なお、実装基板を冷却する冷媒として、使用しているはんだ材料の融点より低い気体または液体の、空気、水蒸気、水、液化二酸化炭素(ガス)、液化窒素(ガス)、液化アルゴン(ガス)、液化ヘリウム(ガス)等が使用できる。 As a coolant for cooling the mounting board, air, water vapor, water, liquefied carbon dioxide (gas), liquefied nitrogen (gas), liquefied argon (gas), gas or liquid lower than the melting point of the solder material used, Liquefied helium (gas) can be used.
冷却されフロー炉から排出、取り出され、フローはんだ付けが終了した実装基板は、無洗浄タイプのフラックスでない場合、付着しているはんだ用フラックスが洗浄除去された後、はんだ接合部の外観検査(工程17)が行われ、挿入タイプの電子部品が実装された実装基板ができあがる。 If the mounting board is cooled and discharged and taken out from the flow furnace and the flow soldering is finished, if it is not a non-cleaning type flux, the attached soldering flux is cleaned and removed, and then the solder joint is visually inspected (process) 17) is performed, and a mounting board on which insertion type electronic components are mounted is completed.
次に、図1を用いて本発明のはんだ付け方法を説明する。本発明のプリント配線板のはんだ付け工程1は、挿入タイプの電子部品が搭載されたプリント配線板をフローはんだ付けにより実装基板を製作するフローはんだ付け工程10と、工程10で製作された実装基板のはんだ接合部のはんだを再溶融、急冷凝固させるリフローはんだ付け工程20とから構成されている。なお、ここでいうリフローはんだ付けとは、一般的な表面実装部品のはんだ付けに使用される、あらかじめ施されているはんだメッキ、ソルダーペーストを溶融、凝固させることではなく、はんだ付けしたはんだ接合部のはんだを再溶融、急冷凝固させることを言う。
Next, the soldering method of this invention is demonstrated using FIG. The printed wiring board soldering process 1 of the present invention includes a
前述のフローはんだ付け工程10と同一工程(工程11〜16)を経て、フロー炉から取り出された実装基板は、直ちにまたははんだ付け外観検査等の中間工程(工程17)が終了すると、実装基板のはんだ接合部のはんだを再溶融、急冷凝固させるリフローはんだ付け工程20に進む。実装基板は実装基板全体を急速に且つ均一に冷却する強制冷却機構を備えた搬送機構のないリフロー炉60、例えば、バッチ式リフロー炉へ運ばれ炉内の所定の位置に載置される(工程21)。図3はバッチ式リフロー炉60を示し、図3(a)はリフロー炉60の概略と載置された実装基板50を示す模式図であり、図3(b)はリフロー炉の縦断面構造と実装基板50のはんだ付け状態を示す模式図である。図3(a)において、実装基板50が図示しない支持部材により実装基板50の端の部分が支持されリフロー炉60内に載置されている状態を示す。図3(b)の断面図において、実装基板50の温風加熱方式による加熱状態、および冷却状態を示し、実装基板50の上下方向には加熱用ノズル61、冷却用ノズル62が配置されている。加熱用ノズル61から噴出される熱風ガス61a、例えば、図示しないヒータを設置した空間内に窒素ガスを通すことで所定温度にあらかじめ加熱された窒素ガス、により実装基板50は均一に加熱される。加熱ガスの温度は、使用されるはんだ材料、部品の耐熱性により異なるが、例えば、鉛フリーはんだ材料Sn−3.0Ag−0.5Cu(融点約217℃)では約250℃に加熱される。なお、リフロー炉60は載置された複数枚の実装基板50の全面を一括均一に加熱することができ、かつ一括均一に冷却できる機構を備えていればよい。リフロー炉内の雰囲気は空気でもよいが、ハンダ、部品のリード端子等の酸化を防ぐために窒素雰囲気とすることが好ましい。リフロー炉の加熱方式は、熱風加熱方式、赤外線輻射加熱方式でいずれでもよく、また両加熱方式を複合した加熱方式であってもよい。
The mounting substrate taken out of the flow furnace through the same steps (
なお、再溶融・急冷凝固するリフローはんだ付けが適用される実装基板は、表面実装部品と挿入タイプ実装部品の混在した実装基板であってもよく。リフロー炉に載置される。耐熱性が低いまたは急冷で特性が劣化する表面実装部品等が実装された実装基板に対して、それらの部品を保護するために加熱防止または急冷防止のためパレットで被う等の前処理が施される。前処理が施された実装基板はリフロー炉60に載置される。
Note that the mounting board to which reflow soldering for remelting and rapid solidification is applied may be a mounting board in which surface mounting components and insertion type mounting components are mixed. Placed in a reflow furnace. Pre-treatment such as covering with a pallet to prevent heating or rapid cooling is performed on the mounting board on which surface mount components with low heat resistance or characteristics that deteriorate due to rapid cooling are mounted. Is done. The pre-processed mounting board is placed in the
図3(b)に示すように、実装基板50のプリント配線板51はあらかじめ規定された温度で加熱が行われ、はんだ接合部55(電子部品のリード端子52aと銅ランド53、銅スルーホール54とはんだとから構成される。)のはんだが溶融される(工程22)。再溶融時の炉内の雰囲気温度は、はんだ材料の融点以上、例えば、はんだ融点+5℃以上、搭載電子部品の耐熱温度−5℃以下であり、リフロー炉60の上下方向に設置された加熱用ノズル61から噴射される雰囲気温度を有する熱風61aが炉内に噴射され、炉内の雰囲気温度は上昇し、熱風61aの温度(雰囲気温度)に到達することにより得られる。実装基板50は、加熱用ノズル61からの熱風61aおよび周囲雰囲気ガスにより加熱される。また、はんだ再溶融加熱時の保持時間は、銅ランドの銅食われが進み難く、かつプリント回路実装板50の配線板や実装電子部品が熱で損傷しない短い時間であることが望ましく、例えばはんだ融点+5℃で10秒間保持される。
As shown in FIG. 3B, the printed
表面実装部品と挿入タイプ実装部品の混在した実装基板も同様に、所定温度に加熱されはんだ接合部のはんだは溶融される。挿入タイプ実装部品のはんだ付けに用いられた鉛フリーはんだと同じはんだペースト等でリフローはんだ付けされた表面実装部品は、加熱によりはんだ接合部のはんだは溶融される。しかし、表面実装部品は、耐熱性の接着剤で基板に接着固定されており、再溶融加熱で表面実装部品が剥がれたり、移動したりすることはない。 Similarly, the mounting substrate in which the surface mounting component and the insertion type mounting component are mixed is heated to a predetermined temperature and the solder at the solder joint is melted. In the surface mount component that is reflow soldered with the same solder paste as the lead-free solder used for soldering the insertion type mount component, the solder at the solder joint is melted by heating. However, the surface mount component is bonded and fixed to the substrate with a heat-resistant adhesive, and the surface mount component is not peeled off or moved by remelting heating.
リフロー炉60で冷却が完了した実装基板50はリフロー炉60から取り出され、はんだ接合部の外観検査(工程24)が行われる。
The mounting
表面実装部品と挿入タイプ実装部品の混在した実装基板は、実装基板の表面温度が、下がるとリフロー炉60から取り出され、前処理で施されたパレット等の治工具が取り除かれ、はんだ接合部の外観検査等が行われ、はんだ接合部を再度溶融させた後に急冷凝固するリフローはんだ付けが完了する。
When the surface temperature of the mounting substrate is lowered, the mounting substrate in which the surface mounting component and the insertion type mounting component are mixed is taken out from the
以上述べたようにしてフローはんだ付け−再溶融・急冷凝固するリフローはんだ付け
をした実装基板50が製造される。
As described above, the mounting
以下、本発明のはんだ付け方法によるはんだ接合部への影響について実施例によって具体的に説明する。 Hereinafter, the effect of the soldering method of the present invention on the solder joint will be specifically described with reference to examples.
従来のフロー炉はんだ付けで急速冷却を行った(フローはんだ付け)試料と、本発明のフロー炉はんだ付けで急速冷却を行った後にバッチ式リフロー炉ではんだ接合部のはんだを再溶融した後に急速冷却を行った(リフローはんだ付け)試料を作製し、それぞれのはんだ付け方法(急速冷却)がはんだ接合部の引け巣発生およびリフトオフ発生に及ぼす影響、効果について従来技術と本発明による比較試験を行った。 After rapid cooling with the conventional flow furnace soldering (flow soldering) and rapid cooling with the flow furnace soldering of the present invention, the solder at the solder joint was remelted in a batch type reflow furnace. Cooled (reflow soldering) samples were prepared, and the effects of each soldering method (rapid cooling) on the generation of shrinkage nests and lift-off at solder joints were compared with the prior art and the present invention. It was.
図4に電子部品を搭載したプリント配線板70の模式図を示す。プリント配線板71は銅ランドの幅0.5mm、銅スルーホール径:φ1.4mmを設けた両面ガラスエポキシ基板(厚さ:1mm、大きさ:150mmの正方形)を使用した。プリント配線板71に搭載する電子部品として、プリント基板用リレー72(オムロン製:G8FE−1AP−L)を9個使用した。リレー72のリード端子の材質は銅で、リード端子の数は6本/個である。リレー72の搭載位置は、フローはんだ付けの配線板71の搬送方向(図4矢印75で示す)を前基準にして基板前部71fに3つ、基板中央部71cに3つ、基板後部71rに3つ搭載した。リレー72を搭載した基板70を6枚用意し、6枚を従来のフロー炉はんだ付けを用いて下記の条件で急速冷却フローはんだ付けを行い、その内3枚を従来技術のはんだ付けの試料とした(試料No.1a〜3a)。残り3枚について急速冷却機構を備えたバッチ式リフロー炉を用いて、本発明の下記の条件ではんだ接合部を再溶融した後に急速冷却するリフローはんだ付けを行った(試料No.1b〜3b)。なお、はんだ材料として、鉛フリーのSn−3.0Ag−0.5Cu(融点約217℃)を用いた。
FIG. 4 shows a schematic diagram of a printed
フローはんだ付け条件:搬送速度:1m/分、はんだ噴流温度:250℃。
冷却速度:10℃/秒
リフローはんだ付け条件:雰囲気温度:240℃、保持時間:10秒
冷却速度:20℃/秒
上記のはんだ付け条件で製作された試料(実装基板)における各リレーのリード端子のはんだ接合部分(図3(b)53参考)について走査電子顕微鏡(SEM)用いて表面観察(倍率は30〜200倍を適宜使用)にて引け巣発生状態及びリフトオフ状態を検査し、その後表面観察でリフトオフと思われる部位について断面検査を行ってリフトオフを確認することで、基板前部71f、中央部71mおよび後部71rそれぞれの引け巣発生数およびリフトオフ発生数を求めた。引け巣発生数およびリフトオフ発生数は、はんだ接合部中に引け巣およびリフトオフの発生しているリード端子のはんだ接合部の個数を示す。得られた結果を表1に示す。
Flow soldering conditions: Conveyance speed: 1 m / min, solder jet temperature: 250 ° C.
Cooling rate: 10 ° C / second Reflow soldering conditions: Atmospheric temperature: 240 ° C, Holding time: 10 seconds
Cooling rate: 20 ° C./second Using a scanning electron microscope (SEM) on the solder joint portion (see FIG. 3B) 53 of each relay lead in the sample (mounting substrate) manufactured under the above-described soldering conditions Inspect the shrinkage nesting state and lift-off state by observation (use a magnification of 30 to 200 times as appropriate), and then check the lift-off by performing a cross-sectional inspection on the part that seems to be lift-off by surface observation. The number of shrinkage nests and the number of lift-off occurrences were calculated for 71f, the
本発明の実施例1のはんだ付け方法における各搭載位置の引け巣発生数は、検査件数54ヶ所において、基板前部は合計2ヶ所、基板中央部は合計1ヶ所、基板後部は3ヶ所で、引け巣の発生数が非常に少なく、引け巣発生数に対する、搭載位置の影響があるとはいえない。この理由は、本発明のはんだ付け方法では実装基板を搬送することがないため、基板前部、基板中央部、基板後部との搭載位置関係がなくなり、またはんだ接合部のはんだを再度溶融した後に基板全体を一括均一に冷却させるので、冷却速度のばらつきが小さいために引け巣発生件数が少ないと考えられる。 In the soldering method of Example 1 of the present invention, the number of shrinkage nests at each mounting position is 54 inspected, the total number of the front part of the board is two, the total number of the central part of the board is one, and the rear part of the board is three. The number of shrinkage nests is very small, and it cannot be said that there is an influence of the mounting position on the number of shrinkage nests. This is because the mounting board is not transported by the soldering method of the present invention, so the mounting position relationship with the front part of the board, the central part of the board, and the rear part of the board is lost, or the solder at the soldered joint is melted again. Since the entire substrate is uniformly cooled, it is considered that the number of shrinkage nests is small because the variation in the cooling rate is small.
以上、従来技術のはんだ付け方法の場合、はんだ付けの際に部品搭載基板に接触する噴流はんだの温度、基板の搬送速度、雰囲気温度、雰囲気ガスの流れ等、フローはんだ槽から急冷されるまでの条件により、急冷前のはんだ溶融状態が一定に保たれるとは限らないため、急冷凝固された実装基板のはんだ付け品質にばらつきが発生する。 As described above, in the case of the conventional soldering method, the temperature of the jet solder that contacts the component mounting board during soldering, the substrate transport speed, the ambient temperature, the flow of the ambient gas, etc. Depending on the conditions, the molten solder state before the rapid cooling is not always kept constant, so that the soldering quality of the rapidly solidified mounting board varies.
これに対して本発明の実施例1のはんだ接合部のはんだを再溶融、急冷凝固するリフローはんだ付けの場合は、一定のはんだ溶融状態から急冷凝固が行われるために、安定したはんだ付け品質が得られる。 On the other hand, in the case of reflow soldering in which the solder of the solder joint portion of Example 1 of the present invention is remelted and rapidly solidified, rapid solidification is performed from a certain solder melting state, so that stable soldering quality is achieved. can get.
なお、リフトオフ発生数に関しては、従来技術のはんだ付け、本発明のはんだ付け共にリフトオフ発生件数がゼロで、リフトオフの発生は認められず、はんだ付け方法による差がみられない。このことから、本発明のはんだ付け方法においても十分にリフトオフ発生の抑制効果があること確認された。 As for the number of lift-off occurrences, the number of lift-off occurrences is zero for both the conventional soldering and the soldering of the present invention, the occurrence of lift-off is not observed, and there is no difference depending on the soldering method. From this, it was confirmed that the soldering method of the present invention has a sufficient effect of suppressing the occurrence of lift-off.
実施例1と同様に、従来のフロー炉はんだ付けで急速冷却フローはんだ付けを行った試料と、本発明のフロー炉はんだ付けで急速冷却を行った後に、バッチ式リフロー炉ではんだ接合部のはんだを再溶融した後に急速冷却するリフローはんだ付けを行った試料を作製し、はんだ付け方法の相違がはんだ接合部の疲労寿命に及ぼす影響、効果について、従来技術と本発明による比較試験を行った。 Similarly to Example 1, after performing rapid cooling flow soldering by conventional flow furnace soldering and rapid cooling by flow furnace soldering of the present invention, soldering of solder joints in a batch-type reflow furnace A sample subjected to reflow soldering to be rapidly cooled after remelting was manufactured, and a comparative test according to the prior art and the present invention was conducted on the influence and effect of the difference in the soldering method on the fatigue life of the solder joint.
なお、プリント配線基板70および搭載部品72は実施例1と同様のものを使用し、同じはんだ付け条件ではんだ付けを施した。試料No.は、はんだ付け条件が実施例1と同じため同じ番号を付した。
In addition, the printed
製作した比較試験用試料を自動温度調節が可能な恒温槽に入れ、疲労試験を実施した。疲労試験は−40℃から140℃までの温度変化を伴うサイクル試験である。恒温槽内の温度プロファイルは、−40℃で30分間保持→30分間かけて140℃まで昇温→140℃で30分間保持→30分間かけて−40℃まで降温とし、これを1サイクルとして合計1000サイクルの疲労試験を行った。 The manufactured comparative test sample was placed in a thermostatic chamber capable of automatic temperature control, and a fatigue test was performed. The fatigue test is a cycle test with a temperature change from −40 ° C. to 140 ° C. The temperature profile in the thermostatic bath is maintained at −40 ° C. for 30 minutes → increased to 140 ° C. over 30 minutes → held at 140 ° C. for 30 minutes → decreased to −40 ° C. over 30 minutes. A 1000 cycle fatigue test was conducted.
疲労試験終了後、走査電子顕微鏡(SEM)を用いて試料(被試験実装基板)の各はんだ接合部分の断面観察(倍率は30〜200倍を適宜使用)を行い、疲労により発生したはんだ部分のき裂の長さを計測した。計測された基板前部71f、基板中央部72m、基板後部71rそれぞれのき裂長さの平均値を導出した。長いき裂が検出された試料は、すなわち寿命が短い実装基板ということである。得られたはんだき裂長さの結果を表2に示す。
After the fatigue test, cross-sectional observation (a magnification of 30 to 200 times is used as appropriate) of each solder joint portion of the sample (mounting substrate to be tested) using a scanning electron microscope (SEM) The crack length was measured. Average values of the crack lengths of the measured
本発明の実施例2のはんだ付け方法における部品載置位置の平均はんだき裂長さは、基板前部71fは450μm、基板中央部71mは457μm、基板後部71rは470μmで、はんだき裂長さは、従来技術のはんだ付けのはんだき裂長さより小さく、かつ、ばらつきも小さい。なお、本発明の各実施例のはんだ付け方法では実装基板を搬送することがないため、基板前部71f、基板中央部71m、基板後部71rの部品の搭載位置関係はなくなる。本発明のはんだ付け方法は、はんだ接合部のはんだを再度溶融した後、基板を搬送することなく基板全体が最適な条件で一括均一に急冷されるため、各搭載位置に関係なく冷却速度のばらつきは小さく均一なはんだ凝固組織が得られ、結果としてはんだき裂長さ(寿命)のばらつきは小さくなる。
In the soldering method of Example 2 of the present invention, the average solder crack length at the component placement position is 450 μm for the
1:本発明のプリント配線板のはんだ付け工程
10:フローハンダ付け工程 13:フラックス塗布工程
14:プレヒート工程 15:噴流はんだ付着工程
16:冷却工程 20:リフローはんだ付け工程
21:はんだ再溶融工程 22:急速冷却凝固工程
50:実装基板 51:プリント配線板
52:挿入タイプ電子部品 52a:リード端子
53:銅ランド 54:銅スルーホール
55:はんだ接合部 60:リフロー炉
61:加熱用ノズル 62:冷却用ノズル
63:加熱用配管 64:冷却用配管
70:電子部品搭載プリント配線板 71:プリント配線板
71f:基板前部 72m:基板中央部
72r:基板後部 72:リレー
75:基板搬送方向
1: Soldering process of printed wiring board of the present invention 10: Flow soldering process 13: Flux application process 14: Preheating process 15: Jet soldering process 16: Cooling process 20: Reflow soldering process 21: Solder remelting process 22 : Rapid cooling and solidification process 50: Mounting board 51: Printed wiring board 52: Insertion type
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2007172692A JP4833926B2 (en) | 2007-06-29 | 2007-06-29 | Soldering method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2007172692A JP4833926B2 (en) | 2007-06-29 | 2007-06-29 | Soldering method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2009010299A JP2009010299A (en) | 2009-01-15 |
| JP4833926B2 true JP4833926B2 (en) | 2011-12-07 |
Family
ID=40325067
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2007172692A Expired - Fee Related JP4833926B2 (en) | 2007-06-29 | 2007-06-29 | Soldering method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4833926B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102773575B (en) * | 2012-07-17 | 2014-12-17 | 贵州航天电子科技有限公司 | Microwave printed board and cushion block soldering process method |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3409679B2 (en) * | 1998-02-06 | 2003-05-26 | 神港精機株式会社 | Soldering equipment |
| JP2002141658A (en) * | 2000-08-21 | 2002-05-17 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Flow soldering method and apparatus |
-
2007
- 2007-06-29 JP JP2007172692A patent/JP4833926B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2009010299A (en) | 2009-01-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4073183B2 (en) | Mixed mounting method using Pb-free solder and mounted product | |
| CN102066043B (en) | Lead-Free Solder Alloys to Suppress Shrinkage Cavities | |
| KR102087004B1 (en) | Solder preforms and solder alloy assembly methods | |
| JP4833927B2 (en) | Soldering method and soldering apparatus | |
| KR100666656B1 (en) | Soldering Method of Printed Board, Soldering Device of Printed Board and Cooling Device for Soldering Device | |
| JP2002043734A (en) | Method and apparatus for soldering printed circuit board | |
| JP4833926B2 (en) | Soldering method | |
| EP1971699A2 (en) | Lead-free solder with low copper dissolution | |
| EP1295665A2 (en) | Method of manufacturing mount structure without introducing degraded bonding strength of electronic parts due to segregation of low-strength/low-melting point alloy | |
| US11992902B2 (en) | Solder alloy and solder joint | |
| WO2006088690A2 (en) | Method and arrangement for thermally relieved packages with different substrates | |
| JP4633110B2 (en) | Soldering method | |
| JP4900570B2 (en) | Electronic component mounting method, soldering apparatus and mounting board | |
| JP5825265B2 (en) | Soldering method for printed circuit boards | |
| TWI912215B (en) | Solder supply method | |
| JP4673860B2 (en) | Pb / Sb-free solder alloys, printed wiring boards, and electronic equipment products | |
| JP4407385B2 (en) | Method of preventing shrinkage of soldered part, solder alloy and module parts for electronic equipment | |
| JP4079985B2 (en) | Flow soldering equipment using Pb-free solder | |
| Baated et al. | Sn–Ag–Cu soldering reliability as influenced by process atmosphere | |
| JP2001358456A (en) | Electronic devices connected using lead-free solder | |
| JP2001298267A (en) | Soldering method | |
| JP2008283017A (en) | Component mounting board soldering method and component mounting board | |
| TW202604657A (en) | Solder supply method | |
| HK40082316A (en) | Soft solder alloy and solder joint | |
| JPWO2007029329A1 (en) | Solder alloy, electronic substrate using the solder alloy, and manufacturing method thereof |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20100506 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20110613 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20110624 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20110817 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20110902 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20110922 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140930 Year of fee payment: 3 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |