JP2002141658A - Flow soldering method and apparatus - Google Patents
Flow soldering method and apparatusInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、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
んだ付け方法およびそのための装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a flow soldering method for mounting an electronic component on a substrate using a lead-free solder material, and an apparatus therefor.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、電子機器の小型化・高性能化に伴
って、これら電子機器に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の向上や、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。2. Description of the Related Art In recent years, with the miniaturization and high performance of electronic devices, it has been strongly desired to improve the reliability characteristics of electronic circuit boards incorporated in these electronic devices. For this reason, in mounting electronic components, there is an increasing demand for improvement in mechanical strength of joints formed by soldering the electronic components to a substrate and improvement in reliability characteristics such as thermal shock strength.
【0003】また、地球環境保護への関心が世界的規模
で高まる中、産業廃棄物処理に対する法規制が整備され
つつある。電子部品に内蔵される電子回路基板において
は、SnおよびPbを主要構成成分とするSn−Pb系
のはんだ材料(例えば、いわゆる「63Sn−37P
b」共晶はんだ材料)が一般的に用いられているが、こ
のはんだ材料に含まれる鉛が不適切な廃棄物処理により
環境汚染を招く可能性があるため、鉛を含有するはんだ
材料の代替として、鉛を含まない、いわゆる「鉛フリ
ー」のはんだ材料に対する研究開発が進みつつある。[0003] In addition, as interest in global environmental protection is increasing on a worldwide scale, laws and regulations for industrial waste treatment are being developed. In an electronic circuit board incorporated in an electronic component, a Sn-Pb-based solder material containing Sn and Pb as main components (for example, so-called “63Sn-37P”) is used.
b) eutectic solder material) is commonly used, but lead contained in this solder material may lead to environmental pollution due to improper waste treatment. Research and development on so-called “lead-free” solder materials that do not contain lead are proceeding.
【0004】以下、電子部品をプリント基板などの基板
に接合して電子回路基板を作製する従来のフローはんだ
付け方法およびそのための装置について、図面を参照し
ながら説明する。図3は、従来のフローはんだ付け装置
の概略模式図である。Hereinafter, a conventional flow soldering method for manufacturing an electronic circuit board by bonding an electronic component to a substrate such as a printed circuit board and an apparatus therefor will be described with reference to the drawings. FIG. 3 is a schematic diagram of a conventional flow soldering apparatus.
【0005】はんだ付けに先立って、まず、基板に貫通
して設けられたスルーホールに、電子部品から引き出さ
れたリード(例えば電極)が基板の上面側から挿入され
て、電子部品が配置された基板を準備する。ここで、ス
ルーホールの壁面(A)ならびに基板の上面のスルーホ
ールを取り囲む領域(B)および基板の下面のスルーホ
ールを取り囲む領域(C)には、例えば銅箔などからな
るランド(A+B+C、図4を参照のこと)が、基板の
上面にある回路パターンに接続されて形成されている。
また、基板の上面および下面のランドを除く部分は、は
んだレジストによって覆われている。Prior to soldering, first, a lead (for example, an electrode) drawn from an electronic component was inserted from a top surface side of the substrate into a through hole provided through the substrate, and the electronic component was arranged. Prepare a substrate. Here, in the wall surface (A) of the through hole, the region (B) surrounding the through hole on the upper surface of the substrate, and the region (C) surrounding the through hole on the lower surface of the substrate, lands (A + B + C, for example, 4) connected to a circuit pattern on the upper surface of the substrate.
In addition, portions of the substrate other than the upper and lower lands are covered with a solder resist.
【0006】次に、スプレーフラクサー(図示せず)を
用いて、このような電子部品が配置されていない基板の
下面にフラックスを塗布することによって、基板を前処
理する。この前処理は、ランドに不可避的に形成される
酸化膜(自然酸化膜)を除去して、ランド表面でのはん
だ材料の濡れ広がりを良好にする目的で行われる。Next, the substrate is pre-treated by applying a flux to the lower surface of the substrate on which such electronic components are not disposed by using a spray fluxer (not shown). This pretreatment is performed for the purpose of removing an oxide film (natural oxide film) unavoidably formed on the land and improving the spread of the solder material on the land surface.
【0007】その後、図3に示すように、得られた基板
(図示せず)をフローはんだ付け装置60に、電子部品
が配置されている上面を(図面に対して)上にして入
れ、フローはんだ付け装置60内を矢印61の方向にほ
ぼ一定速度で機械的に搬送する。このフローはんだ付け
装置60では、まず、前処理により基板に付着したフラ
ックスの活性力を十分に発揮できるようにするため、プ
リヒートユニット62の上方に位置するプリヒートゾー
ンにて、プリヒートユニット(またはプリヒーター)6
2により基板を加熱する。After that, as shown in FIG. 3, the obtained substrate (not shown) is put into a flow soldering apparatus 60 with the upper surface on which the electronic components are arranged (with respect to the drawing) facing upward. The inside of the soldering device 60 is mechanically transported at a substantially constant speed in the direction of arrow 61. In the flow soldering apparatus 60, first, in order to sufficiently exert the activation force of the flux attached to the substrate by the pretreatment, the preheating unit (or the preheating unit) is disposed in the preheating zone located above the preheating unit 62. ) 6
2 heats the substrate.
【0008】次いで、はんだ噴流ノズル64および65
の上方に位置するはんだ材料供給ゾーン66に基板が搬
送されると、はんだ材料供給ユニット63によって、予
め加熱により溶融させたはんだ材料(図示せず)を1次
噴流ノズル64および2次噴流ノズル65を通して、そ
れぞれ1次噴流および2次噴流として基板に下面側から
供給する。はんだ材料は、スルーホールの内壁と基板の
上面側からスルーホールに挿入されているリードとの間
の環状空間を、基板の下面側から毛管現象によって濡れ
上がり、その後、基板の周囲の雰囲気への放冷によって
自然に冷えて温度低下し、この結果、はんだ材料が凝固
(または固化)して、はんだ材料からなる接合部(いわ
ゆる「フィレット」)を形成する。このはんだ材料供給
工程(またはフローはんだ付け工程)において、1次噴
流は、リードおよびランドの表面をはんだ材料で十分に
濡らすためのものであり、2次噴流は、はんだ材料がラ
ンド間にまたがって残留・凝固してブリッジを形成した
り(このブリッジは電子回路のショートを招くので望ま
しくない)、角状の突起を形成したりしないように、は
んだレジストで覆われた領域からはんだ材料を除去し、
フィレットの形を整えるためのものである。Next, solder jet nozzles 64 and 65
When the substrate is transported to the solder material supply zone 66 located above the solder material supply unit 63, the solder material (not shown) previously melted by heating is heated by the primary jet nozzle 64 and the secondary jet nozzle 65. To supply the substrate from the lower surface side as a primary jet and a secondary jet, respectively. The solder material wets the annular space between the inner wall of the through hole and the lead inserted into the through hole from the upper surface side of the substrate by capillary action from the lower surface side of the substrate, and then to the atmosphere around the substrate. The natural cooling by cooling allows the temperature to decrease, and as a result, the solder material solidifies (or solidifies) to form a joint (so-called “fillet”) made of the solder material. In the solder material supply step (or the flow soldering step), the primary jet is used to sufficiently wet the surfaces of the leads and the lands with the solder material, and the secondary jet is used when the solder material extends between the lands. Remove the solder material from the area covered with the solder resist so that it does not remain and solidify to form a bridge (which is undesirable because it can cause a short circuit in the electronic circuit) or form horn-like protrusions. ,
This is for adjusting the shape of the fillet.
【0009】以上のようにして、はんだ材料からなるフ
ィレット(接合部)が電子部品のリードと基板に形成さ
れたランドとを電気的および物理的に接合して形成さ
れ、これにより、電子回路基板が作製される。As described above, the fillet (joining portion) made of a solder material is formed by electrically and physically joining the lead of the electronic component and the land formed on the board, thereby forming the electronic circuit board. Is produced.
【0010】[0010]
【発明が解決しようとする課題】上述のようなはんだ材
料からなるフィレットは、電子回路基板の高い信頼性を
得るために、電子部品のリードと基板のランドとの間に
おいて十分に高い接合強度が要求される。しかし、図4
に示すように、上記のような従来のフローはんだ付け方
法において、鉛フリーのはんだ材料を用いて電子回路基
板70を作製すると、ランド73(これは、基板71に
設けられたスルーホール72の壁面ならびに該スルーホ
ール72を取り囲む基板71の上面および下面領域に配
置されている)の表面に濡れ広がったはんだ材料は、凝
固する際に矢印80で示すようにその界面で部分的に剥
離して、ランド73とはんだ材料からなるフィレット7
4(または単にはんだ材料とも言う)との間の接合が不
十分になり、リード75とランド73との間で高い接合
強度が得られないという問題がある。A fillet made of a solder material as described above has a sufficiently high bonding strength between a lead of an electronic component and a land of the board in order to obtain high reliability of the electronic circuit board. Required. However, FIG.
As shown in FIG. 7, in the conventional flow soldering method as described above, when the electronic circuit board 70 is manufactured using a lead-free solder material, the land 73 (which is formed by the wall surface of the through hole 72 provided in the board 71) is formed. And disposed on the upper and lower surfaces of the substrate 71 surrounding the through hole 72), the solder material that has spread on the surface of the substrate 71 is partially peeled off at its interface when solidified, as indicated by an arrow 80. Fillet 7 made of land 73 and solder material
4 (or simply referred to as a solder material), which causes a problem that the bonding strength between the lead 75 and the land 73 cannot be high.
【0011】このような、フィレット74のランド73
からの剥離現象は一般に「リフトオフ」と呼ばれ、Sn
−Pb系はんだ材料を用いる場合にはほとんど起こらな
かったが、鉛フリーはんだ材料を用いる場合に頻繁に起
こる。特に、SnおよびBiを含む鉛フリーはんだ材料
(例えば、Sn−Ag−Bi系材料)を用いる場合や、
Sn−Pbめっきが施されたリードを接合するために鉛
フリーはんだ材料を用いる場合などにリフトオフが顕著
に発生する。The land 73 of such a fillet 74
The phenomenon of detachment from Sn is generally called "lift-off"
This hardly occurred when a Pb-based solder material was used, but frequently occurred when a lead-free solder material was used. In particular, when a lead-free solder material containing Sn and Bi (for example, Sn-Ag-Bi-based material) is used,
Lift-off occurs remarkably when a lead-free solder material is used to join the Sn-Pb plated leads.
【0012】リフトオフの発生要因としては、一般的
に、フローはんだ付けに用いるはんだ材料および/また
ははんだ材料中に溶け出し得る金属材料(例えばリード
のめっきなど)が、溶融状態から凝固する際に、元のは
んだ材料と組成の異なる低融点の脆弱な合金が形成され
ることが挙げられる。Generally, the cause of the lift-off is that when a solder material used for flow soldering and / or a metal material (eg, plating of a lead) that can be dissolved in the solder material solidifies from a molten state, A low-melting-point fragile alloy having a composition different from that of the original solder material is formed.
【0013】溶融状態の高温のはんだ材料は、主に電子
部品(図示せず)から引き出されたリード75を通して
熱が奪われる。基板71に付着したはんだ材料74の内
部には、このようなリード75を通る熱の流れによって
温度勾配が形成される。この温度勾配に従ってはんだ材
料74の凝固が進行するが、はんだ材料74の最低温部
はその上端部分(矢印81で示す)であり、最高温部は
熱の良導体であるランド73とフィレット74との界面
近傍であるので、該上端部分から凝固が始まり、ランド
73とフィレット74との界面に達して凝固が終了す
る。このとき、上記のような低融点合金は、まだ凝固し
ていない溶融状態のはんだ材料部分へより多く分配され
る(または偏析する)ため、凝固の進行と共に低融点合
金が溶融部分へ移動して濃縮される。即ち、はんだ材料
の凝固の際に、はんだ材料において偏析現象が起こり、
この結果、最も凝固が遅いランド73とフィレット74
との界面に低融点合金76が集まる。このような凝固の
際には、最初にフィレット74の上端部分が凝固により
固定(または拘束)され、はんだ材料の凝固収縮によっ
て矢印82で示す方向に張力が生じ、また、基板71が
矢印83で示す方向に熱収縮して張力が生じる。上記の
ようにしてランド73とフィレット74との界面近傍に
濃縮された脆弱な低融点合金76は、これら張力に耐え
きれず、矢印80で示す方向に向かう界面剥離が起こる
と考えられる。The molten high-temperature solder material loses heat mainly through the leads 75 drawn from electronic components (not shown). A temperature gradient is formed inside the solder material 74 attached to the substrate 71 due to the flow of heat through such leads 75. The solidification of the solder material 74 progresses according to this temperature gradient. The lowest temperature portion of the solder material 74 is the upper end portion thereof (indicated by an arrow 81), and the highest temperature portion is the portion between the land 73 and the fillet 74 which are good heat conductors. Since it is near the interface, solidification starts from the upper end portion, reaches the interface between the land 73 and the fillet 74, and ends. At this time, since the low melting point alloy as described above is more distributed (or segregated) to the molten solder material portion that has not yet solidified, the low melting point alloy moves to the molten portion as solidification progresses. It is concentrated. That is, during the solidification of the solder material, a segregation phenomenon occurs in the solder material,
As a result, the land 73 and the fillet 74, which are the slowest to solidify, are obtained.
The low-melting alloy 76 gathers at the interface with. At the time of such solidification, first, the upper end portion of the fillet 74 is fixed (or restrained) by solidification, and a solidification contraction of the solder material generates a tension in a direction indicated by an arrow 82. Thermal contraction occurs in the direction shown to generate tension. The fragile low-melting alloy 76 concentrated near the interface between the land 73 and the fillet 74 as described above cannot withstand these tensions, and it is considered that interfacial peeling in the direction indicated by the arrow 80 occurs.
【0014】本発明は上記の従来の課題を解決すべくな
されたものであり、本発明の目的は、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
んだ付け方法であって、リフトオフの発生が効果的に低
減される方法、ならびに該方法を実施するための装置を
提供することにある。The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and an object of the present invention is a flow soldering method for mounting an electronic component on a substrate using a lead-free solder material. Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for effectively reducing the occurrence of lift-off, and an apparatus for performing the method.
【0015】[0015]
【課題を解決するための手段】本発明の方法は、鉛フリ
ーのはんだ材料(以下、単にはんだ材料とも言う)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、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、基板に付
着したはんだ材料を急速に冷却して凝固させるように、
冷却ゾーンにて基板を冷却ユニットにより冷却すること
を特徴とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a flow soldering method for mounting an electronic component on a substrate using a lead-free solder material (hereinafter, also simply referred to as a solder material). In the zone, after applying the molten solder material to a predetermined portion of the board, the solder material attached to the board is rapidly cooled and solidified,
The substrate is cooled by the cooling unit in the cooling zone.
【0016】より詳細には、冷却ゾーンにおける基板の
冷却(より詳細にははんだ材料の急冷)は、冷却ユニッ
トを用いることにより基板を積極的に(または強制的
に)冷却することにより、少なくとも、基板に付着した
溶融状態のはんだ材料がその融点に等しい温度となって
から、はんだ材料が完全に(またははんだ接合部の全体
に亘って)凝固するまでの間に実施されればよく、この
ことが確保される限り、任意の適切な冷却ユニットを用
いて、適当な期間に亘って実施され得る。また、冷却ゾ
ーンにおける基板の冷却は、冷却ユニットにより基板を
積極的に(または強制的に)冷却することにより、基板
に付着したはんだ材料が急速に冷却されて凝固する限
り、どのようにして実施されてもよい。例えば、基板は
全体的に冷却されても、少なくともその一部(例えばそ
の必要部分のみ)が冷却されてもよい。More specifically, the cooling of the substrate in the cooling zone (more specifically the rapid cooling of the solder material) is at least achieved by actively (or forcibly) cooling the substrate by using a cooling unit. It may be performed between the time when the temperature of the molten solder material attached to the substrate reaches a temperature equal to its melting point and the time when the solder material completely solidifies (or over the entire solder joint). Can be performed over any suitable period using any suitable cooling unit. Also, how to cool the substrate in the cooling zone by actively (or forcibly) cooling the substrate by the cooling unit as long as the solder material attached to the substrate is rapidly cooled and solidified. May be done. For example, the substrate may be entirely cooled or at least a portion thereof (for example, only a necessary portion thereof) may be cooled.
【0017】上記のような本発明の方法によれば、冷却
ユニットを用いて基板を積極的に冷却することにより、
基体に付着した鉛フリーのはんだが急冷され、はんだが
凝固し始めてから完全に凝固するまでに要する時間が短
縮化される。従来の方法では基板を積極的に冷却してい
ないので、はんだ材料(フィレット)内部の温度勾配に
よって、はんだ材料において偏析現象を生じ、脆弱な低
融点合金が最終的にフィレットとランドとの界面近傍に
て集まっていたが、本発明の方法では、はんだがより短
時間で完全に凝固するので、はんだ材料における偏析現
象を緩和でき、より詳細には、リフトオフを発生させる
のに十分な数の低融点金属が界面近傍にまで移動して集
まることを回避でき、これによりリフトオフの発生を効
果的に低減することが可能となる。According to the method of the present invention as described above, by actively cooling the substrate using the cooling unit,
The lead-free solder adhering to the substrate is quenched, and the time required for the solder to start solidifying and completely solidifying is reduced. In the conventional method, since the substrate is not actively cooled, a segregation phenomenon occurs in the solder material due to a temperature gradient inside the solder material (fillet), and the fragile low-melting alloy eventually becomes near the interface between the fillet and the land. However, in the method of the present invention, since the solder is completely solidified in a shorter time, the segregation phenomenon in the solder material can be mitigated, and more specifically, a low number of low enough to cause lift-off. It is possible to prevent the melting point metal from moving to the vicinity of the interface and to be collected, whereby it is possible to effectively reduce the occurrence of lift-off.
【0018】更に、従来、はんだ材料が凝固する際にフ
ィレット内部に固くて脆い金属相(例えばBi相または
Biの塊)が形成され、フィレットに脆性を与えて、機
械的強度が低下していたが、本発明の方法によれば、は
んだ材料の凝固時間が短縮化されるので、このような金
属相の成長時間が短縮化されて、フィレットの金属組織
を微細化し、これにより機械的強度を向上させることが
できる。Furthermore, conventionally, when the solder material solidifies, a hard and brittle metal phase (for example, a Bi phase or a lump of Bi) is formed inside the fillet, giving brittleness to the fillet and lowering the mechanical strength. However, according to the method of the present invention, since the solidification time of the solder material is shortened, the growth time of such a metal phase is shortened, and the metal structure of the fillet is refined, thereby increasing the mechanical strength. Can be improved.
【0019】好ましい態様においては、鉛フリーのはん
だ材料は、冷却ゾーンにおいて200℃/分以上の冷却
速度で冷却される。冷却速度は、可能な限り大きい方が
よいが、例えば、約200〜500℃/分、好ましくは
約300〜500℃/分とすることができる。In a preferred embodiment, the lead-free solder material is cooled at a cooling rate of 200 ° C./min or more in the cooling zone. The cooling rate is preferably as high as possible, but may be, for example, about 200 to 500 ° C./min, preferably about 300 to 500 ° C./min.
【0020】尚、冷却速度とは、はんだ接合部(より詳
細には、はんだ材料が凝固して、はんだ材料から成る接
合部(またはフィレット)となる部分)の温度が低下す
る速度を言い、本来、基板に付着した溶融状態のはんだ
材料がその融点に等しい温度となってから、はんだ材料
が完全に(またははんだ接合部の全体に亘って)凝固す
るまでの間の平均の温度低下速度であるが、基板が冷却
ゾーンに入るときと、出てくるときにおいて各々測定さ
れる測定値の平均値として得られるはんだ接合部温度の
平均変化速度を用いても実質的に差し支えないので、本
明細書においてはこのようにして得られた平均変化速度
を温度低下速度(即ち、冷却速度)と便宜的に用いるも
のとする。はんだ接合部の温度は、例えば、はんだ材料
が付着する基板の所定の箇所(例えば、基板のはんだ材
料が付着する側の面に位置するランド)に熱電対を接触
させ(例えば貼り付けて)、この熱電対から得られるデ
ータを経時的に記録することによって測定できる。The cooling rate refers to the rate at which the temperature of the solder joint (more specifically, the temperature at which the solder material solidifies to form a joint (or fillet) made of the solder material) decreases, and is originally intended. The average rate at which the temperature of the molten solder material attached to the substrate is reduced to a temperature equal to its melting point until the solder material solidifies completely (or throughout the entire solder joint). However, when the substrate enters the cooling zone, and when it comes out, it is substantially acceptable to use the average rate of change of the solder joint temperature obtained as the average value of the measured values, so that the present specification, In, the average rate of change obtained in this manner is used for convenience as the temperature decrease rate (that is, the cooling rate). The temperature of the solder joint is determined by, for example, bringing a thermocouple into contact with (for example, pasting) a predetermined portion of the substrate to which the solder material adheres (for example, a land located on the surface of the substrate to which the solder material adheres), It can be measured by recording the data obtained from this thermocouple over time.
【0021】このような冷却ゾーンにおける基板の積極
的な冷却は、例えばガス冷却または液体冷却によって実
施することができ、基板を冷却するための冷却ユニット
として、ガス冷却または液体冷却を用いるユニットを用
いることができる。尚、ガス冷却とは、基板(より詳細
には基板に付着したはんだ材料)の温度より低温、一般
的にはこれよりもかなり低温、例えば−20〜30℃、
好ましくは−10〜10℃の空気(大気)、窒素ガス、
不活性ガスなどの気体を冷却剤として用いて、このガス
雰囲気に基板を接触させて(例えば、このようなガス雰
囲気に基板を通過させ、またはこのようなガスを基板に
吹きつけることによって)冷却することを言う。また、
液体冷却とは、基板(より詳細には基板に付着したはん
だ材料)の温度より低温、一般的にはこれよりもかなり
低温、例えば1〜30℃、好ましくは1〜10℃の水、
液体窒素および他の液体などの流体を冷媒として用い
て、この流体に基板を少なくとも部分的に、例えば基板
のはんだ接合部または基板全体を接触させて(例えば、
このような流体に基板を浸け、またはこのような流体を
基板に向けて噴霧することによって)冷却することを言
うものとする。液体冷却は、液体の蒸発潜熱を利用する
ことができて、容易にはんだ材料を急冷できるという利
点がある。Active cooling of the substrate in such a cooling zone can be performed by, for example, gas cooling or liquid cooling, and a unit using gas cooling or liquid cooling is used as a cooling unit for cooling the substrate. be able to. The gas cooling means a temperature lower than the temperature of a substrate (more specifically, a solder material attached to the substrate), generally much lower than this, for example, -20 to 30 ° C.
Preferably air (atmosphere) at -10 to 10C, nitrogen gas,
Using a gas such as an inert gas as a coolant, contacting the substrate with the gas atmosphere (eg, by passing the substrate through such a gas atmosphere or blowing such a gas onto the substrate). Say to do. Also,
Liquid cooling refers to water at a temperature lower than the temperature of the substrate (more specifically, the solder material attached to the substrate), and generally much lower than this, for example, water at 1 to 30 ° C, preferably 1 to 10 ° C.
Using a fluid such as liquid nitrogen and other liquids as a coolant, the fluid is brought into contact with the substrate at least partially, for example, with a solder joint of the substrate or the entire substrate (e.g.,
Cooling (by immersing the substrate in such a fluid or spraying such a fluid onto the substrate). Liquid cooling has the advantage that the latent heat of vaporization of the liquid can be used and the solder material can be rapidly cooled.
【0022】より具体的には、ガス冷却ユニットとして
は、基板を通過させるガス雰囲気を提供するように、低
温のガスを冷却ゾーンに供給して取り出すことができる
ブロワー、ガスフロー装置(例えばポンプなどを備え
る)や、低温のガスを基板に吹き付けることができるノ
ズル、ファン、スポットクーラーなどを有するユニット
を用いることができる。また、液体冷却ユニットとして
は、液体に基板を浸けることによって基板を冷却するた
めの液体を入れたバス(浴)や、液体を基板表面に噴霧
することができるアトマイザーや、比較的少量の液体を
基板に供給することができるノズルなどを有するユニッ
トを用いることができる。このような冷却ユニットは、
その種類に応じて、冷却チャンバの内部に配置されてい
ても、冷却ユニットに接続されてその一部または全体が
外部に配置されていてもよい。もちろん、例示したこれ
らのユニットを組合せて用いることも可能である。より
大きい冷却速度を得るためには、ガス冷却よりも液体冷
却を用いてはんだ材料を積極的に冷却することが好まし
い。More specifically, the gas cooling unit includes a blower, a gas flow device (for example, a pump, etc.) capable of supplying and extracting a low-temperature gas to and from a cooling zone so as to provide a gas atmosphere through which a substrate passes. Or a unit having a nozzle, a fan, a spot cooler, or the like that can blow a low-temperature gas onto a substrate. As the liquid cooling unit, a bath containing a liquid for cooling the substrate by immersing the substrate in the liquid, an atomizer capable of spraying the liquid onto the substrate surface, a relatively small amount of liquid, A unit having a nozzle or the like which can be supplied to the substrate can be used. Such a cooling unit,
Depending on the type, it may be arranged inside the cooling chamber, or may be connected to the cooling unit and a part or the whole may be arranged outside. Of course, it is also possible to use these units in combination. To achieve a higher cooling rate, it is preferable to actively cool the solder material using liquid cooling rather than gas cooling.
【0023】所望の冷却速度は、ガス冷却の場合には、
冷却ゾーンに供給する雰囲気ガスの温度、雰囲気ガスの
流量、基板に配置される部品および基板の熱容量、なら
びに基板の搬送速度など、液体冷却の場合には、基板と
接触させる液体の温度、基板に配置される部品および基
板の熱容量、ならびに基板の搬送速度などを調節するこ
とによって得ることができる。例えば、ガラスエポキシ
樹脂から成る200mm×200mm×0.8mmのサ
イズの基板に約25℃のガスを流量2リットル/分で吹
き付けながら、該基板を1000mm×500mm×5
00mmのサイズのチャンバに1.2m/分の速度で通
過させることによって、約210℃/分の冷却速度が得
られる。The desired cooling rate is, in the case of gas cooling,
In the case of liquid cooling, such as the temperature of the ambient gas supplied to the cooling zone, the flow rate of the ambient gas, the heat capacity of the components and the substrate placed on the substrate, and the transport speed of the substrate, the temperature of the liquid brought into contact with the substrate, It can be obtained by adjusting the heat capacity of the components and the board to be arranged, the transfer speed of the board, and the like. For example, while blowing a gas of about 25 ° C. at a flow rate of 2 liters / minute onto a substrate of glass epoxy resin having a size of 200 mm × 200 mm × 0.8 mm, the substrate is 1000 mm × 500 mm × 5 mm.
By passing through a 00 mm sized chamber at a rate of 1.2 m / min, a cooling rate of about 210 ° C./min is obtained.
【0024】また、上記冷却ゾーンにおける基板の積極
的な冷却は、ガス冷却ユニットを用いる窒素ガスによる
ガス冷却によって実施されることが好ましい。窒素ガス
によるガス冷却を用いると、はんだ材料の酸化を抑制
し、はんだ材料の濡れ性(特にランドに対する濡れ性)
を向上させることができ、これにより、リフトオフの発
生を更に低減することができる。Further, the active cooling of the substrate in the cooling zone is preferably performed by gas cooling with nitrogen gas using a gas cooling unit. The use of gas cooling with nitrogen gas suppresses the oxidation of the solder material and the wettability of the solder material (particularly the wettability to the land)
Can be improved, whereby the occurrence of lift-off can be further reduced.
【0025】好ましい態様においては、本発明の方法
は、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で、かつ、冷却ゾーン
にて基板を冷却する前に、基板に付着したはんだ材料が
完全に溶融している状態を確保することができる温度を
有する雰囲気を有する調整ゾーンに基板を配置すること
を更に含む。尚、基板に付着したはんだ材料が完全に溶
融している状態は、少なくとも基板が冷却ゾーンにて冷
却される直前に確保されていればよい。このような調整
ゾーンは、基板の搬送方向において、上記はんだ材料供
給ゾーンよりも下流に位置し、かつ、上記冷却ゾーンよ
りも上流に位置することは当業者には容易に理解されよ
う。In a preferred embodiment, the method of the present invention comprises the steps of: applying a molten solder material to a predetermined portion of the substrate in a solder material supply zone; and cooling the substrate in a cooling zone. And placing the substrate in an adjustment zone having an atmosphere having a temperature that can ensure that the solder material attached to the substrate is completely melted. The state in which the solder material attached to the substrate is completely melted may be ensured at least immediately before the substrate is cooled in the cooling zone. Those skilled in the art will readily understand that such an adjustment zone is located downstream of the solder material supply zone and upstream of the cooling zone in the substrate transport direction.
【0026】尚、「調整ゾーン」とは、基板にはんだ材
料を付着させた後、基板を急冷するに先立って基板の状
態を調整(コンディショニング)するものであり、より
詳細には、基板に付着したはんだ材料が、基板の急冷に
先立って、基板のどの位置においても(即ち、基板の面
内で均一に)実質的に完全に溶融している状態にあるよ
うに、基板の(より詳細には基板に付着したはんだ材料
の)状態を調整するためのものである。より具体的に
は、基板に付着したはんだ材料の一部が調整ゾーンに入
る前に自然に冷えて、既に部分的に凝固し始めている場
合には、基板(従って、はんだ材料)を加熱して、少な
くとも基板が冷却ゾーンにて冷却される前までに、基板
に付着している全てのはんだ材料を再び、好ましくは完
全に溶融させる。あるいは、基板に付着した実質的に全
てのはんだ材料が溶融状態を保ったまま調整ゾーンに入
って来る場合には、少なくとも、はんだ材料が冷却ゾー
ンに入る前に凝固する程度まで基板(より詳細にははん
だ材料)から熱が逃げ過ぎないような温度雰囲気にはん
だ材料を配置し、好ましくははんだ材料を加熱して、基
板に付着している全てのはんだ材料を溶融状態に維持す
る(従って、この場合には積極的な加熱は行なわれなく
てよい)。従って、調整ゾーンは、基板に熱を供給する
ことにより基板を加熱するための「加熱ゾーン」、また
はゾーン全体に亘ってある一定の温度に保たれ、基板が
該調整ゾーンを通過するまでの間(または冷却ゾーンに
入るまでの間)、ある程度の熱を供給するか、調整チャ
ンバを熱的に隔離することにより、はんだ材料(従っ
て、基板)の過度の温度低下(よって、過度の冷却)を
防止する「恒温ゾーン」とも呼ばれ得る。The "adjustment zone" is for adjusting (conditioning) the state of the substrate before the substrate is rapidly cooled after the solder material is applied to the substrate. Prior to quenching the substrate, the solder material is substantially completely melted at any location on the substrate (i.e., uniformly within the plane of the substrate) so that the Is for adjusting the state of the solder material attached to the substrate. More specifically, if some of the solder material attached to the substrate cools naturally before entering the conditioning zone and has already begun to partially solidify, the substrate (and thus the solder material) is heated Any solder material adhering to the substrate is again, preferably completely melted, at least before the substrate is cooled in the cooling zone. Alternatively, if substantially all of the solder material adhering to the substrate enters the conditioning zone while maintaining a molten state, at least to the extent that the solder material solidifies before entering the cooling zone (more specifically, Place the solder material in a temperature atmosphere such that heat does not escape too much from the solder material), and preferably heat the solder material to maintain all the solder material adhering to the substrate in a molten state (thus, In some cases, no active heating is required). Thus, the conditioning zone is a "heating zone" for heating the substrate by supplying heat to the substrate, or at a constant temperature throughout the zone, until the substrate passes through the conditioning zone. By providing some heat (or until entering the cooling zone) or thermally isolating the conditioning chamber, excessive cooling (and thus excessive cooling) of the solder material (and thus the substrate) can be prevented. It may also be referred to as a "constant temperature zone" to prevent.
【0027】このような調整ゾーンに基板を配置するこ
とにより、個々のはんだ接合部内でのはんだ材料の温度
分布(または温度差)ならびに基板全体でのはんだ材料
の温度分布を低減することができ、換言すれば、基板
(より詳細には基板に付着したはんだ材料)を均熱化す
ることができる。調整ゾーンがない場合には、冷却ゾー
ンにて基板を冷却する前にはんだ材料が場合によっては
部分的に凝固し始めることが起こり得、この場合、冷却
ゾーンでの急冷開始温度は、はんだ材料の個々の接合部
または全ての接合部において多少のばらつきを有する
が、このような調整ゾーンを設けて冷却前に基板を均熱
化すると、急冷開始温度のばらつきを低減でき、はんだ
材料の凝固時間のばらつきをなくすことができ、これに
より、リフトオフの発生を更に低減することが可能とな
る。By arranging the board in such an adjustment zone, the temperature distribution (or temperature difference) of the solder material in each solder joint and the temperature distribution of the solder material in the entire board can be reduced. In other words, the substrate (more specifically, the solder material attached to the substrate) can be soaked. Without the conditioning zone, the solder material may begin to partially solidify before cooling the substrate in the cooling zone, in which case the quenching start temperature in the cooling zone may be Although there is some variation in individual joints or all joints, providing such an adjustment zone and soaking the substrate before cooling can reduce the variation in the quenching start temperature and reduce the solidification time of the solder material. Variation can be eliminated, thereby making it possible to further reduce the occurrence of lift-off.
【0028】上記の調整ゾーンの雰囲気温度は、基板に
付着したはんだ材料が冷却ゾーンに入るに先立って完全
に溶融している状態とすることができる温度であって、
基板に配置される電子部品の熱による損傷を避けるため
に電子部品の耐熱温度未満の温度である限り、どのよう
な温度であってもよいが、はんだ材料を確実に完全に溶
融させるためには、調整ゾーンの雰囲気温度は、はんだ
材料の融点以上、電子部品の耐熱温度未満の範囲内の温
度とすることが好ましい。より好ましくは、調整ゾーン
の雰囲気温度は、はんだ材料の融点より約10℃以上、
電子部品の耐熱温度より約5℃以下の範囲内の温度であ
る。しかし、本発明はこれに限定されず、例えば、基板
が調整ゾーンに入って来る際、基板に付着したはんだ材
料がその融点よりも高い温度を有する場合(またははん
だ材料が凝固し始めていない場合)であって、基板が調
整ゾーンを通って冷却ゾーンに入る前に、基板に付着し
たはんだ材料が凝固し始める程度に温度低下し過ぎるこ
とを防止できる場合には、調整ゾーンの雰囲気温度は必
ずしもはんだ材料の融点以上の温度でなくてもよい。も
ちろん、この場合であっても、はんだ材料を確実に溶融
させる観点から、調整ゾーンの雰囲気温度をはんだ材料
の融点以上、電子部品の耐熱温度未満の範囲内の温度と
することが好ましい。The temperature of the atmosphere in the adjustment zone is a temperature at which the solder material attached to the substrate can be completely melted before entering the cooling zone.
Any temperature may be used as long as the temperature is lower than the heat-resistant temperature of the electronic component in order to avoid heat damage to the electronic component placed on the board, but to ensure complete melting of the solder material, The ambient temperature of the adjustment zone is preferably set to a temperature within the range of the melting point of the solder material or more and less than the heat resistant temperature of the electronic component. More preferably, the ambient temperature of the conditioning zone is at least about 10 ° C. above the melting point of the solder material,
The temperature is within a range of about 5 ° C. or less from the heat resistant temperature of the electronic component. However, the invention is not limited to this, for example, if the solder material attached to the substrate has a temperature higher than its melting point when the substrate enters the conditioning zone (or if the solder material has not begun to solidify). If the temperature of the soldering material attached to the substrate can be prevented from dropping too low before the substrate enters the cooling zone through the conditioning zone, the temperature of the atmosphere in the conditioning zone is necessarily necessarily equal to the soldering temperature. The temperature does not need to be higher than the melting point of the material. Of course, even in this case, from the viewpoint of reliably melting the solder material, it is preferable to set the ambient temperature of the adjustment zone to a temperature within the range from the melting point of the solder material to the heat resistance temperature of the electronic component.
【0029】また、調整ゾーンは、窒素雰囲気に保たれ
ていることが好ましい。これにより、はんだ材料および
ランドの酸化を防止して、はんだ材料の濡れ性が低下す
ることを回避でき、よって、はんだ材料とランドとの間
の接合面積を十分に確保してはんだ材料の剥離を抑制す
ることが可能となる。It is preferable that the adjustment zone is maintained in a nitrogen atmosphere. This can prevent the solder material and the land from being oxidized, and can prevent the wettability of the solder material from being reduced.Therefore, a sufficient bonding area between the solder material and the land can be ensured and the peeling of the solder material can be prevented. It becomes possible to suppress.
【0030】調整ゾーンおよび冷却ゾーンの雰囲気は、
互いに独立して選択することができるが、両方を窒素ガ
ス雰囲気とすることがより好ましい。The atmosphere in the conditioning zone and the cooling zone is
Although they can be selected independently of each other, it is more preferable that both are in a nitrogen gas atmosphere.
【0031】本発明の別の要旨においては、鉛フリーの
はんだ材料を用いてフローはんだ付け方法により電子部
品を基板に実装するための装置であって、はんだ材料供
給チャンバ内に位置する基板に溶融したはんだ材料を供
給して基板の所定の箇所にはんだ材料を付着させるはん
だ材料供給ユニットと、はんだ材料供給チャンバよりも
基板の搬送方向下流に位置する冷却チャンバとを有して
成り、冷却チャンバにおいて、基板に付着したはんだ材
料を急速に冷却して凝固させるように基板が冷却ユニッ
トにより冷却されることを特徴とする装置が提供され
る。According to another aspect of the present invention, there is provided an apparatus for mounting an electronic component on a substrate by a flow soldering method using a lead-free solder material. A solder material supply unit that supplies the solder material to the predetermined location of the substrate by supplying the solder material, and a cooling chamber that is located downstream of the solder material supply chamber in the substrate transport direction. An apparatus is provided, wherein the substrate is cooled by a cooling unit so as to rapidly cool and solidify the solder material attached to the substrate.
【0032】好ましい態様においては、鉛フリーのはん
だ材料が冷却チャンバにおいて200℃/分以上の冷却
速度で冷却されるように、基板が冷却ユニットにより冷
却される。このような冷却ユニットとしては、ガス冷却
または液体冷却、好ましくは窒素ガスによるガス冷却を
利用した、本発明のフローはんだ付け方法に関連して上
述したようなユニット(または装置)を用いることがで
きる。In a preferred embodiment, the substrate is cooled by the cooling unit such that the lead-free solder material is cooled at a cooling rate of 200 ° C./min or more in the cooling chamber. As such a cooling unit, a unit (or apparatus) as described above in relation to the flow soldering method of the present invention using gas cooling or liquid cooling, preferably gas cooling with nitrogen gas can be used. .
【0033】好ましい態様においては、本発明の装置
は、基板の搬送方向においてはんだ材料供給チャンバと
冷却チャンバとの間に調整チャンバを更に有して成り、
調整チャンバ内の雰囲気が、基板に付着したはんだ材料
を完全に溶融している状態を確保する温度を有する。こ
の調整チャンバ内の雰囲気の温度は、はんだ材料の融点
以上、電子部品の耐熱温度未満の範囲内の温度であるこ
とが好ましい。また、調整チャンバ内の雰囲気は、窒素
ガス雰囲気であることが好ましい。[0033] In a preferred embodiment, the apparatus of the present invention further comprises a conditioning chamber between the solder material supply chamber and the cooling chamber in the substrate transfer direction,
The atmosphere in the conditioning chamber has a temperature that ensures that the solder material attached to the substrate is completely melted. The temperature of the atmosphere in the adjustment chamber is preferably a temperature within the range of the melting point of the solder material or more and less than the heat resistant temperature of the electronic component. The atmosphere in the adjustment chamber is preferably a nitrogen gas atmosphere.
【0034】尚、本明細書において、「チャンバ」とは
空間をある程度区画するものを意味し、「ゾーン」とは
チャンバにより区画(または規定)されるチャンバ内部
の空間を意味し、「雰囲気」とはチャンバにより区画
(または規定)されるチャンバ内部の空間の気体雰囲気
を意味する(よって、上述の「〜ゾーンの雰囲気」は
「〜チャンバ内の雰囲気」と同義である)。例えば、
「はんだ材料供給チャンバ」は、上記の本発明のフロー
はんだ付け方法に言う「はんだ材料供給ゾーン」を規定
するものであり、「冷却チャンバ」および「調整チャン
バ」についても同様である。In this specification, the term "chamber" means a space that partitions a space to some extent, the term "zone" means a space inside (or defined by) the chamber defined by the chamber, and the term "atmosphere". Means a gas atmosphere in a space inside (or defined by) the chamber defined (or defined) by the chamber (thus, the above-mentioned “atmosphere in the zone” is synonymous with “atmosphere in the chamber”). For example,
The “solder material supply chamber” defines the “solder material supply zone” in the flow soldering method of the present invention described above, and the same applies to the “cooling chamber” and the “adjustment chamber”.
【0035】本発明の装置は、上述の本発明のフローは
んだ付け方法を実施するために好適に利用される。従っ
て、本発明のフローはんだ付け方法にてはんだ材料供給
ゾーンおよび冷却ゾーンおよび場合により調整ゾーンに
関連して上述した好ましい態様についての説明は、本発
明のフローはんだ付け装置におけるはんだ材料供給チャ
ンバおよび冷却チャンバ、および場合により調整チャン
バについても当て嵌まることは当業者であれば容易に理
解されよう。The apparatus of the present invention is suitably used for performing the above-described flow soldering method of the present invention. Accordingly, the description of the preferred embodiment described above in connection with the solder material supply zone and the cooling zone and optionally the conditioning zone in the flow soldering method of the present invention is based on the description of the solder material supply chamber and cooling in the flow soldering apparatus of the present invention. Those skilled in the art will readily appreciate that the chamber, and optionally the conditioning chamber, also applies.
【0036】尚、本発明のフローはんだ付け装置におい
て、はんだ材料供給チャンバは、本発明の装置において
はんだ材料供給ゾーンを他の装置内の空間から必ずしも
厳密に区画する必要はない。冷却チャンバは、本発明の
装置において、基板を効率的に積極的に冷却することが
できる程度に冷却ゾーンを他の装置内の比較的高温の空
間から区画できればよい。また、調整チャンバは、その
内部の雰囲気を比較的高温の雰囲気(例えばはんだ材料
供給チャンバ内の雰囲気)から区画するものであっても
よいが、本発明の装置において必ずしも厳密にこれを区
画する必要はない。しかし、調整チャンバは、冷却チャ
ンバに対しては、熱効率の観点から互いの内部雰囲気が
ある程度区画されるようになっていることが好ましい。In the flow soldering apparatus of the present invention, the solder material supply chamber in the apparatus of the present invention does not necessarily have to strictly partition the solder material supply zone from the space in another apparatus. In the apparatus of the present invention, the cooling chamber only needs to be able to partition the cooling zone from a relatively high-temperature space in another apparatus so that the substrate can be efficiently and actively cooled. Further, the adjustment chamber may be one which divides the atmosphere therein from a relatively high temperature atmosphere (for example, the atmosphere in the solder material supply chamber), but it is not always necessary to strictly divide this inside in the apparatus of the present invention. There is no. However, it is preferable that the adjustment chambers are configured such that the internal atmospheres of the adjustment chambers are partitioned to some extent from the viewpoint of thermal efficiency.
【0037】尚、本発明のフローはんだ付け方法の実施
するのに、上述のようなはんだ材料供給チャンバ、冷却
チャンバおよび場合により調整チャンバは必ずしも必要
ではなく、上述のように基板を急冷することができる限
り、他の装置を用いてもよいことに留意されるべきであ
る。In order to carry out the flow soldering method of the present invention, the above-mentioned solder material supply chamber, cooling chamber and, if necessary, adjusting chamber are not always necessary. It should be noted that other devices may be used where possible.
【0038】本発明のフローはんだ付け方法および/ま
たは装置に利用可能な鉛フリーのはんだ材料としては、
例えば、Sn−Cu系、Sn−Ag−Cu系、Sn−A
g系、Sn−Ag−Bi系、およびSn−Ag−Bi−
Cu系の材料などを用いることができる。また、基板に
は、例えば、紙フェノール系材料、ガラスエポキシ系材
料、ポリイミドフィルム系材料、およびセラミック系材
料などからなる基板が用いられ得る。基板に接合される
電子部品は、基板のスルーホールを用いて接合するタイ
プのリード付き電子部品、例えばDIP IC、コネク
タ、およびアキシャル部品などであってよい。しかし、
これらは単なる例示にすぎず、本発明はこれに限定され
るものではない。[0038] Lead-free solder materials that can be used in the flow soldering method and / or apparatus of the present invention include:
For example, Sn-Cu system, Sn-Ag-Cu system, Sn-A
g system, Sn-Ag-Bi system, and Sn-Ag-Bi-
A Cu-based material or the like can be used. Further, as the substrate, for example, a substrate made of a paper phenol-based material, a glass epoxy-based material, a polyimide film-based material, a ceramic-based material, or the like can be used. The electronic component to be bonded to the substrate may be a leaded electronic component of a type that is bonded using a through hole in the substrate, such as a DIP IC, a connector, and an axial component. But,
These are merely examples, and the present invention is not limited thereto.
【0039】[0039]
【発明の実施の形態】以下、本発明の2つの実施形態に
ついて図面を参照しながら説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Two embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【0040】(実施形態1)本実施形態のフローはんだ
付け方法は、図1(a)のフローはんだ付け装置20を
用いて実施される。(Embodiment 1) The flow soldering method of this embodiment is carried out by using a flow soldering apparatus 20 shown in FIG.
【0041】図1(a)を参照して、本実施形態のフロ
ーはんだ付け装置20は、プリヒートユニット(または
プリヒーター)2と、溶融したはんだ材料を基板(図1
(a)に図示せず)に供給するはんだ材料供給ユニット
3と、基板が矢印1の方向に沿ってその内部を通過す
る、プリヒートチャンバ19、はんだ材料供給チャンバ
16および冷却チャンバ17とを備える。はんだ材料供
給ユニット3は、その内部に予め加熱により溶融したは
んだ材料(図示せず)を有し、はんだ材料を1次噴流ノ
ズル4および2次噴流ノズル5に通して噴流の形態で、
はんだ材料供給チャンバ16に位置する(従って、後述
のはんだ材料供給ゾーン6に位置する)基板に供給する
ことができる。尚、プリヒートチャンバ19、はんだ材
料供給チャンバ16および冷却チャンバ17は、それぞ
れの内部空間をプリヒートゾーン9、はんだ材料供給ゾ
ーン6および冷却ゾーン7として有するが、一般的には
基板がこれらの間を通過し得るような隙間が設けられて
いる。図1(a)に示すように、プリヒートチャンバ1
9とはんだ材料供給チャンバ16との境が明確でなくて
もよく、これについては以下に詳述する。Referring to FIG. 1A, a flow soldering apparatus 20 according to the present embodiment includes a preheat unit (or preheater) 2 and a molten solder material on a substrate (FIG. 1).
(A) not shown) and a preheat chamber 19, a solder material supply chamber 16 and a cooling chamber 17 through which the substrate passes inside along the direction of arrow 1. The solder material supply unit 3 has a solder material (not shown) preliminarily melted by heating therein, and passes the solder material through a primary jet nozzle 4 and a secondary jet nozzle 5 in the form of a jet.
It can be supplied to a substrate located in the solder material supply chamber 16 (therefore, located in the solder material supply zone 6 described later). The preheat chamber 19, the solder material supply chamber 16 and the cooling chamber 17 have internal spaces as a preheat zone 9, a solder material supply zone 6 and a cooling zone 7, respectively. There is a gap that can be used. As shown in FIG. 1A, the preheat chamber 1
The boundary between 9 and the solder material supply chamber 16 need not be clear, and will be described in detail below.
【0042】プリヒートチャンバ19は、プリヒートユ
ニット2により基板をプリヒートするプリヒートゾーン
9を規定するものである。プリヒートユニット2は、本
実施形態においてはプリヒートチャンバ19の内部に備
えられているが、本発明はこれに限定されず、プリヒー
トユニット2はプリヒートチャンバ19の外部に位置し
ていてもよい。また、プリヒートユニット2は本発明の
実施に必ずしも必要ではないが、これを備えていること
が好ましい。また、はんだ材料供給チャンバ16は、は
んだ材料供給ユニット3の上方に位置し、はんだ噴流ノ
ズル4および5を通じて溶融状態のはんだ材料が基板に
供給されるはんだ材料供給ゾーン6を規定するものであ
る。このようなプリーヒートゾーン9およびはんだ材料
供給ゾーン6は、いずれも高温雰囲気を有することが好
ましいため、必ずしも明確に区画されている必要はな
く、よって、プリヒートチャンバ19およびはんだ材料
供給チャンバ16は、必ずしもこれらゾーン(より詳細
には各々の内部雰囲気)を厳密に区画していなくてよ
い。本実施形態では、プリヒートチャンバ19およびは
んだ材料供給チャンバ16は仕切りなしに繋がってお
り、よって、各々の内部雰囲気も繋がっている。しか
し、本発明はこれに限定されず、プリヒートチャンバ1
9およびはんだ材料供給チャンバ16の各々の内部雰囲
気がある程度区画され得るようになっていてもよい。The preheat chamber 19 defines a preheat zone 9 for preheating a substrate by the preheat unit 2. In the present embodiment, the preheat unit 2 is provided inside the preheat chamber 19, but the present invention is not limited to this, and the preheat unit 2 may be located outside the preheat chamber 19. Further, the preheat unit 2 is not necessarily required for implementing the present invention, but is preferably provided. The solder material supply chamber 16 is located above the solder material supply unit 3 and defines a solder material supply zone 6 where the molten solder material is supplied to the substrate through the solder jet nozzles 4 and 5. Since such a preheat zone 9 and a solder material supply zone 6 each preferably have a high-temperature atmosphere, they need not necessarily be clearly defined. Therefore, the preheat chamber 19 and the solder material supply chamber 16 are These zones (more specifically, the respective internal atmospheres) do not necessarily have to be strictly defined. In the present embodiment, the preheat chamber 19 and the solder material supply chamber 16 are connected without partitions, and therefore, their respective internal atmospheres are also connected. However, the present invention is not limited to this.
The interior atmosphere of each of the solder material supply chamber 9 and the solder material supply chamber 16 may be defined to some extent.
【0043】また、冷却チャンバ17は、基板に付着し
たはんだ材料を急速に冷却して凝固させるように、基板
を冷却ユニットにより積極的に冷却する冷却ゾーン7を
規定する。このため、冷却チャンバ17はその内部空間
である冷却ゾーン7に位置する基板を冷却し得るよう
に、冷却ユニット(図示せず)を備えるか、これと接続
されている。この冷却ユニットとしては、はんだ材料を
急冷し得る限り任意の適切な装置などを用いることがで
きるが、例えばノズルを通してガスを吹き出すことがで
きるユニットなどを用いることができる。より具体的に
は、図1(b)に冷却チャンバ17内の基板13を拡大
して模式的に示すように、複数のノズル12が基板13
の搬送ライン(図中に点線にて示すライン)の上下に配
置され、このノズル12を通して、例えば冷却チャンバ
17の外部に配置されたガス源、ポンプなどを用いてガ
ス(図中に矢印にてその流れを模式的に示す)を吹き出
すことができるようになっているユニットを用いること
ができる。このノズル12の各々からは、好ましくは低
温のガスが基板13に向かって吹き付けられ、これによ
り基板13がガス冷却される。冷却チャンバ17内にお
けるノズル12の配置は、冷却チャンバ17内の基板1
3を積極的に冷却することにより、はんだ材料を急冷し
て完全に凝固させることができる限り、特に限定されな
い。また、ノズル12は、必ずしも基板の搬送ライン
(図中に点線にて示すライン)の上下に配置される必要
はなく、いずれか片側だけとしてもよい。また、本発明
に利用可能な冷却ユニットは上記のようなノズルを有す
るユニットに限定されず、ガス、液体またはこれらの混
合物を基板に接触させることにより基板を冷却し、それ
によってはんだ材料を急冷し得るような他の適切な冷却
ユニットを用いることができる。The cooling chamber 17 defines a cooling zone 7 for actively cooling the substrate by a cooling unit so as to rapidly cool and solidify the solder material attached to the substrate. For this purpose, the cooling chamber 17 includes or is connected to a cooling unit (not shown) so as to cool the substrate located in the cooling zone 7 which is the internal space. As the cooling unit, any appropriate device or the like can be used as long as the solder material can be rapidly cooled. For example, a unit that can blow out gas through a nozzle can be used. More specifically, as shown schematically in FIG. 1B, the substrate 13 in the cooling chamber 17 is enlarged and schematically shown, a plurality of nozzles 12
Are arranged above and below a transfer line (a line shown by a dotted line in the figure), and a gas (indicated by an arrow in the figure) is passed through this nozzle 12 using a gas source, a pump, or the like arranged outside the cooling chamber 17, for example. A unit that can blow out the flow schematically) can be used. From each of the nozzles 12, preferably a low-temperature gas is blown toward the substrate 13, whereby the substrate 13 is gas-cooled. The arrangement of the nozzles 12 in the cooling chamber 17 depends on the substrate 1 in the cooling chamber 17.
No particular limitation is imposed as long as the solder material 3 can be actively cooled to completely cool and completely solidify the solder material. Further, the nozzles 12 do not necessarily need to be arranged above and below a substrate transfer line (a line shown by a dotted line in the figure), and may be provided on only one side. In addition, the cooling unit that can be used in the present invention is not limited to a unit having a nozzle as described above, and the substrate is cooled by bringing a gas, a liquid, or a mixture thereof into contact with the substrate, thereby rapidly cooling the solder material. Other suitable cooling units as obtained can be used.
【0044】例えば、基板を冷却するために使用可能な
冷却ユニットは、低温のガスを冷却チャンバに供給して
冷却ゾーン7の雰囲気温度をかなり低温に(例えば、−
20〜30℃の温度に)維持し、これにより基板(より
詳細には基板に付着したはんだ材料)を急冷するもので
あってもよい。この場合、低温のガスは基板に向けられ
なくてもよい。For example, a cooling unit that can be used to cool a substrate supplies a low-temperature gas to a cooling chamber to lower the ambient temperature of the cooling zone 7 to a considerably low temperature (for example, −).
(At a temperature of 20 to 30 ° C.), thereby rapidly cooling the substrate (more specifically, the solder material attached to the substrate). In this case, the cold gas need not be directed at the substrate.
【0045】上述のようなはんだ材料供給チャンバ16
および冷却チャンバ17は、熱効率の観点から、基板に
溶融状態のはんだ材料を供給してスルーホール内を十分
に濡れ上がらせることおよび基板を冷却することを、そ
れぞれ効率的に実施し得る程度に各々の内部雰囲気を区
画し得るものであればよく、各々の内部雰囲気を厳密に
区画する必要は必ずしもない点に留意されるべきであ
る。The solder material supply chamber 16 as described above
From the viewpoint of thermal efficiency, the cooling chamber 17 supplies the molten solder material to the substrate to sufficiently wet up the inside of the through hole and cool the substrate, respectively, to such an extent that each can be efficiently performed. It should be noted that any internal atmosphere can be defined, and it is not always necessary to strictly define each internal atmosphere.
【0046】次に、図1(a)のフローはんだ付け装置
20を用いるフローはんだ付け方法について説明する。Next, a flow soldering method using the flow soldering apparatus 20 of FIG. 1A will be described.
【0047】まず、従来の方法と同様に、基板の下面に
スプレーフラクサーを用いてフラックスを塗布して基板
を前処理しておく。この基板には、電子部品から引き出
されたリードが基板の上面側からスルーホールに挿入さ
れて、電子部品が配置されている。First, similarly to the conventional method, a flux is applied to the lower surface of the substrate using a spray fluxer to pretreat the substrate. On this substrate, leads drawn from the electronic components are inserted into through holes from the upper surface side of the substrate, and the electronic components are arranged.
【0048】このような基板を、図1(a)のフローは
んだ付け装置20に、電子部品が配置されている上面側
を(図面に対して)上にして入れ、フローはんだ付け装
置20のプリヒートチャンバ19、はんだ材料供給チャ
ンバ16および冷却チャンバ17を通して、図中に点線
にて示すライン上を矢印1の方向にほぼ一定速度で機械
的に搬送する。このフローはんだ付け装置20では、ま
ず、プリヒートゾーン9にてプリヒートユニット2によ
り大気雰囲気下、好ましくは窒素雰囲気下で基板を約1
50〜160℃に加熱(またはプリヒート)する。次い
で、基板がはんだ材料供給ゾーン6に搬送されると、は
んだ材料供給ユニット3によって基板の下面側から、予
め加熱により溶融させたはんだ材料(図示せず)を1次
噴流ノズル4および2次噴流ノズル5を通してそれぞれ
1次噴流および2次噴流として供給する。ここまでは、
従来のフローはんだ付け方法として上述したものとほぼ
同様である。Such a substrate is placed in the flow soldering apparatus 20 of FIG. 1A with the upper surface side on which the electronic components are arranged (up to the drawing), and the preheating of the flow soldering apparatus 20 is performed. Through the chamber 19, the solder material supply chamber 16, and the cooling chamber 17, the wafer is mechanically conveyed on a line shown by a dotted line in the drawing in the direction of arrow 1 at a substantially constant speed. In the flow soldering apparatus 20, first, the substrate is heated in the preheat zone 9 by the preheat unit 2 under an air atmosphere, preferably under a nitrogen atmosphere, for about 1 hour.
Heat (or preheat) to 50-160 ° C. Next, when the substrate is conveyed to the solder material supply zone 6, the solder material (not shown) previously melted by heating is soldered from the lower surface side of the substrate by the solder material supply unit 3 into the primary jet nozzle 4 and the secondary jet flow. The liquid is supplied as a primary jet and a secondary jet through the nozzle 5, respectively. So far,
This is almost the same as the above-mentioned conventional flow soldering method.
【0049】以上のようにして、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、基板ははんだ材料供
給チャンバ16から冷却チャンバ17へ搬送されて、冷
却ゾーン7内に配置される。この冷却ゾーン7におい
て、基板に付着したはんだ材料を急速に冷却して凝固さ
せるように、低温の窒素ガスを吹き付けて、窒素ガス冷
却により基板を急速に冷却する。このとき、はんだ材料
の冷却速度は200℃/分以上であることが好ましく、
例えば約200〜500℃/分、より好ましくは約30
0〜500℃/分であり得る。尚、上記のような窒素ガ
ス冷却に代えて、上述のような任意の適切な冷却ユニッ
トを用いることにより、低温の空気(大気)を吹きつけ
る空冷などの他のガス冷却や、低温の循環水と接触させ
る水冷などの液体冷却によって基板を冷却してもよい。After the molten solder material is adhered to a predetermined portion of the substrate as described above, the substrate is transferred from the solder material supply chamber 16 to the cooling chamber 17 and placed in the cooling zone 7. In the cooling zone 7, a low-temperature nitrogen gas is blown so that the solder material attached to the substrate is rapidly cooled and solidified, and the substrate is rapidly cooled by nitrogen gas cooling. At this time, the cooling rate of the solder material is preferably 200 ° C./min or more,
For example, about 200 to 500 ° C./min, more preferably about 30
It can be 0-500 ° C / min. In addition, instead of the nitrogen gas cooling as described above, by using any appropriate cooling unit as described above, other gas cooling such as air cooling by blowing low-temperature air (atmosphere), or low-temperature circulating water The substrate may be cooled by liquid cooling such as water cooling which is brought into contact with the substrate.
【0050】以上のようにして基板を冷却ユニットを用
いて積極的に冷却することにより、はんだ材料が凝固し
てフィレットを形成し、このフィレットにより電子部品
のリードと基板に形成されたランドとが電気的および物
理的に接合される。得られた基板は、更に搬送されて冷
却チャンバ17の外部に搬送されて、装置20の外部に
取り出される。以上のようして、電子部品がフローはん
だ付けされた電子回路基板が作製される。By positively cooling the substrate using the cooling unit as described above, the solder material solidifies to form a fillet, and the lead of the electronic component and the land formed on the substrate are formed by the fillet. Electrically and physically joined. The obtained substrate is further transported, transported to the outside of the cooling chamber 17, and taken out of the apparatus 20. As described above, the electronic circuit board on which the electronic components are flow-soldered is manufactured.
【0051】本実施形態によれば、はんだ材料の凝固時
間が短縮化されるので、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(フィ
レット)における金属組織を微細化して、はんだ材料か
らなる接合部(フィレット)の機械的強度を向上させる
ことができる。According to the present embodiment, since the solidification time of the solder material is shortened, the occurrence of lift-off can be effectively reduced. In addition, the metal structure of the solidified solder material (fillet) can be refined, and the mechanical strength of the joint (fillet) made of the solder material can be improved.
【0052】(実施形態2)本実施形態のフローはんだ
付け方法は、図2のフローはんだ付け装置30を用いて
実施される。以下、特に説明しない限り上述の実施形態
1と同様とする。(Embodiment 2) The flow soldering method of this embodiment is carried out by using the flow soldering apparatus 30 shown in FIG. Hereinafter, unless otherwise described, it is the same as the first embodiment.
【0053】このフローはんだ付け装置30は、実施形
態1にて上述したフローはんだ付け装置20において、
はんだ材料供給チャンバ16と冷却チャンバ17との間
に、調整チャンバ18を加えて改変した点を除いては、
図1(a)のフローはんだ付け装置20と同様である。
調整チャンバ18は、調整ゾーン8を規定するものであ
る。調整チャンバ18もまた、はんだ材料供給チャンバ
16と同様に、熱効率の観点から、基板を加熱(場合に
より保温)することを効率的に実施し得る程度に、場合
によっては基板の熱損失を効果的に防止し得る程度に内
部雰囲気を区画し得るものであればよく、内部雰囲気を
他の高温雰囲気、例えばはんだ材料供給チャンバ16内
の雰囲気から厳密に区画する必要は必ずしもない点に留
意されるべきである。本実施形態では、調整チャンバ1
8ははんだ材料供給チャンバ16と各々の内部雰囲気を
ある程度区画するものとして示しているが、これらは熱
効率を考慮して場合により繋がって構成されていてもよ
い。This flow soldering apparatus 30 is different from the flow soldering apparatus 20 described in the first embodiment in that
Between the solder material supply chamber 16 and the cooling chamber 17, except that the adjustment chamber 18 was added and modified,
This is the same as the flow soldering apparatus 20 of FIG.
The conditioning chamber 18 defines the conditioning zone 8. Like the solder material supply chamber 16, the conditioning chamber 18 also effectively reduces the heat loss of the substrate to the extent that the substrate can be efficiently heated (possibly kept warm) from the viewpoint of thermal efficiency. It should be noted that it is only necessary that the internal atmosphere can be partitioned to such an extent that the internal atmosphere can be prevented, and it is not always necessary to strictly separate the internal atmosphere from another high-temperature atmosphere, for example, the atmosphere in the solder material supply chamber 16. It is. In the present embodiment, the adjustment chamber 1
Although 8 is shown as partitioning the solder material supply chamber 16 and each internal atmosphere to some extent, these may be connected in some cases in consideration of thermal efficiency.
【0054】このようなフローはんだ付け装置30を用
いるフローはんだ付け方法においては、実施形態1と同
様にしてはんだ材料供給ゾーン6にてはんだ材料を付着
させた後、基板ははんだ材料供給チャンバ16から調整
チャンバ18へと搬送されて、調整ゾーン8内に配置さ
れる。この調整ゾーン8は、基板に付着したはんだ材料
が完全に溶融している状態を確保するように、好ましく
ははんだ材料の融点以上、電子部品の耐熱温度未満の範
囲内の温度、例えば約220〜230℃の雰囲気ガスで
保たれている。この雰囲気ガスは、大気であってもよい
が、好ましくは窒素ガスである。In the flow soldering method using such a flow soldering apparatus 30, after the solder material is applied in the solder material supply zone 6 in the same manner as in the first embodiment, the substrate is removed from the solder material supply chamber 16. It is conveyed to the adjustment chamber 18 and arranged in the adjustment zone 8. This adjustment zone 8 is preferably provided with a temperature within the range of not less than the melting point of the solder material and less than the heat-resistant temperature of the electronic component, for example, about 220 to so as to ensure that the solder material attached to the substrate is completely melted. The atmosphere is kept at 230 ° C. This atmosphere gas may be air, but is preferably nitrogen gas.
【0055】その後、基板は調整チャンバ18から冷却
チャンバ17へ搬送されて冷却ゾーン7内に配置され、
実施形態1と同様に冷却される。この結果、はんだ材料
が凝固してフィレットを形成し、このフィレットにより
電子部品のリードと基板に形成されたランドとが電気的
および物理的に接合される。以上のようして、電子部品
がフローはんだ付けされた電子回路基板が作製される。Thereafter, the substrate is transferred from the conditioning chamber 18 to the cooling chamber 17 and placed in the cooling zone 7,
Cooling is performed as in the first embodiment. As a result, the solder material solidifies to form a fillet, and the fillet electrically and physically joins the lead of the electronic component to the land formed on the substrate. As described above, the electronic circuit board on which the electronic components are flow-soldered is manufactured.
【0056】本実施形態によれば、個々のはんだ接合部
内でのはんだ材料の温度分布ならびに基板全体でのはん
だ材料の温度分布を低減することができるので、急冷開
始温度のばらつきならびにはんだ材料の凝固時間のばら
つきをなくすことができ、これにより、リフトオフの発
生を更に低減することが可能となる。According to the present embodiment, the temperature distribution of the solder material in each solder joint and the temperature distribution of the solder material in the entire substrate can be reduced, so that the variation in the quenching start temperature and the solidification of the solder material can be achieved. Time variations can be eliminated, thereby making it possible to further reduce the occurrence of lift-off.
【0057】[0057]
【実施例】フローはんだ付け方法において、はんだの冷
却速度がリフトオフの発生率に及ぼす影響を調べた。上
述の実施形態1または2にて説明したフローはんだ付け
方法および装置を用い、種々の条件に従って電子回路基
板を作製した。EXAMPLE In the flow soldering method, the effect of the cooling rate of the solder on the rate of occurrence of lift-off was examined. Using the flow soldering method and apparatus described in the first or second embodiment, electronic circuit boards were manufactured according to various conditions.
【0058】各実施例の条件を以下の表1にまとめる。
表1において、実施例1および2は、冷却ゾーンをのみ
を用い、調整ゾーンを用いない上述の実施形態1のフロ
ーはんだ付け方法および装置に関し、実施例3〜8は、
冷却ゾーンおよび調整ゾーン(換言すれば、冷却チャン
バおよび調整チャンバ)の両方を用いる上述の実施形態
2に関する。全ての実施例について、鉛フリーのはんだ
材料としてSn−Ag−Bi系材料(融点約215℃)
を用いた。Table 1 below summarizes the conditions of each embodiment.
In Table 1, Examples 1 and 2 relate to the flow soldering method and apparatus of Embodiment 1 described above, which uses only the cooling zone and does not use the adjustment zone.
Embodiment 2 relates to the above-described Embodiment 2 using both the cooling zone and the conditioning zone (in other words, the cooling chamber and the conditioning chamber). For all examples, Sn-Ag-Bi material (melting point about 215 ° C) as a lead-free solder material
Was used.
【0059】[0059]
【表1】 [Table 1]
【0060】表1の各実施例1〜8について、はんだ材
料の冷却速度が50、100、200、300、40
0、および500℃/分でそれぞれ一定となるように、
適切な温度および流量等でガスを基板に吹き付けて冷却
しながらフローはんだ付けを実施することにより電子回
路基板を作製した。得られた電子回路基板より、リフト
オフの発生率を求めた。結果を表2に示す。For each of Examples 1 to 8 in Table 1, the cooling rate of the solder material was 50, 100, 200, 300, 40.
0 and 500 ° C./min to be constant,
An electronic circuit board was manufactured by performing flow soldering while cooling by blowing a gas onto the board at an appropriate temperature and flow rate. The rate of occurrence of lift-off was determined from the obtained electronic circuit board. Table 2 shows the results.
【0061】[0061]
【表2】 [Table 2]
【0062】表2より、全ての実施例において、冷却速
度が大きくなるにつれて、リフトオフの発生効率が減少
することがわかる。本発明のフローはんだ付け方法のよ
うに、はんだ材料を急速に冷却すると、具体的にははん
だ材料の冷却速度を200℃/分以上とすると、リフト
オフの発生が効果的に低減されることが確認できる。例
えば、冷却ゾーンのみを用いた実施例1の場合でも、は
んだ材料の冷却速度を200℃/分以上とすると、リフ
トオフの発生率を15%以下にすることができた。From Table 2, it can be seen that in all the examples, as the cooling rate increases, the efficiency with which lift-off occurs decreases. It has been confirmed that when the solder material is rapidly cooled as in the flow soldering method of the present invention, specifically, when the cooling rate of the solder material is set to 200 ° C./min or more, the occurrence of lift-off is effectively reduced. it can. For example, even in the case of Example 1 using only the cooling zone, when the cooling rate of the solder material was set to 200 ° C./min or more, the occurrence rate of lift-off could be reduced to 15% or less.
【0063】同じく表2より、冷却ゾーンのみを用いた
実施例1と、冷却ゾーンに加えて調整ゾーンを用いた実
施例3、5、および7(それぞれ調整ゾーンの温度 1
50、220、240℃)との結果を比較すると、同じ
大気雰囲気下であっても、実施例1よりも実施例3、
5、7の場合の方がリフトオフの発生率が低下すること
がわかる。尚、調整ゾーンを用いる実施例3、5、7の
うち、用いたはんだ材料の融点(約215℃)よりも調
整ゾーンの雰囲気温度が低い実施例3の場合、本実施例
では、調整ゾーンを出るまでに基板に付着したはんだ材
料が凝固し始めることはなく、よって、はんだ材料が実
質的に溶融状態に維持されていたものと考えられ得る。
尚、調整ゾーンの雰囲気温度がはんだ材料の融点よりも
低い場合、基板に付着したはんだ材料が溶融状態に維持
されるかどうかは、基板に供給する際のはんだ材料の温
度、基板の搬送速度および調整ゾーンの長さ等の条件に
依存するので、調整ゾーンが150℃の雰囲気を有して
いてもはんだ材料の溶融状態が必ず確保されるとは言え
ない点に留意されるべきである。更に、実施例3、5お
よび7の結果を比較すると、調整ゾーンの温度をより高
く保持した方が、リフトオフの発生率が低下していた。
特に、調整ゾーンを、鉛フリーはんだ材料として用いた
Sn−Ag−Bi系材料の融点(215℃)以上の温度
に保った実施例5および7の場合、はんだ材料の冷却速
度を200℃/分以上とすると、リフトオフの発生率を
8%以下にまで低下させることができた。これは、はん
だ材料の融点以上の温度を有する雰囲気に基板を通すこ
とにより、基板に付着したはんだ材料を溶融状態とする
ことを確実に確保することができることによると考えら
れ得る。As can be seen from Table 2, Example 1 using only the cooling zone, and Examples 3, 5, and 7 using the adjustment zone in addition to the cooling zone (each of the adjustment zone temperature 1
50, 220, and 240 ° C.), it can be seen that even under the same air atmosphere,
It can be seen that the rates of lift-off are lower in the cases of 5 and 7. In the third, fifth, and seventh embodiments using the adjustment zone, in the case of the third embodiment in which the atmosphere temperature of the adjustment zone is lower than the melting point (about 215 ° C.) of the solder material used, in this embodiment, the adjustment zone is The solder material attached to the substrate did not begin to solidify by the time it exited, and thus it can be considered that the solder material had been maintained in a substantially molten state.
When the temperature of the atmosphere in the adjustment zone is lower than the melting point of the solder material, whether the solder material attached to the substrate is maintained in a molten state depends on the temperature of the solder material when supplying the substrate, the transfer speed of the substrate, and It should be noted that, depending on conditions such as the length of the adjustment zone, even if the adjustment zone has an atmosphere of 150 ° C., the molten state of the solder material cannot always be guaranteed. Furthermore, comparing the results of Examples 3, 5, and 7, it was found that the higher the temperature of the adjustment zone was maintained, the lower the incidence of lift-off.
In particular, in the case of Examples 5 and 7 in which the adjustment zone was maintained at a temperature equal to or higher than the melting point (215 ° C.) of the Sn—Ag—Bi-based material used as the lead-free solder material, the cooling rate of the solder material was set to 200 ° C./min. By doing so, the incidence of lift-off could be reduced to 8% or less. It can be considered that this is because by passing the substrate through an atmosphere having a temperature equal to or higher than the melting point of the solder material, it is possible to reliably ensure that the solder material attached to the substrate is in a molten state.
【0064】また、大気雰囲気下で実施した実施例1、
3、5、および7に比べて、窒素雰囲気下で実施したこ
と以外は実施例1、3、5、および7とそれぞれ同様の
条件とした実施例2、4、6、および8のほうが、リフ
トオフの発生率が低下することがわかる。換言すれば、
フローはんだ付けを大気雰囲気下で実施するよりも、窒
素雰囲気下で実施するほうがリフトオフの発生率を低減
することができることがわかる。In Example 1, which was carried out in an air atmosphere,
Examples 2, 4, 6, and 8, which had the same conditions as Examples 1, 3, 5, and 7, respectively, except that they were performed in a nitrogen atmosphere, as compared with 3, 5, and 7, had a lift-off. It can be seen that the rate of occurrence of is reduced. In other words,
It can be seen that the rate of lift-off can be reduced by performing flow soldering in a nitrogen atmosphere rather than in an air atmosphere.
【0065】[0065]
【発明の効果】本発明によれば、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
付け方法であって、リフトオフの発生が効果的に低減さ
れる方法、ならびに該方法を実施するための装置が提供
される。According to the present invention, there is provided a flow soldering method for mounting an electronic component on a substrate using a lead-free solder material, wherein the occurrence of lift-off is effectively reduced. An apparatus is provided for performing the method.
【図1】 図1(a)は、本発明の1つの実施形態にお
けるフローはんだ付け装置の概略模式図であり、図1
(b)は、図1(a)のフローはんだ付け装置の部分模
式図であって、冷却チャンバの内部を示すものである。FIG. 1A is a schematic diagram of a flow soldering apparatus according to one embodiment of the present invention.
(B) is a partial schematic diagram of the flow soldering apparatus of FIG. 1 (a) and shows the inside of a cooling chamber.
【図2】 本発明の別の実施形態におけるフローはんだ
付け装置の概略模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram of a flow soldering apparatus according to another embodiment of the present invention.
【図3】 従来のフローはんだ付け装置の概略模式図で
ある。FIG. 3 is a schematic diagram of a conventional flow soldering apparatus.
【図4】 従来のフローはんだ付け方法によって作製さ
れた電子回路基板の概略部分断面図である。FIG. 4 is a schematic partial cross-sectional view of an electronic circuit board manufactured by a conventional flow soldering method.
1 矢印(搬送方向) 2 プリヒートユニット 3 はんだ材料供給ユニット 4 1次噴流ノズル 5 2次噴流ノズル 6 はんだ材料供給ゾーン 7 冷却ゾーン 8 調整ゾーン 9 プリヒートゾーン 12 ノズル(冷却ユニットの一部) 13 基板 16 はんだ材料供給チャンバ 17 冷却チャンバ 18 調整チャンバ 19 プリヒートチャンバ 20、30 フローはんだ付け装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Arrow (transfer direction) 2 Preheat unit 3 Solder material supply unit 4 Primary jet nozzle 5 Secondary jet nozzle 6 Solder material supply zone 7 Cooling zone 8 Adjustment zone 9 Preheat zone 12 Nozzle (part of cooling unit) 13 Substrate 16 Solder material supply chamber 17 Cooling chamber 18 Adjustment chamber 19 Preheat chamber 20, 30 Flow soldering equipment
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) // B23K 101:42 B23K 101:42 (72)発明者 酒井 良典 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Fターム(参考) 4E080 AA01 AB06 5E319 AA02 AB01 BB08 CC24 GG15──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) // B23K 101: 42 B23K 101: 42 (72) Inventor Yoshinori Sakai 1006 Kazama, Kazuma, Kazuma, Osaka Matsushita Electric F term in Sangyo Co., Ltd. (reference) 4E080 AA01 AB06 5E319 AA02 AB01 BB08 CC24 GG15
Claims (16)
を基板に実装するためのフローはんだ付け方法であっ
て、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、基板に付着したはん
だ材料を急速に冷却して凝固させるように、冷却ゾーン
にて基板を冷却ユニットにより冷却することを含む方
法。1. A flow soldering method for mounting an electronic component on a substrate using a lead-free solder material, wherein a molten solder material is adhered to a predetermined portion of the substrate in a solder material supply zone. And then cooling the substrate by a cooling unit in a cooling zone such that the solder material attached to the substrate is rapidly cooled and solidified.
0℃/分以上の冷却速度で冷却されるように、基板が冷
却ユニットにより冷却される、請求項1に記載の方法。2. The method according to claim 1, wherein the solder material is in a cooling zone.
The method according to claim 1, wherein the substrate is cooled by a cooling unit such that the substrate is cooled at a cooling rate of 0 ° C./min or more.
却を用いるユニットである、請求項1または2に記載の
方法。3. The method according to claim 1, wherein the cooling unit is a unit using gas cooling or liquid cooling.
却を用いるユニットである、請求項3に記載の方法。4. The method according to claim 3, wherein the cooling unit is a unit using gas cooling by nitrogen gas.
んだ材料を基板の所定の箇所に付着させた後で、かつ、
冷却ゾーンにて基板を冷却する前に、基板に付着したは
んだ材料が完全に溶融している状態を確保する温度の雰
囲気を有する調整ゾーンに基板を配置することを更に含
む、請求項1〜4のいずれかに記載の方法。5. In a solder material supply zone, after applying a molten solder material to a predetermined portion of a substrate, and
5. The method of claim 1, further comprising: before cooling the substrate in the cooling zone, placing the substrate in a conditioning zone having an atmosphere at a temperature that ensures that the solder material adhered to the substrate is completely melted. The method according to any of the above.
料の融点以上、電子部品の耐熱温度未満の範囲内の温度
である、請求項5に記載の方法。6. The method according to claim 5, wherein the temperature of the atmosphere in the adjustment zone is a temperature within a range from the melting point of the solder material to less than the heat-resistant temperature of the electronic component.
ある、請求項5または6に記載の方法。7. The method according to claim 5, wherein the atmosphere in the conditioning zone is a nitrogen gas atmosphere.
て凝固するはんだ材料における偏析現象が緩和される、
請求項1〜7のいずれかに記載の方法。8. The quenching of the solder material mitigates the segregation phenomenon in the solder material that adheres to the substrate and solidifies.
The method according to claim 1.
て凝固するはんだ材料の金属組織が微細化される、請求
項1〜8のいずれかに記載の方法。9. The method according to claim 1, wherein the quenching of the solder material reduces the metal structure of the solder material that adheres to the substrate and solidifies.
はんだ付け方法により基板を搬送しながら電子部品を基
板に実装するための装置であって、はんだ材料供給チャ
ンバ内に位置する基板に溶融したはんだ材料を供給して
基板の所定の箇所にはんだ材料を付着させるはんだ材料
供給ユニットと、はんだ材料供給チャンバよりも基板の
搬送方向下流に位置する冷却チャンバとを有して成り、
冷却チャンバにおいて、基板に付着したはんだ材料を急
速に冷却して凝固させるように、基板が冷却ユニットに
より冷却されることを特徴とする装置。10. An apparatus for mounting an electronic component on a substrate while transporting the substrate by a flow soldering method using a lead-free solder material, wherein the solder melted on the substrate located in a solder material supply chamber. A solder material supply unit that supplies a material and attaches a solder material to a predetermined portion of the substrate, and a cooling chamber that is located downstream of the solder material supply chamber in the transport direction of the substrate,
An apparatus, wherein a substrate is cooled by a cooling unit in a cooling chamber to rapidly cool and solidify a solder material attached to the substrate.
00℃/分以上の冷却速度で冷却されるように、基板が
冷却ユニットにより冷却される、請求項10に記載の装
置。11. The method according to claim 1, wherein the solder material is in a cooling chamber.
The apparatus according to claim 10, wherein the substrate is cooled by the cooling unit such that the substrate is cooled at a cooling rate of 00 ° C./min or more.
冷却を用いるユニットである、請求項10または11に
記載の装置。12. The apparatus according to claim 10, wherein the cooling unit is a unit using gas cooling or liquid cooling.
冷却を用いるユニットである、請求項12に記載の方
法。13. The method according to claim 12, wherein the cooling unit is a unit using gas cooling with nitrogen gas.
給チャンバと冷却チャンバとの間に位置する調整チャン
バを更に有して成り、調整チャンバ内の雰囲気が、基板
に付着したはんだ材料を完全に溶融している状態を確保
する温度を有する、請求項10〜13のいずれかに記載
の装置。14. An adjustment chamber located between a solder material supply chamber and a cooling chamber in a substrate transfer direction, wherein an atmosphere in the adjustment chamber completely melts the solder material attached to the substrate. Apparatus according to any of claims 10 to 13, having a temperature to ensure a state of operation.
んだ材料の融点以上、電子部品の耐熱温度未満の範囲内
の温度である、請求項14に記載の装置。15. The apparatus according to claim 14, wherein the temperature of the atmosphere in the conditioning chamber is a temperature within a range from a melting point of the solder material to less than a heat-resistant temperature of the electronic component.
囲気である、請求項14または15に記載の装置。16. The apparatus according to claim 14, wherein the atmosphere in the conditioning chamber is a nitrogen gas atmosphere.
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