フローはんだ付け方法
【課題】ＶＯＣの量を減らした、または、用いない液状のフラックスには、アルコールよりも蒸発しにくい水を用いているため、従来のフラックスでのプリヒート温度では、噴流はんだ槽投入前に水分を完全に除去することができず、従来のはんだ付け実績を用いることができない。
【解決手段】基板８のスルーホールのランド１２ｂ及び部品装着面１０のランド１２ａにプラズマ１を照射し、このスルーホール９のはんだ付け面１１にメタルマスク１４を設置し、メタルマスク１４を介してはんだペースト１５をはんだディスペンサ１６で塗布した後、基板８のはんだ付け面１１の反対面である部品装着面１０から挿入部品１７を装着し、基板８を噴流はんだ槽２０にてはんだ付けを行うフローはんだ付け方法を特徴とする。
【解決手段】基板８のスルーホールのランド１２ｂ及び部品装着面１０のランド１２ａにプラズマ１を照射し、このスルーホール９のはんだ付け面１１にメタルマスク１４を設置し、メタルマスク１４を介してはんだペースト１５をはんだディスペンサ１６で塗布した後、基板８のはんだ付け面１１の反対面である部品装着面１０から挿入部品１７を装着し、基板８を噴流はんだ槽２０にてはんだ付けを行うフローはんだ付け方法を特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子回路基板に溶融はんだを接触させてはんだ付けを行う電子回路基板のフローはんだ付け方法を示す。特に電子回路基板のはんだ付け面に揮発性有機化合物が５重量％以下である低ＶＯＣはんだペースト（ＶＯＣ：Ｖｏｌａｔｉｌｅ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｏｍｐａｏｕｎｄｓ 揮発性有機化合物）を塗布することで、ＶＯＣフリーフラックスおよび低ＶＯＣフラックスを塗布しなくとも電子回路基板のフローはんだ付けを行う方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子回路基板のフローはんだ付けには、ＶＯＣフリーフラックスまたは低ＶＯＣフラックスが用いられている。しかしながら現在のフローはんだ付け装置においては、噴流はんだ槽投入前の電子回路基板に塗布されたこれらのフラックスの水分を完全に除去することが困難であった。本出願人は、ＶＯＣフリーフラックスまたは低ＶＯＣフラックスの水分を完全に除去し難い問題点解決に向けて、既に未公開自社出願の特願２００８−２７７９５０で提案している。それは、スルーホールが設けられた基板のはんだ付け面にメタルマスクを設置し、前記メタルマスクを介してはんだペーストを塗布した後、前記基板の部品装着面から挿入部品を装着し、前記基板を噴流はんだ槽にてはんだ付けを行うフローはんだ付け方法である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、未公開自社出願の特願２００８−２７７９５０に記載のフローはんだ付け方法では、ＶＯＣフリーフラックスまたは低ＶＯＣフラックスを用いることなくはんだ付けが可能となったが、塗布されたはんだペーストがスルーホールの壁面を通り、部品装着面側のランド上で濡れ拡がり不足を発生させることも見受けられた。しかしながら、はんだ接合の信頼性を考慮すれば、はんだペーストは部品装着面側のランド全面に濡れ拡がることが必要であることが望ましい。
【０００４】
本発明は、前記課題を解決するもので、はんだペーストが部品装着面のランドに濡れ拡がるフローはんだ付け方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明のフローはんだ付け方法は、基板のスルーホールの壁面ランド及び前記基板の部品装着面のランドにプラズマを照射し、前記基板のはんだ付け面にメタルマスクを設置し、前記メタルマスクを介してはんだペーストをはんだディスペンサで塗布した後、前記基板の部品装着面から挿入部品を装着し、前記基板を噴流はんだ槽にてはんだ付けを行うフローはんだ付け方法であって、前記はんだぺーストは、沸点が２００〜３００℃の揮発性有機化合物（Ｖｏｌａｔｉｌｅ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｏｍｐａｏｕｎｄｓ：ＶＯＣ）であるＭを０重量％＜Ｍ≦５重量％含み、鉛フリーはんだ共晶合金を前記ＶＯＣと混合した粘度８０〜２５０Ｐａ・ｓであることを特徴とする。
【０００６】
なお、ここで使用するはんだペーストは、ＶＯＣを０重量％よりも大きく５重量％以下含むはんだペーストであり、以降「低ＶＯＣはんだペースト」とする。
【発明の効果】
【０００７】
以上のように、本発明のフローはんだ付け方法によれば、部品装着面のランド上に低ＶＯＣはんだペーストが非ニュートン流体特有のバラス効果により、わずかに膨らんで部品装着面に出てきてバラツキを発生させるものの、０．５〜２．０ｍｍΦのスルーホール部のランド及び基板の部品装着面のランドに、プラズマによって表面改質ならびに表面清浄化を行うことによって、バラツキのない濡れ広がりと濡れ上がりを可能にし、接合性の良いはんだ付けが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態１におけるフローはんだ付け方法を示したフローチャート
【図２】本発明の実施形態１におけるプラズマ発生装置の模式図
【図３】プラズマ発生装置を電子回路基板に設置した構成を示した断面図
【図４】電子回路基板にメタルマスクを設置した図
【図５】低ＶＯＣはんだペーストをスルーホールにディスペンスするはんだ供給方法を説明するための図
【図６】本発明の実施の形態２におけるフローはんだ付け方法を示したフローチャート
【図７】超音波振動を基板に加振する超音波装置を示した図
【図８】超音波装置が基板に接している状態を示した図
【図９】メタルマスクのマスク形状の一例を示した図
【図１０】メタルマスクのマスク形状の一例を示した図
【図１１】メタルマスクのマスク形状の一例を示した図
【図１２】メタルマスクのマスク形状の一例を示した図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１０】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるフローはんだ付け方法を示したフローチャートである。
【００１１】
まず全体のステップ１〜５の概略説明をしてから後述にて詳細に述べる。ステップ１は、基板のランドにプラズマを照射する工程である。ステップ２は、基板のはんだ付け面にメタルマスクを設置する工程である。ステップ３は、基板のはんだ付け面に低ＶＯＣはんだペーストをはんだディペンサで塗布する工程である。ステップ４は、上方に基板の部品装着面、下方にはんだ付け面となるように基板を裏返し、基板の部品装着面からスルーホールに挿入部品を装着する工程である。ステップ５は、基板を予備加熱し、噴流はんだ槽で溶融はんだに接触させるフローはんだ付けする工程である。
【００１２】
次に、各ステップについて詳細に述べる。ステップ１は、基板のランドにプラズマを照射する工程である。基板は、フローはんだ付けに用いられる基板であり、スルーホール径が０．５〜２．０ｍｍΦのスルーホール径を設けている。プラズマは、この基板の部品挿入面（以降「部品装着面」と称する）のランド及びスルーホール部の壁面ランドに照射する。以下に詳細については図を用いて後述する。
【００１３】
次に本発明の実施の形態１におけるプラズマ発生装置の模式図を図２に示す。プラズマ発生装置の一例として、次のような形態のものを用いた。セラミックで形成された誘電体２を誘電体電極３ではさみ、この誘電体電極３に交流発生電源４を用いて１３．５６ＭＨＺの交流電圧をかける。水素とアルゴンの流量比４：９６の混合ガス５をガス管６によって誘電体２内の流路に導入すると、プラズマノズル口７からプラズマ１が得られる形態となっている。
【００１４】
上記プラズマ発生装置を電子回路基板に設置した構成を示した断面図を図３に示す。ここで用いる電子回路基板８（以降「基板８」と称する）は、スルーホール９が貫通して設けられている部品装着面１０およびはんだ付け面１１を有し、この部品装着面１０とはんだ付け面１１をランド１２（部品装着面のランド１２ａ、スルーホール壁面ランド１２ｂ、はんだ付け面のランド１２ｃを併せたもの）が貫通した基板８である。プラズマ１を基板８に照射する。ここでプラズマ１によって、ランド１２の表面正常化と表面改質がなされた領域１３が形成される。この領域１３は、部品装着面のランド１２ａ全体と、スルーホール壁面ランド１２ｂ全体に対して少なくとも１／３〜１／２の面積を占める部分である。スルーホール壁面ランド１２ｂの表面改質は、その後の工程においてはんだペーストが供給されたときに部品装着面のランド１２ａにはんだの濡れ上がりを良好とすることを目的としている。部品装着面からスルーホール壁面ランド１２ｂ全体に対する少なくとも１／３の面積を占める部分にプラズマ照射されていればはんだの濡れ上がりが可能であり、またスルーホール壁面ランド１２ｂ全体に対する１／２の面積を占める部分よりも大きな領域にプラズマ照射をしていても、はんだの濡れ上がり状態に大幅な変化は見られない。つまりは良好の状態であることからプラズマ照射の領域を決定した。
【００１５】
ステップ２は、電子回路基板のはんだ付け面にメタルマスクを設置する工程である。図４は、本発明の実施の形態１におけるフローはんだ付け方法を説明するための電子回路基板にメタルマスクを設置した図である。
【００１６】
図４（ｂ）の電子回路基板にメタルマスクを設置した構成を示した断面図に示すように、ここで用いるメタルマスク１４は、後述にて説明するが、基板８のスルーホール９の孔径の中心を含み、少なくともスルーホール９の一部を覆う開口形状を備えたもの（一例として図４（ａ）メタルマスクの開口形状を示した図を示す。白抜き部Ａは、開口部分である）、基板８のはんだ付け面１１側に設置する。
【００１７】
次のステップ３では、はんだペーストを用いる。なお、ここで使用するはんだペーストは、ＶＯＣを０重量％よりも大きく５重量％以下含むはんだペーストであり、以降「低ＶＯＣはんだペースト」とする。
【００１８】
ステップ３は、基板８のはんだ付け面１１に低ＶＯＣはんだペースト１５をはんだディペンサ１６で塗布する工程である。この低ＶＯＣはんだペーストをスルーホールにディスペンスするはんだ供給方法を説明するための図が図５であり、塗布された低ＶＯＣはんだペースト１５の状態を図５（ｂ）に示す。
【００１９】
ここで用いる低ＶＯＣはんだペースト１５は、沸点が２００〜３００℃のＶＯＣを５重量％以下含み、鉛フリーはんだ共晶合金をＶＯＣと混合した粘度８０〜２５０Ｐａ・ｓのはんだペーストである。この低ＶＯＣはんだペースト１５全体での鉛フリーはんだ共晶合金は、約９０重量％である。この粘度の低ＶＯＣはんだペースト１５を基板８のはんだ付け面１１に塗布することにより、基板８のスルーホール９の壁面ランド１２ｂを通り、部品装着面のランド１２ａ上に低ＶＯＣはんだペースト１５が広がった。これは、非ニュートン流体特有のバラス効果によるものであり、細管であるスルーホール９からわずかに膨らんで低ＶＯＣはんだペースト１５が部品装着面１０に出てくるからである。
【００２０】
ここで、バラス効果と前述のプラズマ照射の説明を受けて、今回用いられる基板８のスルーホール９の径の大きさについて説明する。スルーホール９の径が０．５ｍｍΦより小さい基板では、プラズマを照射しても、低ＶＯＣはんだペースト１５は基板８のスルーホール９の壁面を通り、部品装着面１０のランド１２ａ上にほとんど広がらなかった。また２．０ｍｍΦより大きい場合では、低ＶＯＣはんだペースト１５が基板８のスルーホール９の壁面を通り、部品装着面１０のランド１２ａ上に非ニュートン流体特有のバラス効果で容易に広がる傾向があり、プラズマ１の表面清浄化および表面改質の効果がない傾向があった。
【００２１】
また一般に低ＶＯＣはんだペーストに用いるＶＯＣは、通常沸点が２５０℃未満になると、後の工程であるフローはんだ付けのはんだ槽の高熱によりＶＯＣの逃散が激しくなる。したがって、低ＶＯＣはんだペースト１５が基板８のスルーホール９の壁面を通り、バラス効果による部品装着面１０のランド１２ａ上への広がりが不十分となる。しかしながら、プラズマ１によって、部品装着面１０のランド１２ａへ処理をすることによって、ＶＯＣが逃散しても２００℃までのランド１２ａ上への広がりが可能となった。２００℃未満では、上記のようにＶＯＣの逃散が激しくなるために、低ＶＯＣはんだペースト１５は基板８のスルーホール９上への広がりが不十分となる。次に沸点が３００℃より高い場合では、ＶＯＣの逃散は小さいものの、はんだ槽の高熱により基板８に塗布された低ＶＯＣはんだペースト１５の印刷形状がダレてブリッジやツララを形成する。
【００２２】
また低ＶＯＣはんだペーストは、材料の粘度を８０Ｐａ・ｓ未満にすると、粘性が低すぎて通常の印刷形状が得られなかった。
【００２３】
次に、一般に粘度が２００Ｐａ・ｓより大きくなると、次の工程である基板８の部品装着面１０から挿入部品１７のリードを挿入した際に粘度が高すぎて、リードがはんだをはんだ付け面１１側に押し出してしまう結果となる。しかしながらプラズマ１によって、部品装着面１０のランド１２ａおよびスルーホール９の壁面ランド１２ｂへプラズマにより界面処理を行うために、低ＶＯＣはんだペースト１５がプラズマ処理スルーホール部壁面ランド１２ｂとの密着性が良好となる。このために低ＶＯＣはんだペースト１５はリードにより、ほとんど押し出されることなく、この粘度が２５０Ｐａ・ｓまで可能となっている。これより粘度が高くなると、次工程である基板８の部品装着面１０から挿入部品１７のリードを挿入した際に粘度が高すぎて、リードがはんだをはんだ付け面１１側に押し出してしまう結果となった。
【００２４】
同様に、塗布された低ＶＯＣはんだペーストのメタルマスクからのヌケ易さの指標であるチキソ比を０．４以下にすると、メタルマスク１４に低ＶＯＣはんだペーストが残存し、０．６以上にすると、今度は材料の粘度が８０Ｐａ・ｓ以上２００Ｐａ・ｓ以下にならなかった。
【００２５】
ステップ４は、上方に基板８の部品装着面１０、下方にはんだ付け面１１となるように基板８を裏返し、基板８の部品装着面１０からスルーホール９に挿入部品１７を装着する工程である。
【００２６】
ステップ５は、基板８を予備加熱し、噴流はんだ槽２０で溶融はんだに接触させるフローはんだ付けする工程である。
【００２７】
このフローに従って低ＶＯＣはんだペーストを用いたフローはんだ付け方法についての具体的な事例を説明する。
【００２８】
プラズマ１は、セラミックで形成された誘電体電極３に、交流発生電源４を用いて１３．５６ＭＨＺの交流電圧をかけた。水素とアルゴンの流量比４：９６の混合ガス５をガス管６によって誘電体内の流路に導入し、プラズマノズル口７から、プラズマ１が発生させた。プラズマノズル口７を基板８と２ｍｍの距離に設置し、基板８の部品装着面１０のランド１２ａ及びスルーホール径が０．８ｍｍΦのスルーホール９のランド１２ｂに、１０秒間プラズマ１を照射させた。ここでスルーホール９のランド１２ｂは、部品装着面１０から１／３より少し多いくらいの領域にプラズマ１が照射された。このプラズマ１によって、ランド１２ａ及びランド１２ｂの表面正常化と表面改質を行いプラズマ処理された領域１３を形成した。
【００２９】
次に、ここで用いる低ＶＯＣはんだペースト１５は、フラックス用溶剤として沸点が２７０℃の高沸点溶剤であるグリコールエーテルを０．５重量％使用して作製した。またはんだの合金成分としては、平均粒径２８μｍで２０μｍ〜４０μｍの分布を有するＳｎ―０．７重量％Ｃｕ共晶合金を用いた。これらの材料を調整して混練し、ペースト粘度が１８７Ｐａ・ｓであり、またチキソ比が０．４７のものを使用した。
【００３０】
次にメタルマスク１４としては、厚み１４０ミクロンでレーザー加工したメタルマスク１４の作製を行った。ここでメタルマスク１４のマスク開口形状は、対応する１個のスルーホールの断面積Ｓに対して、基板にはんだペーストを塗布したときに裏面（はんだ付け面）から表面（部品装着面）に細孔が形成されるようにスルーホールの中心部を覆いかつ１個のスルーホールの断面積Ｓの３０〜５０％を覆うことを特徴とする。また、メタルマスクの開口形状は、低ＶＯＣはんだペーストを塗布したときに基板のランドに濡れ広がるように、スルーホールの断面積Ｓを４分割して均等に開口したものでも良いし、２分割して均等に開口したものでも良い。しかしながらはんだ付け面１１のスルーホール径が１ｍｍ未満の場合、細孔が形成されるようにスルーホールの断面全てを覆うようにし、はんだ付け面１１のスルーホール径が１ｍｍ以上の場合は、はんだ充填後のスルーホール９において、はんだ付け面１１から部品装着面１０に細孔が形成されるように、前述に示した図４（ａ）に示すようなマスク形状のものを準備した。
【００３１】
次に上記メタルマスク１４を基板８のはんだ付け面１１に設置し、印刷機によって上記低ＶＯＣはんだペースト１５を印刷した。上記のどちらの径の場合も、非ニュ―トン流体特有のバラス効果により、部品装着面１０側に流出した低ＶＯＣはんだペースト１５は部品装着面１０のランド１２ａ上に広がった。この断面の状態を図５ｂに示している。このような状態となった基板８に対して、次に、上方に基板８の部品装着面１０、下方にはんだ付け面１１となるように基板８を裏返し、基板８の部品装着面１０からスルーホール９に挿入部品１７を装着した。
【００３２】
次に挿入部品１７が装着された基板８を加熱し、噴流はんだ槽で溶融はんだに接触させるフローはんだ付けを行った。
【００３３】
ここで用いる溶融はんだは、鉛フリーはんだ材料であれば良い。しかしながら噴流はんだ槽の溶融はんだの成分を、低ＶＯＣはんだペーストに含まれる鉛フリーはんだ共晶合金と同様にすれば、既に基板のはんだ付け面に低ＶＯＣはんだペーストが塗布されていることにより部品装着面への濡れ上がりが良好となる。ここでは、噴流はんだ槽の溶融はんだをＳｎ−０．７重量％Ｃｕとした。
【００３４】
以上のように沸点が２００〜３００℃のＶＯＣを５重量％以下含み、鉛フリーはんだ共晶合金をＶＯＣと混合した粘度８０〜２５０Ｐａ・ｓである低ＶＯＣはんだペーストを、基板のはんだ付け面に塗布することにより、低ＶＯＣを用いた接合性の良いはんだ付けが可能となった。
【００３５】
（実施の形態２）
図６は、本発明の実施の形態２におけるフローはんだ付け方法を示したフローチャートである。本発明の実施の形態２におけるフローはんだ付け方法は、前述の本発明の実施の形態１におけるフローはんだ付け方法に、基板に超音波振動を加振する工程（ステップＡ）を加えたものである。
【００３６】
またこの超音波振動を基板に加振する超音波装置を示した図が図７である。図７においては、挿入部品１７が装着された基板８は、超音波装置１８を通過し、プリヒーター１９で基板８が温められ、噴流はんだ槽２０で溶融はんだに接触し、冷却装置２１にて冷却されてはんだ付けが完成される。
【００３７】
まず、実施の形態１と同様に基板８の部品装着面１０のランド１２ａ及びスルーホールの壁面ランド１２ｂにプラズマ１を照射し（ステップ１）、続いて基板８のはんだ付け面１１にメタルマスク１４を設置する工程（ステップ２）の後、基板８のはんだ付け面１１に低ＶＯＣ（揮発性有機化合物）はんだペースト１５をはんだディスペンサ１６で塗布する工程（ステップ３）の後、上方に基板８の部品装着面１０、下方にはんだ付け面１１となるように基板８を裏返し、基板８の部品装着面１０からスルーホール９に挿入部品１７を装着する工程（ステップ４）を行う。
【００３８】
ここで用いる低ＶＯＣはんだペースト１５は、沸点が２００〜３００℃のＶＯＣを５重量％以下含み、鉛フリーはんだ共晶合金をＶＯＣと混合した粘度８０〜２５０Ｐａ・ｓのはんだペーストであり、この粘度の低ＶＯＣはんだペースト１５を基板８のはんだ付け面１１に塗布することにより、基板８のスルーホール９の壁面を通り、部品装着面１０のランド１２ａ上に低ＶＯＣはんだペースト１５が広がった。これは、非ニュートン流体特有のバラス効果によるものであり、細管であるスルーホール９の径よりもわずかに膨らんで低ＶＯＣはんだペースト１５が部品装着面１０に出てくるからである。
【００３９】
しかしながら、はんだ付け面１１に塗布された余分な低ＶＯＣはんだペースト１５がはんだ付け面１１から一部垂れ下がる場合がある。この余分な低ＶＯＣはんだペースト１５は、はんだ付けの濡れ性を悪くし、良好なはんだ付け基板を得ることができなくなる。そのため、噴流はんだ槽２０に投入される前に基板８が予備加熱されるプリヒーターゾーンの投入口に超音波装置１８を設置する。図８は超音波装置が基板に接している状態を示した図であり、図８（ａ）は断面図、図８（ｂ）は上面図である。図８に示すように、はんだ付け面１１側に反り防止バーが設置されている基板８のセンターラインの部品装着面１０側に超音波装置１８のホーン端子先端部２２を接するようにした。
【００４０】
このとき、ホーン端子先端部２２が部品装着面１０側センターライン上に接して、２〜５キロＨｚの周波数、１〜１０μｍの振幅の超音波で振動させた。これによって、超音波装置１８によって余分な低ＶＯＣはんだペースト１５を除去することが可能となった。
【００４１】
ここで超音波振動の周波数が、２キロＨｚ未満の場合では、余分な低ＶＯＣはんだペースト１５を基板８から除去することができず、５キロＨｚより大きい場合は、基板８に塗布した低ＶＯＣはんだペースト１５を剥ぎ取るばかりでなく、挿入された挿入部品１７を基板８に対して不安定な状況にすることとなり、はんだ付け後の品質を低下させることになった。
【００４２】
上記のフローに従って低ＶＯＣはんだペーストを用いたフローはんだ付け方法についての具体的な事例を説明する。
【００４３】
ここで使用する低ＶＯＣはんだペースト１５は、ＶＯＣとして沸点が２８０℃の高沸点溶剤であるジプロピレングリコールを０．４重量％使用して作製した。またはんだの合金成分としては、平均粒径２９μで２２μ〜３９μの分布を有するＳｎ―０．７重量％Ｃｕ共晶合金を用いた。これらの材料を調整して混練し、ペースト粘度が１８０Ｐａ・ｓであり、またチキソ比が０．５２のものを使用した。
【００４４】
次にメタルマスク１４としては、厚み１４０ミクロンでレーザー加工したメタルマスク１４の作製を行った。ここで使用するメタルマスク１４は、前述の実施の形態１で用いた図４（ａ）に示すようなマスク形状のものを準備した。
【００４５】
次に上記メタルマスク１４をフロー用基板のはんだ付け面１１に設置し、はんだディスペンサ１６によって上記低ＶＯＣはんだペースト１５を塗布した。非ニュ―トン流体特有のバラス効果により、部品装着面１０側に流出したはんだは部品装着面１０のランド１２ａ上に広がった。この断面の状態を図５（ｂ）に示している。このような状態となった基板８に対して、次に、上方に基板８の部品装着面１０、下方にはんだ付け面１１となるように基板８を裏返し、基板８の部品装着面１０からスルーホール９に挿入部品１７を装着した。
【００４６】
部品装着面１０から挿入部品１７をスルーホール９に挿入したとき、はんだ付け面１１に塗布された余分な低ＶＯＣはんだペースト１５がはんだ付け面１１から一部垂れ下がった。この余分な低ＶＯＣはんだペースト１５を取り除くために、プリヒーターゾーンの投入口に超音波装置１８を設置して、本発振機ホーン端子先端部を基板８のセンターラインの部品装着面１０側に接するようにし、４キロＨｚの周波数、２μｍの振幅で振動させた。この振動により、基板８のはんだ付け面１１に垂れた余分な低ＶＯＣはんだペースト１５が除去された。この基板８を噴流はんだ槽２０に浸漬させ、フローはんだ付けを行った。
【００４７】
以上のように沸点が２００〜３００℃のＶＯＣを５重量％以下含み、鉛フリーはんだ共晶合金をＶＯＣと混合した粘度８０〜２５０Ｐａ・ｓである低ＶＯＣはんだペースト１５を、基板８のはんだ付け面１１に塗布し、部品装着面１０から挿入部品１７をスルーホール９に挿入したときの余分な低ＶＯＣはんだペースト１５を超音波の加振することにより除去することで、良好な低ＶＯＣを用いたはんだ付けが可能となった。
【００４８】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３におけるフローはんだ付け方法について説明する。前述の本発明の実施の形態１および２におけるフローはんだ付け方法では、基板８のはんだ付け面１１にメタルマスク１４を設置した後、低ＶＯＣはんだペースト１５塗布していた。
【００４９】
本発明の実施の形態３におけるフローはんだ付け方法において使用するメタルマスク１４は、そのメタルマスク１４のマスク開口形状は、対応する１個のスルーホールの断面積Ｓに対して、基板にはんだペーストを塗布したときに裏面（はんだ付け面）から表面（部品装着面）に細孔が形成されるようにスルーホールの中心部を覆いかつ１個のスルーホールの断面積Ｓの３０〜５０％を覆うことを特徴とする。また基板に複数のスルーホールがある場合は、メタルマスク１４に対応する全てのスルーホールに対して上記の開口形状となるように備えたメタルマスクである。
【００５０】
また、メタルマスクの開口形状は、低ＶＯＣはんだペースト１５を塗布したときに基板８のランド１２に濡れ広がるように、スルーホールの断面積Ｓを４分割して均等に開口したものでも良いし、２分割して均等に開口したものでも良い。しかしながらはんだ付け面１１のスルーホール径が１ｍｍ未満の場合、細孔を形成されるようにスルーホールの断面全てを覆うようにし、はんだ付け面１１のスルーホール径が１ｍｍ以上の場合は、はんだ充填後のスルーホール９において、はんだ付け面１１から部品装着面１０に細孔が形成されるようにする。
【００５１】
またこのメタルマスク１４は、ランド１２にはんだペースト１５が塗布できるように開口した形状が望ましいが、スルーホール中心部を覆うためランド１２の少なくとも一部は覆う形状を有している。メタルマスク１４のマスク形状の例として図９〜図１２に示した形状がある。
【００５２】
いずれの形状であっても、バラス効果により、低ＶＯＣはんだペースト１５を部品装着面１０のランド１２に盛り上げることができた。
【００５３】
また、メタルマスク１４の開口の中央につくられた、スルーホール９におけるはんだ付け面１１から部品装着面１０までの細孔をつくるための、低ＶＯＣはんだペースト１５を供給しないスルーホール９中心部のマスク面積は、３０％未満では挿入部品１７のリードが挿入できる細孔が形成できず、５０％より大きい場合では、バラス効果による部品装着面１０のランド１２ａ上への低ＶＯＣはんだペースト１５の盛り上がりができなかった。
【００５４】
このことからメタルマスク１４のマスク形状として最適な大きさは、スルーホール９の断面積Ｓの３０〜５０％を覆う開口形状であることがわかり、はんだ付け後に十分な濡れ上がりを可能とした。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明のフローはんだ付け方法は、低ＶＯＣはんだペーストを用い、プラズマを基板に照射させ、フロー用基板のはんだ付け面にメタルマスクを搭載後、低ＶＯＣはんだペーストを印刷した後、挿入部品を装着し、噴流はんだ槽ではんだ付けを行う方法であって、はんだ付けされている片面基板、両面基板、リフロー・フロー混載基板に対しても、利用可能である。また本発明は、上記フロー基板のみならず、材質としてセラミックを用いるようなデバイス用フロー基板や部分ディップ基板など、いわゆるはんだ溶融槽へ浸漬によるはんだ付けに使われているもの全てに適用可能である。
【符号の説明】
【００５６】
１ プラズマ
２ 誘電体
３ 誘電体電極
４ 交流発生電源
５ 混合ガス
６ ガス管
７ プラズマノズル口
８ 基板
９ スルーホール
１０ 部品装着面
１１ はんだ付け面
１２ ランド
１３ 領域
１４ メタルマスク
１５ 低ＶＯＣはんだペースト
１６ はんだディスペンサ
１７ 挿入部品
１８ 超音波装置
１９ プリヒーター
２０ 噴流はんだ槽
２１ 冷却装置
２２ ホーン端子先端部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子回路基板に溶融はんだを接触させてはんだ付けを行う電子回路基板のフローはんだ付け方法を示す。特に電子回路基板のはんだ付け面に揮発性有機化合物が５重量％以下である低ＶＯＣはんだペースト（ＶＯＣ：Ｖｏｌａｔｉｌｅ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｏｍｐａｏｕｎｄｓ 揮発性有機化合物）を塗布することで、ＶＯＣフリーフラックスおよび低ＶＯＣフラックスを塗布しなくとも電子回路基板のフローはんだ付けを行う方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子回路基板のフローはんだ付けには、ＶＯＣフリーフラックスまたは低ＶＯＣフラックスが用いられている。しかしながら現在のフローはんだ付け装置においては、噴流はんだ槽投入前の電子回路基板に塗布されたこれらのフラックスの水分を完全に除去することが困難であった。本出願人は、ＶＯＣフリーフラックスまたは低ＶＯＣフラックスの水分を完全に除去し難い問題点解決に向けて、既に未公開自社出願の特願２００８−２７７９５０で提案している。それは、スルーホールが設けられた基板のはんだ付け面にメタルマスクを設置し、前記メタルマスクを介してはんだペーストを塗布した後、前記基板の部品装着面から挿入部品を装着し、前記基板を噴流はんだ槽にてはんだ付けを行うフローはんだ付け方法である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、未公開自社出願の特願２００８−２７７９５０に記載のフローはんだ付け方法では、ＶＯＣフリーフラックスまたは低ＶＯＣフラックスを用いることなくはんだ付けが可能となったが、塗布されたはんだペーストがスルーホールの壁面を通り、部品装着面側のランド上で濡れ拡がり不足を発生させることも見受けられた。しかしながら、はんだ接合の信頼性を考慮すれば、はんだペーストは部品装着面側のランド全面に濡れ拡がることが必要であることが望ましい。
【０００４】
本発明は、前記課題を解決するもので、はんだペーストが部品装着面のランドに濡れ拡がるフローはんだ付け方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明のフローはんだ付け方法は、基板のスルーホールの壁面ランド及び前記基板の部品装着面のランドにプラズマを照射し、前記基板のはんだ付け面にメタルマスクを設置し、前記メタルマスクを介してはんだペーストをはんだディスペンサで塗布した後、前記基板の部品装着面から挿入部品を装着し、前記基板を噴流はんだ槽にてはんだ付けを行うフローはんだ付け方法であって、前記はんだぺーストは、沸点が２００〜３００℃の揮発性有機化合物（Ｖｏｌａｔｉｌｅ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｏｍｐａｏｕｎｄｓ：ＶＯＣ）であるＭを０重量％＜Ｍ≦５重量％含み、鉛フリーはんだ共晶合金を前記ＶＯＣと混合した粘度８０〜２５０Ｐａ・ｓであることを特徴とする。
【０００６】
なお、ここで使用するはんだペーストは、ＶＯＣを０重量％よりも大きく５重量％以下含むはんだペーストであり、以降「低ＶＯＣはんだペースト」とする。
【発明の効果】
【０００７】
以上のように、本発明のフローはんだ付け方法によれば、部品装着面のランド上に低ＶＯＣはんだペーストが非ニュートン流体特有のバラス効果により、わずかに膨らんで部品装着面に出てきてバラツキを発生させるものの、０．５〜２．０ｍｍΦのスルーホール部のランド及び基板の部品装着面のランドに、プラズマによって表面改質ならびに表面清浄化を行うことによって、バラツキのない濡れ広がりと濡れ上がりを可能にし、接合性の良いはんだ付けが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態１におけるフローはんだ付け方法を示したフローチャート
【図２】本発明の実施形態１におけるプラズマ発生装置の模式図
【図３】プラズマ発生装置を電子回路基板に設置した構成を示した断面図
【図４】電子回路基板にメタルマスクを設置した図
【図５】低ＶＯＣはんだペーストをスルーホールにディスペンスするはんだ供給方法を説明するための図
【図６】本発明の実施の形態２におけるフローはんだ付け方法を示したフローチャート
【図７】超音波振動を基板に加振する超音波装置を示した図
【図８】超音波装置が基板に接している状態を示した図
【図９】メタルマスクのマスク形状の一例を示した図
【図１０】メタルマスクのマスク形状の一例を示した図
【図１１】メタルマスクのマスク形状の一例を示した図
【図１２】メタルマスクのマスク形状の一例を示した図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１０】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるフローはんだ付け方法を示したフローチャートである。
【００１１】
まず全体のステップ１〜５の概略説明をしてから後述にて詳細に述べる。ステップ１は、基板のランドにプラズマを照射する工程である。ステップ２は、基板のはんだ付け面にメタルマスクを設置する工程である。ステップ３は、基板のはんだ付け面に低ＶＯＣはんだペーストをはんだディペンサで塗布する工程である。ステップ４は、上方に基板の部品装着面、下方にはんだ付け面となるように基板を裏返し、基板の部品装着面からスルーホールに挿入部品を装着する工程である。ステップ５は、基板を予備加熱し、噴流はんだ槽で溶融はんだに接触させるフローはんだ付けする工程である。
【００１２】
次に、各ステップについて詳細に述べる。ステップ１は、基板のランドにプラズマを照射する工程である。基板は、フローはんだ付けに用いられる基板であり、スルーホール径が０．５〜２．０ｍｍΦのスルーホール径を設けている。プラズマは、この基板の部品挿入面（以降「部品装着面」と称する）のランド及びスルーホール部の壁面ランドに照射する。以下に詳細については図を用いて後述する。
【００１３】
次に本発明の実施の形態１におけるプラズマ発生装置の模式図を図２に示す。プラズマ発生装置の一例として、次のような形態のものを用いた。セラミックで形成された誘電体２を誘電体電極３ではさみ、この誘電体電極３に交流発生電源４を用いて１３．５６ＭＨＺの交流電圧をかける。水素とアルゴンの流量比４：９６の混合ガス５をガス管６によって誘電体２内の流路に導入すると、プラズマノズル口７からプラズマ１が得られる形態となっている。
【００１４】
上記プラズマ発生装置を電子回路基板に設置した構成を示した断面図を図３に示す。ここで用いる電子回路基板８（以降「基板８」と称する）は、スルーホール９が貫通して設けられている部品装着面１０およびはんだ付け面１１を有し、この部品装着面１０とはんだ付け面１１をランド１２（部品装着面のランド１２ａ、スルーホール壁面ランド１２ｂ、はんだ付け面のランド１２ｃを併せたもの）が貫通した基板８である。プラズマ１を基板８に照射する。ここでプラズマ１によって、ランド１２の表面正常化と表面改質がなされた領域１３が形成される。この領域１３は、部品装着面のランド１２ａ全体と、スルーホール壁面ランド１２ｂ全体に対して少なくとも１／３〜１／２の面積を占める部分である。スルーホール壁面ランド１２ｂの表面改質は、その後の工程においてはんだペーストが供給されたときに部品装着面のランド１２ａにはんだの濡れ上がりを良好とすることを目的としている。部品装着面からスルーホール壁面ランド１２ｂ全体に対する少なくとも１／３の面積を占める部分にプラズマ照射されていればはんだの濡れ上がりが可能であり、またスルーホール壁面ランド１２ｂ全体に対する１／２の面積を占める部分よりも大きな領域にプラズマ照射をしていても、はんだの濡れ上がり状態に大幅な変化は見られない。つまりは良好の状態であることからプラズマ照射の領域を決定した。
【００１５】
ステップ２は、電子回路基板のはんだ付け面にメタルマスクを設置する工程である。図４は、本発明の実施の形態１におけるフローはんだ付け方法を説明するための電子回路基板にメタルマスクを設置した図である。
【００１６】
図４（ｂ）の電子回路基板にメタルマスクを設置した構成を示した断面図に示すように、ここで用いるメタルマスク１４は、後述にて説明するが、基板８のスルーホール９の孔径の中心を含み、少なくともスルーホール９の一部を覆う開口形状を備えたもの（一例として図４（ａ）メタルマスクの開口形状を示した図を示す。白抜き部Ａは、開口部分である）、基板８のはんだ付け面１１側に設置する。
【００１７】
次のステップ３では、はんだペーストを用いる。なお、ここで使用するはんだペーストは、ＶＯＣを０重量％よりも大きく５重量％以下含むはんだペーストであり、以降「低ＶＯＣはんだペースト」とする。
【００１８】
ステップ３は、基板８のはんだ付け面１１に低ＶＯＣはんだペースト１５をはんだディペンサ１６で塗布する工程である。この低ＶＯＣはんだペーストをスルーホールにディスペンスするはんだ供給方法を説明するための図が図５であり、塗布された低ＶＯＣはんだペースト１５の状態を図５（ｂ）に示す。
【００１９】
ここで用いる低ＶＯＣはんだペースト１５は、沸点が２００〜３００℃のＶＯＣを５重量％以下含み、鉛フリーはんだ共晶合金をＶＯＣと混合した粘度８０〜２５０Ｐａ・ｓのはんだペーストである。この低ＶＯＣはんだペースト１５全体での鉛フリーはんだ共晶合金は、約９０重量％である。この粘度の低ＶＯＣはんだペースト１５を基板８のはんだ付け面１１に塗布することにより、基板８のスルーホール９の壁面ランド１２ｂを通り、部品装着面のランド１２ａ上に低ＶＯＣはんだペースト１５が広がった。これは、非ニュートン流体特有のバラス効果によるものであり、細管であるスルーホール９からわずかに膨らんで低ＶＯＣはんだペースト１５が部品装着面１０に出てくるからである。
【００２０】
ここで、バラス効果と前述のプラズマ照射の説明を受けて、今回用いられる基板８のスルーホール９の径の大きさについて説明する。スルーホール９の径が０．５ｍｍΦより小さい基板では、プラズマを照射しても、低ＶＯＣはんだペースト１５は基板８のスルーホール９の壁面を通り、部品装着面１０のランド１２ａ上にほとんど広がらなかった。また２．０ｍｍΦより大きい場合では、低ＶＯＣはんだペースト１５が基板８のスルーホール９の壁面を通り、部品装着面１０のランド１２ａ上に非ニュートン流体特有のバラス効果で容易に広がる傾向があり、プラズマ１の表面清浄化および表面改質の効果がない傾向があった。
【００２１】
また一般に低ＶＯＣはんだペーストに用いるＶＯＣは、通常沸点が２５０℃未満になると、後の工程であるフローはんだ付けのはんだ槽の高熱によりＶＯＣの逃散が激しくなる。したがって、低ＶＯＣはんだペースト１５が基板８のスルーホール９の壁面を通り、バラス効果による部品装着面１０のランド１２ａ上への広がりが不十分となる。しかしながら、プラズマ１によって、部品装着面１０のランド１２ａへ処理をすることによって、ＶＯＣが逃散しても２００℃までのランド１２ａ上への広がりが可能となった。２００℃未満では、上記のようにＶＯＣの逃散が激しくなるために、低ＶＯＣはんだペースト１５は基板８のスルーホール９上への広がりが不十分となる。次に沸点が３００℃より高い場合では、ＶＯＣの逃散は小さいものの、はんだ槽の高熱により基板８に塗布された低ＶＯＣはんだペースト１５の印刷形状がダレてブリッジやツララを形成する。
【００２２】
また低ＶＯＣはんだペーストは、材料の粘度を８０Ｐａ・ｓ未満にすると、粘性が低すぎて通常の印刷形状が得られなかった。
【００２３】
次に、一般に粘度が２００Ｐａ・ｓより大きくなると、次の工程である基板８の部品装着面１０から挿入部品１７のリードを挿入した際に粘度が高すぎて、リードがはんだをはんだ付け面１１側に押し出してしまう結果となる。しかしながらプラズマ１によって、部品装着面１０のランド１２ａおよびスルーホール９の壁面ランド１２ｂへプラズマにより界面処理を行うために、低ＶＯＣはんだペースト１５がプラズマ処理スルーホール部壁面ランド１２ｂとの密着性が良好となる。このために低ＶＯＣはんだペースト１５はリードにより、ほとんど押し出されることなく、この粘度が２５０Ｐａ・ｓまで可能となっている。これより粘度が高くなると、次工程である基板８の部品装着面１０から挿入部品１７のリードを挿入した際に粘度が高すぎて、リードがはんだをはんだ付け面１１側に押し出してしまう結果となった。
【００２４】
同様に、塗布された低ＶＯＣはんだペーストのメタルマスクからのヌケ易さの指標であるチキソ比を０．４以下にすると、メタルマスク１４に低ＶＯＣはんだペーストが残存し、０．６以上にすると、今度は材料の粘度が８０Ｐａ・ｓ以上２００Ｐａ・ｓ以下にならなかった。
【００２５】
ステップ４は、上方に基板８の部品装着面１０、下方にはんだ付け面１１となるように基板８を裏返し、基板８の部品装着面１０からスルーホール９に挿入部品１７を装着する工程である。
【００２６】
ステップ５は、基板８を予備加熱し、噴流はんだ槽２０で溶融はんだに接触させるフローはんだ付けする工程である。
【００２７】
このフローに従って低ＶＯＣはんだペーストを用いたフローはんだ付け方法についての具体的な事例を説明する。
【００２８】
プラズマ１は、セラミックで形成された誘電体電極３に、交流発生電源４を用いて１３．５６ＭＨＺの交流電圧をかけた。水素とアルゴンの流量比４：９６の混合ガス５をガス管６によって誘電体内の流路に導入し、プラズマノズル口７から、プラズマ１が発生させた。プラズマノズル口７を基板８と２ｍｍの距離に設置し、基板８の部品装着面１０のランド１２ａ及びスルーホール径が０．８ｍｍΦのスルーホール９のランド１２ｂに、１０秒間プラズマ１を照射させた。ここでスルーホール９のランド１２ｂは、部品装着面１０から１／３より少し多いくらいの領域にプラズマ１が照射された。このプラズマ１によって、ランド１２ａ及びランド１２ｂの表面正常化と表面改質を行いプラズマ処理された領域１３を形成した。
【００２９】
次に、ここで用いる低ＶＯＣはんだペースト１５は、フラックス用溶剤として沸点が２７０℃の高沸点溶剤であるグリコールエーテルを０．５重量％使用して作製した。またはんだの合金成分としては、平均粒径２８μｍで２０μｍ〜４０μｍの分布を有するＳｎ―０．７重量％Ｃｕ共晶合金を用いた。これらの材料を調整して混練し、ペースト粘度が１８７Ｐａ・ｓであり、またチキソ比が０．４７のものを使用した。
【００３０】
次にメタルマスク１４としては、厚み１４０ミクロンでレーザー加工したメタルマスク１４の作製を行った。ここでメタルマスク１４のマスク開口形状は、対応する１個のスルーホールの断面積Ｓに対して、基板にはんだペーストを塗布したときに裏面（はんだ付け面）から表面（部品装着面）に細孔が形成されるようにスルーホールの中心部を覆いかつ１個のスルーホールの断面積Ｓの３０〜５０％を覆うことを特徴とする。また、メタルマスクの開口形状は、低ＶＯＣはんだペーストを塗布したときに基板のランドに濡れ広がるように、スルーホールの断面積Ｓを４分割して均等に開口したものでも良いし、２分割して均等に開口したものでも良い。しかしながらはんだ付け面１１のスルーホール径が１ｍｍ未満の場合、細孔が形成されるようにスルーホールの断面全てを覆うようにし、はんだ付け面１１のスルーホール径が１ｍｍ以上の場合は、はんだ充填後のスルーホール９において、はんだ付け面１１から部品装着面１０に細孔が形成されるように、前述に示した図４（ａ）に示すようなマスク形状のものを準備した。
【００３１】
次に上記メタルマスク１４を基板８のはんだ付け面１１に設置し、印刷機によって上記低ＶＯＣはんだペースト１５を印刷した。上記のどちらの径の場合も、非ニュ―トン流体特有のバラス効果により、部品装着面１０側に流出した低ＶＯＣはんだペースト１５は部品装着面１０のランド１２ａ上に広がった。この断面の状態を図５ｂに示している。このような状態となった基板８に対して、次に、上方に基板８の部品装着面１０、下方にはんだ付け面１１となるように基板８を裏返し、基板８の部品装着面１０からスルーホール９に挿入部品１７を装着した。
【００３２】
次に挿入部品１７が装着された基板８を加熱し、噴流はんだ槽で溶融はんだに接触させるフローはんだ付けを行った。
【００３３】
ここで用いる溶融はんだは、鉛フリーはんだ材料であれば良い。しかしながら噴流はんだ槽の溶融はんだの成分を、低ＶＯＣはんだペーストに含まれる鉛フリーはんだ共晶合金と同様にすれば、既に基板のはんだ付け面に低ＶＯＣはんだペーストが塗布されていることにより部品装着面への濡れ上がりが良好となる。ここでは、噴流はんだ槽の溶融はんだをＳｎ−０．７重量％Ｃｕとした。
【００３４】
以上のように沸点が２００〜３００℃のＶＯＣを５重量％以下含み、鉛フリーはんだ共晶合金をＶＯＣと混合した粘度８０〜２５０Ｐａ・ｓである低ＶＯＣはんだペーストを、基板のはんだ付け面に塗布することにより、低ＶＯＣを用いた接合性の良いはんだ付けが可能となった。
【００３５】
（実施の形態２）
図６は、本発明の実施の形態２におけるフローはんだ付け方法を示したフローチャートである。本発明の実施の形態２におけるフローはんだ付け方法は、前述の本発明の実施の形態１におけるフローはんだ付け方法に、基板に超音波振動を加振する工程（ステップＡ）を加えたものである。
【００３６】
またこの超音波振動を基板に加振する超音波装置を示した図が図７である。図７においては、挿入部品１７が装着された基板８は、超音波装置１８を通過し、プリヒーター１９で基板８が温められ、噴流はんだ槽２０で溶融はんだに接触し、冷却装置２１にて冷却されてはんだ付けが完成される。
【００３７】
まず、実施の形態１と同様に基板８の部品装着面１０のランド１２ａ及びスルーホールの壁面ランド１２ｂにプラズマ１を照射し（ステップ１）、続いて基板８のはんだ付け面１１にメタルマスク１４を設置する工程（ステップ２）の後、基板８のはんだ付け面１１に低ＶＯＣ（揮発性有機化合物）はんだペースト１５をはんだディスペンサ１６で塗布する工程（ステップ３）の後、上方に基板８の部品装着面１０、下方にはんだ付け面１１となるように基板８を裏返し、基板８の部品装着面１０からスルーホール９に挿入部品１７を装着する工程（ステップ４）を行う。
【００３８】
ここで用いる低ＶＯＣはんだペースト１５は、沸点が２００〜３００℃のＶＯＣを５重量％以下含み、鉛フリーはんだ共晶合金をＶＯＣと混合した粘度８０〜２５０Ｐａ・ｓのはんだペーストであり、この粘度の低ＶＯＣはんだペースト１５を基板８のはんだ付け面１１に塗布することにより、基板８のスルーホール９の壁面を通り、部品装着面１０のランド１２ａ上に低ＶＯＣはんだペースト１５が広がった。これは、非ニュートン流体特有のバラス効果によるものであり、細管であるスルーホール９の径よりもわずかに膨らんで低ＶＯＣはんだペースト１５が部品装着面１０に出てくるからである。
【００３９】
しかしながら、はんだ付け面１１に塗布された余分な低ＶＯＣはんだペースト１５がはんだ付け面１１から一部垂れ下がる場合がある。この余分な低ＶＯＣはんだペースト１５は、はんだ付けの濡れ性を悪くし、良好なはんだ付け基板を得ることができなくなる。そのため、噴流はんだ槽２０に投入される前に基板８が予備加熱されるプリヒーターゾーンの投入口に超音波装置１８を設置する。図８は超音波装置が基板に接している状態を示した図であり、図８（ａ）は断面図、図８（ｂ）は上面図である。図８に示すように、はんだ付け面１１側に反り防止バーが設置されている基板８のセンターラインの部品装着面１０側に超音波装置１８のホーン端子先端部２２を接するようにした。
【００４０】
このとき、ホーン端子先端部２２が部品装着面１０側センターライン上に接して、２〜５キロＨｚの周波数、１〜１０μｍの振幅の超音波で振動させた。これによって、超音波装置１８によって余分な低ＶＯＣはんだペースト１５を除去することが可能となった。
【００４１】
ここで超音波振動の周波数が、２キロＨｚ未満の場合では、余分な低ＶＯＣはんだペースト１５を基板８から除去することができず、５キロＨｚより大きい場合は、基板８に塗布した低ＶＯＣはんだペースト１５を剥ぎ取るばかりでなく、挿入された挿入部品１７を基板８に対して不安定な状況にすることとなり、はんだ付け後の品質を低下させることになった。
【００４２】
上記のフローに従って低ＶＯＣはんだペーストを用いたフローはんだ付け方法についての具体的な事例を説明する。
【００４３】
ここで使用する低ＶＯＣはんだペースト１５は、ＶＯＣとして沸点が２８０℃の高沸点溶剤であるジプロピレングリコールを０．４重量％使用して作製した。またはんだの合金成分としては、平均粒径２９μで２２μ〜３９μの分布を有するＳｎ―０．７重量％Ｃｕ共晶合金を用いた。これらの材料を調整して混練し、ペースト粘度が１８０Ｐａ・ｓであり、またチキソ比が０．５２のものを使用した。
【００４４】
次にメタルマスク１４としては、厚み１４０ミクロンでレーザー加工したメタルマスク１４の作製を行った。ここで使用するメタルマスク１４は、前述の実施の形態１で用いた図４（ａ）に示すようなマスク形状のものを準備した。
【００４５】
次に上記メタルマスク１４をフロー用基板のはんだ付け面１１に設置し、はんだディスペンサ１６によって上記低ＶＯＣはんだペースト１５を塗布した。非ニュ―トン流体特有のバラス効果により、部品装着面１０側に流出したはんだは部品装着面１０のランド１２ａ上に広がった。この断面の状態を図５（ｂ）に示している。このような状態となった基板８に対して、次に、上方に基板８の部品装着面１０、下方にはんだ付け面１１となるように基板８を裏返し、基板８の部品装着面１０からスルーホール９に挿入部品１７を装着した。
【００４６】
部品装着面１０から挿入部品１７をスルーホール９に挿入したとき、はんだ付け面１１に塗布された余分な低ＶＯＣはんだペースト１５がはんだ付け面１１から一部垂れ下がった。この余分な低ＶＯＣはんだペースト１５を取り除くために、プリヒーターゾーンの投入口に超音波装置１８を設置して、本発振機ホーン端子先端部を基板８のセンターラインの部品装着面１０側に接するようにし、４キロＨｚの周波数、２μｍの振幅で振動させた。この振動により、基板８のはんだ付け面１１に垂れた余分な低ＶＯＣはんだペースト１５が除去された。この基板８を噴流はんだ槽２０に浸漬させ、フローはんだ付けを行った。
【００４７】
以上のように沸点が２００〜３００℃のＶＯＣを５重量％以下含み、鉛フリーはんだ共晶合金をＶＯＣと混合した粘度８０〜２５０Ｐａ・ｓである低ＶＯＣはんだペースト１５を、基板８のはんだ付け面１１に塗布し、部品装着面１０から挿入部品１７をスルーホール９に挿入したときの余分な低ＶＯＣはんだペースト１５を超音波の加振することにより除去することで、良好な低ＶＯＣを用いたはんだ付けが可能となった。
【００４８】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３におけるフローはんだ付け方法について説明する。前述の本発明の実施の形態１および２におけるフローはんだ付け方法では、基板８のはんだ付け面１１にメタルマスク１４を設置した後、低ＶＯＣはんだペースト１５塗布していた。
【００４９】
本発明の実施の形態３におけるフローはんだ付け方法において使用するメタルマスク１４は、そのメタルマスク１４のマスク開口形状は、対応する１個のスルーホールの断面積Ｓに対して、基板にはんだペーストを塗布したときに裏面（はんだ付け面）から表面（部品装着面）に細孔が形成されるようにスルーホールの中心部を覆いかつ１個のスルーホールの断面積Ｓの３０〜５０％を覆うことを特徴とする。また基板に複数のスルーホールがある場合は、メタルマスク１４に対応する全てのスルーホールに対して上記の開口形状となるように備えたメタルマスクである。
【００５０】
また、メタルマスクの開口形状は、低ＶＯＣはんだペースト１５を塗布したときに基板８のランド１２に濡れ広がるように、スルーホールの断面積Ｓを４分割して均等に開口したものでも良いし、２分割して均等に開口したものでも良い。しかしながらはんだ付け面１１のスルーホール径が１ｍｍ未満の場合、細孔を形成されるようにスルーホールの断面全てを覆うようにし、はんだ付け面１１のスルーホール径が１ｍｍ以上の場合は、はんだ充填後のスルーホール９において、はんだ付け面１１から部品装着面１０に細孔が形成されるようにする。
【００５１】
またこのメタルマスク１４は、ランド１２にはんだペースト１５が塗布できるように開口した形状が望ましいが、スルーホール中心部を覆うためランド１２の少なくとも一部は覆う形状を有している。メタルマスク１４のマスク形状の例として図９〜図１２に示した形状がある。
【００５２】
いずれの形状であっても、バラス効果により、低ＶＯＣはんだペースト１５を部品装着面１０のランド１２に盛り上げることができた。
【００５３】
また、メタルマスク１４の開口の中央につくられた、スルーホール９におけるはんだ付け面１１から部品装着面１０までの細孔をつくるための、低ＶＯＣはんだペースト１５を供給しないスルーホール９中心部のマスク面積は、３０％未満では挿入部品１７のリードが挿入できる細孔が形成できず、５０％より大きい場合では、バラス効果による部品装着面１０のランド１２ａ上への低ＶＯＣはんだペースト１５の盛り上がりができなかった。
【００５４】
このことからメタルマスク１４のマスク形状として最適な大きさは、スルーホール９の断面積Ｓの３０〜５０％を覆う開口形状であることがわかり、はんだ付け後に十分な濡れ上がりを可能とした。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明のフローはんだ付け方法は、低ＶＯＣはんだペーストを用い、プラズマを基板に照射させ、フロー用基板のはんだ付け面にメタルマスクを搭載後、低ＶＯＣはんだペーストを印刷した後、挿入部品を装着し、噴流はんだ槽ではんだ付けを行う方法であって、はんだ付けされている片面基板、両面基板、リフロー・フロー混載基板に対しても、利用可能である。また本発明は、上記フロー基板のみならず、材質としてセラミックを用いるようなデバイス用フロー基板や部分ディップ基板など、いわゆるはんだ溶融槽へ浸漬によるはんだ付けに使われているもの全てに適用可能である。
【符号の説明】
【００５６】
１ プラズマ
２ 誘電体
３ 誘電体電極
４ 交流発生電源
５ 混合ガス
６ ガス管
７ プラズマノズル口
８ 基板
９ スルーホール
１０ 部品装着面
１１ はんだ付け面
１２ ランド
１３ 領域
１４ メタルマスク
１５ 低ＶＯＣはんだペースト
１６ はんだディスペンサ
１７ 挿入部品
１８ 超音波装置
１９ プリヒーター
２０ 噴流はんだ槽
２１ 冷却装置
２２ ホーン端子先端部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板のスルーホールの壁面ランド及び前記基板の部品装着面のランドにプラズマを照射し、前記基板のはんだ付け面にメタルマスクを設置し、前記メタルマスクを介してはんだペーストをはんだディスペンサで塗布した後、
前記基板の部品装着面から挿入部品を装着し、前記基板を噴流はんだ槽にてはんだ付けを行うフローはんだ付け方法であって、
前記はんだぺーストは、
沸点が２００〜３００℃の揮発性有機化合物（Ｖｏｌａｔｉｌｅ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｏｍｐａｏｕｎｄｓ：ＶＯＣ）であるＭを０重量％＜Ｍ≦５重量％含み、鉛フリーはんだ共晶合金を前記ＶＯＣと混合した粘度８０〜２５０Ｐａ・ｓであることを特徴とするフローはんだ付け方法。
【請求項２】
はんだペーストに含まれる鉛フリーはんだ共晶合金は、
１０μｍ〜４０μｍの粒度を有するＳｎ−０．７重量％Ｃｕ共晶合金であり、
前記噴流はんだ槽のはんだ材料をＳｎ−Ｃｕはんだとすることを特徴する請求項１に記載のフローはんだ付け方法。
【請求項３】
基板の部品装着面から挿入部品を装着した後、
２〜５ｋＨｚの周波数、１〜１０μｍの振幅の超音波で前記基板を振動させた後、前記基板を噴流はんだ槽にてはんだ付けを行うことを特徴とする請求項１に記載のフローはんだ付け方法。
【請求項４】
メタルマスクは、
１個のスルーホールの中心部を覆いかつ、前記スルーホールの断面積Ｓの３０〜５０％を覆う開口形状であり、前記メタルマスクに対応する前記基板の全てのスルーホールに対して前記開口形状とすることを特徴とする請求項１に記載のフローはんだ付け方法。
【請求項１】
基板のスルーホールの壁面ランド及び前記基板の部品装着面のランドにプラズマを照射し、前記基板のはんだ付け面にメタルマスクを設置し、前記メタルマスクを介してはんだペーストをはんだディスペンサで塗布した後、
前記基板の部品装着面から挿入部品を装着し、前記基板を噴流はんだ槽にてはんだ付けを行うフローはんだ付け方法であって、
前記はんだぺーストは、
沸点が２００〜３００℃の揮発性有機化合物（Ｖｏｌａｔｉｌｅ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｏｍｐａｏｕｎｄｓ：ＶＯＣ）であるＭを０重量％＜Ｍ≦５重量％含み、鉛フリーはんだ共晶合金を前記ＶＯＣと混合した粘度８０〜２５０Ｐａ・ｓであることを特徴とするフローはんだ付け方法。
【請求項２】
はんだペーストに含まれる鉛フリーはんだ共晶合金は、
１０μｍ〜４０μｍの粒度を有するＳｎ−０．７重量％Ｃｕ共晶合金であり、
前記噴流はんだ槽のはんだ材料をＳｎ−Ｃｕはんだとすることを特徴する請求項１に記載のフローはんだ付け方法。
【請求項３】
基板の部品装着面から挿入部品を装着した後、
２〜５ｋＨｚの周波数、１〜１０μｍの振幅の超音波で前記基板を振動させた後、前記基板を噴流はんだ槽にてはんだ付けを行うことを特徴とする請求項１に記載のフローはんだ付け方法。
【請求項４】
メタルマスクは、
１個のスルーホールの中心部を覆いかつ、前記スルーホールの断面積Ｓの３０〜５０％を覆う開口形状であり、前記メタルマスクに対応する前記基板の全てのスルーホールに対して前記開口形状とすることを特徴とする請求項１に記載のフローはんだ付け方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１１−１５１２２０（Ｐ２０１１−１５１２２０Ａ）
【公開日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１６０６（Ｐ２０１０−１１６０６）
【出願日】平成２２年１月２２日（２０１０．１．２２）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月２２日（２０１０．１．２２）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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