JP4818181B2 - Solder paste, component mounting method and component mounting apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、半田ペースト、部品搭載方法及び部品搭載装置に関し、特に、チップ部品およびLSIパッケージ、LSI等の部品をはんだ(半田)接合により実装するために使用される半田ペーストと、その半田ペーストを使用する部品搭載方法と、その部品搭載方法を実施するための部品搭載装置に関する。 The present invention relates to a solder paste, a component mounting method, and a component mounting apparatus, and in particular, a solder paste used for mounting components such as chip components, LSI packages, and LSIs by solder (solder) bonding, and the solder paste. The present invention relates to a component mounting method to be used and a component mounting apparatus for performing the component mounting method.
一般的な部品搭載方法である表面実装方式では、チップ部品、LSIパッケージ等の表面実装部品(SMD:Surface Mount Device)を装着するため、まず、フラックス成分を含んだペースト状の半田をパッドあるいは接続端子と呼ばれる導電部分に塗布したプリント基板を用意し、チップマウンターという専用の装置でチップ部品等を装着する。その後、半田の融点に応じ、例えば高温炉内で250℃程度に加熱することで半田を溶融させ、チップ部品等をプリント基板上に半田接続させる。部品を半田接続した基板は、有機溶剤で洗浄し、有機酸や有機酸塩などのフラックス残渣を除去する。 In the surface mounting method, which is a general component mounting method, a surface mount component (SMD: Surface Mount Device) such as a chip component or LSI package is mounted. First, paste solder containing flux components is padded or connected. A printed circuit board coated on a conductive portion called a terminal is prepared, and chip components and the like are mounted using a dedicated device called a chip mounter. Thereafter, according to the melting point of the solder, for example, the solder is melted by heating to about 250 ° C. in a high-temperature furnace, and the chip component or the like is solder-connected on the printed board. The substrate on which the components are soldered is cleaned with an organic solvent to remove flux residues such as organic acids and organic acid salts.
そのような表面実装技術方式を用いることで、ピン挿入方式で必要だった基板のスルーホールが必要なくなり、部品の小型化、実装密度の増大、基板の小型化などが可能となった。また、多層基板では配線の自由度が高まった。 By using such a surface mounting technology method, the through hole of the substrate that was necessary in the pin insertion method is no longer necessary, and it is possible to reduce the size of components, increase the mounting density, and reduce the size of the substrate. In addition, the degree of freedom of wiring has increased in the multilayer substrate.
しかし、部品が小さくなり、半田による接続部分のギャップが狭くなってくると、部品と基板の隙間および部品間に付着したフラックス残渣を洗浄により除去することが難しくなる。 However, when the component becomes smaller and the gap between the connecting portions by solder becomes narrower, it becomes difficult to remove the gap between the component and the substrate and the flux residue adhering between the components by cleaning.
フラックス残渣が部品の金属端子間に残った場合、水分、温度、バイアス等の条件が加わることにより、フラックス残渣に含まれる金属の有機酸塩から金属が析出し、端子間をショートさせる危険性がある。また、フラックス残渣に含まれる有機酸により、半田接続部の金属や基板の金属が溶出し、同様に端子間が電気的にショートする危険性がある。 If flux residue remains between the metal terminals of the component, there is a risk that metal will precipitate from the organic acid salt of the metal contained in the flux residue due to conditions such as moisture, temperature, bias, etc., causing a short circuit between the terminals. is there. Further, the organic acid contained in the flux residue elutes the metal of the solder connection portion and the metal of the substrate, and there is a risk that the terminals are electrically short-circuited.
リフロー後にフラックス残渣が発生しない半田ペーストであれば、ショートの課題は解決可能である。しかし、半田ペーストにフラックス成分が含まれなければ、半田の表面の酸化膜や基板の銅の表面の酸化皮膜を除去出来なくなり、部品を半田接続することが不可能となる。 If the solder paste does not generate a flux residue after reflow, the problem of short circuit can be solved. However, if the solder paste does not contain a flux component, the oxide film on the solder surface and the oxide film on the copper surface of the substrate cannot be removed, and the components cannot be soldered.
還元性のある、例えば水素ガスをフラックスの代わりに用い、半田や銅の表面酸化膜を還元し、半田を溶融することで、フラックス無しで半田による接続を行うことができる。しかし、水素による還元は、300℃以上の高い温度を必要とするため、プリント基板のような耐熱性に劣る有機材料では、有機材料が燃えたり、分解したりしてしまうため用いることができない。 Reducing, for example, using hydrogen gas instead of flux, reducing the surface oxide film of solder or copper, and melting the solder, can be connected by solder without flux. However, since reduction with hydrogen requires a high temperature of 300 ° C. or higher, an organic material having poor heat resistance such as a printed circuit board cannot be used because the organic material burns or decomposes.
これに対し、還元性ガスとして蟻酸を使用して300℃より低い温度で半田の表面酸化膜を除去する方法が下記の特許文献1〜3等に開示されている。
On the other hand, a method for removing the surface oxide film of solder at a temperature lower than 300 ° C. using formic acid as a reducing gas is disclosed in the following
ところで、半田により小型の部品を表面実装する際に生じる問題としてマンハッタン現象がある。マンハッタン現象は、例えば抵抗素子、容量素子のように2端子を基板に半田付けする場合に、一方の端子側で溶融した半田の表面張力によって他方の端子が基板から浮き上がる現象であり、2つの端子それぞれの半田量の不均一差などが原因となって生じる。 Incidentally, the Manhattan phenomenon is a problem that occurs when a small component is surface-mounted by solder. The Manhattan phenomenon is a phenomenon in which when two terminals are soldered to a substrate, such as a resistance element and a capacitor element, the other terminal is lifted from the substrate by the surface tension of the molten solder on one terminal side. This is caused by unevenness in the amount of each solder.
本発明の目的とするところは、間隔が小さな部分を半田接合する際の信頼性を向上することができる半田ペースト、部品搭載方法及び部品搭載装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a solder paste, a component mounting method, and a component mounting apparatus capable of improving the reliability when soldering a portion having a small interval.
本発明の観点に従えば、半田ペーストは、第1温度で溶融する半田の微粉末と、常温で液体であり、その第1温度より低い第2温度で揮発し分解し始め、第1温度より高い第3温度を第1の時間で保持することにより分解を終える有機材料とを混成してなることを特徴とする。この場合、その有機材料は、分解温度の異なる複数の材料から構成されてもよい。 According to an aspect of the present invention, the solder paste is a fine powder of solder that melts at a first temperature and a liquid at room temperature, and begins to volatilize and decompose at a second temperature lower than the first temperature. It is characterized by being mixed with an organic material that can be decomposed by maintaining a high third temperature for a first time. In this case, the organic material may be composed of a plurality of materials having different decomposition temperatures.
本発明を用いることにより、半田ペーストを使用して部品を基体に実装する際に、半田ペーストから有機材料を徐々に除去することにより、半田ペースト内の半田の微粉末を急速に一体化させずに所謂マンハッタン現象の発生を防止するとともに、表面実装技術からフラックス洗浄を完全に除去することができる。特に小さな部品や電極ピッチの狭い部品に応用することで、従来難しかった接続の信頼性の向上が可能となる。 By using the present invention, when solder paste is used to mount a component on a substrate, the organic material is gradually removed from the solder paste so that the solder fine powder in the solder paste is not rapidly integrated. In addition, the so-called Manhattan phenomenon can be prevented and flux cleaning can be completely removed from the surface mounting technology. In particular, by applying to small parts and parts having a small electrode pitch, it is possible to improve connection reliability, which has been difficult in the past.
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図1は、半田ペーストの作成方法の一例を示す斜視図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a perspective view showing an example of a solder paste production method.
図1において、容器1内では、半田の微粉末3に分子量の異なる2種以上のポリブデン(polybuten:化学式(C4-H8)n)4を任意の比率で加え、練り、脱泡し、これにより、半田の微粉末3とポリブテン4を混練した半田ペースト2を作成する。
In FIG. 1, in the
半田の微粉末3は、例えば、粒径10〜38μm程度に形成されて2.5質量%の銀を含む銀錫(SnAg)であって、その融点(第1の温度)は221℃である。 The solder fine powder 3 is, for example, silver tin (SnAg) formed with a particle size of about 10 to 38 μm and containing 2.5% by mass of silver, and its melting point (first temperature) is 221 ° C. .
また、ポリブテン4は、イソブチレンを主体とする低重合体であってブテン−1が共重合した液状ポリマーであり、例えば、平均分子量300以下の第1のポリブテン((C4-H8)n1)と平均分子量分子量500程度の第2のポリブテン((C4-H8)n2)を5対1程度の比率で混合した材料を用いる。 The polybutene 4 is a low polymer mainly composed of isobutylene and is a liquid polymer obtained by copolymerization of butene-1, for example, a first polybutene ((C 4 -H 8 ) n1 ) having an average molecular weight of 300 or less. And a second polybutene ((C 4 -H 8 ) n2 ) having an average molecular weight of about 500 and a ratio of about 5 to 1 is used.
2種類を混合してなるポリブテン4は、半田の融点である第1温度T1よりも低い第2温度T2(T2<T1)であって常温T0より高い温度で分解を始め、さらに、第2温度T2から第1温度T1よりも高い第3温度T3(T3>T1)に昇温させる間に、分解、揮発して第3温度T3に達したと同時に、又は第3温度T3を所定時間保持した後に揮発を終えるというように、図2に示すように、少なくとも第2温度T2から第3温度T3に上昇する間に有機材料の総揮発量が増加する、即ち有機材料の揮発が続いているという性質を有している。 The polybutene 4 formed by mixing the two types starts to decompose at a second temperature T 2 (T 2 <T 1 ) lower than the first temperature T 1, which is the melting point of the solder, and higher than the room temperature T 0 , Further, while the temperature is raised from the second temperature T 2 to the third temperature T 3 (T 3 > T 1 ) higher than the first temperature T 1 , decomposition and volatilization occur and at the same time the third temperature T 3 is reached. , or a third temperature T 3 and so terminate the volatilization after holding for a predetermined time, the total volatile content of the organic material between as shown in FIG. 2, rising from at least a second temperature T 2 to the third temperature T 3 Is increased, that is, the organic material continues to volatilize.
ポリブテン4を半田の微粉末3に加え、練り、脱泡された後のその粘度を例えば100Pa・s〜250Pa・sとする。この場合、半田の微粉末3とポリブテン4は約90wt%、約10wt%の割合で混合され、又は、約50vol%ずつの割合で混合される。 The polybutene 4 is added to the solder fine powder 3, kneaded and defoamed, and its viscosity is, for example, 100 Pa · s to 250 Pa · s. In this case, the solder fine powder 3 and the polybutene 4 are mixed at a ratio of about 90 wt% and about 10 wt%, or are mixed at a ratio of about 50 vol%.
以上の半田ペースト2の作成工程では、半田の微粉末3に混合するポリブデン4を、平均分子量の異なる2種以上の有機材料で構成することにより分解温度を広くしているが、図2と同様に第2温度T2から半田の融点以上の第3温度T3までの半田リフロー温度上昇過程において、徐々に分解する液状有機材料であれば、複数の種類である必要はなく、しかもポリブデンに限定されるものではない。 In the above solder paste 2 production process, the decomposition temperature is widened by forming the polybuden 4 mixed with the solder fine powder 3 with two or more organic materials having different average molecular weights. In addition, it is not necessary to use multiple types of liquid organic materials as long as they gradually decompose in the process of increasing the solder reflow temperature from the second temperature T 2 to the third temperature T 3 above the melting point of the solder. Is not to be done.
以上の工程によって形成された半田ペースト2は、以下のような方法によってパターニングされて部品を接合させる。なお、部品は、半導体チップ、LSIパッケージ、電子部品、その他の半田により基板(基体)に実装され得る種々の部品を含んでいる。
The
図3(a)〜(f)は、本発明の実施形態に係る部品搭載方法について、半田を介して部品を基板上に装着するまでの工程を示している。 FIGS. 3A to 3F show a process until a component is mounted on a substrate via solder in the component mounting method according to the embodiment of the present invention.
まず、図3(a)に示すように、配線や導電性パッド等の金属パターン12a〜12dが形成された基板11を半田ペースト印刷用載置台10上に設置する。
First, as shown in FIG. 3A, a
続いて、図3(b)に示すように、基板11上の金属パターン12a〜12dのうちの部品接続領域に対応した位置に窓13a〜13dを有するメタルマスク14を用意する。そして、窓13a〜13dと金属パターン12a〜12dの部品接続領域が一致するようにメタルマスク14と基板11を位置合わせする。
Subsequently, as shown in FIG. 3B, a
続いて、図3(c)に示すように、上記した半田ペースト2をメタルマスク14上に供給し、その後に、常温の雰囲気中でスキージ15をメタルマスク14の上面に沿って摺動させる。これにより、メタルマスク14上の半田ペースト2はスキージ15の押し出しにより窓13a〜13dを通して金属パターン12a〜12d上に移される。
Subsequently, as shown in FIG. 3C, the
その後に、図3(d)、(e)に示すように、メタルマスク14を基板11から取り去ると、半田ペースト2は、窓13a〜13dと同じ形状の複数の半田ペースト層2a〜2dとなって金属パターン12a〜12dのそれぞれの上に残される。
Thereafter, as shown in FIGS. 3D and 3E, when the
その後に、図3(f)に示すように、例えば、抵抗素子、容量素子のような部品16(17)の第1の端子16a(17a)と第2の端子16b(17b)をそれぞれ異なる半田ペースト層2a、2b(2c、2d)上に載置する。この場合、部品16(17)は、半田ペースト2が持つ粘着性によって装着される。
After that, as shown in FIG. 3F, for example, the
以上のように部品16、17が載置された半田ペースト層2a〜2dは、図4に例示するリフロー装置を使用して接合される。
The
リフロー装置おいては、基板搬送板20による基板11の搬送方向に沿って加熱室21、溶融室22、冷却室23が配置され、それらの内部における基板搬送路の相互間にはシャッタ24a、24bが取り付けられていて溶融室22は気密可能になっている。また、加熱室21の基板搬入口と冷却室23の基板搬出口にはそれぞれシャッタ24c、24dが配置されているが、これらは必須のものではない。
In the reflow apparatus, a
加熱室21には、基板搬送路を囲む第1ヒータ25と、その内部に窒素ガスを供給する第1窒素ガス供給管26が配置されている。第1ヒータ25は、搬送中の基板11を室温からポリブデンの揮発温度付近まで加熱するように制御部40により制御される。
The
また、溶融室22には、基板搬送路を囲む第2ヒータ27と、その内部に窒素ガスを供給する第2窒素ガス供給管28と、蟻酸ガスを数十ppm〜数千ppmで内部に供給する蟻酸供給管29と、蟻酸供給管29よりも基板搬出口側に配置されて酸素を数約ppm〜数%で内部に供給するエア供給管30と、エア供給管30よりも基板搬出口側に配置されて蟻酸ガスを蟻酸ガス燃焼装置31に導入する第1蟻酸ガス吸収管32とを有している。なお、溶融室22内を減圧させる機構を設けてもよい。
The
上記の第1窒素ガス供給管26と第2窒素ガス供給管28は、不活性ガス供給部39に接続されている。
The first nitrogen
溶融室22の外部において、蟻酸ガス発生部33から蟻酸供給管29に供給される蟻酸ガスの流量と、エア吹き込み部34からエア供給管30に供給される空気の流量と、第2ヒータ27の温度と、第1蟻酸ガス吸収管32を介した蟻酸ガス燃料装置31による蟻酸吸収量はそれぞれ制御部40によって制御される。
Outside the
さらに、冷却室23には、基板搬送路を囲む冷却温度調整器(ヒータ)35と、溶融室22寄りの領域で基板11から発生する蟻酸を回収する第2蟻酸ガス吸収管36とが設けられている。第2蟻酸ガス吸収管36は、蟻酸ガス燃焼装置31に接続され、制御部40によりその蟻酸吸収量は制御される。また、冷却用温度調整器35の温度は、制御部40により調整される。なお、冷却室23内にも不活性ガスとして窒素ガスを導入してもよい。
Further, the cooling
なお、加熱室21、溶融室22及び冷却室23を別々に3室から構成しているが、それらの機能を併せ持った1室で構成してもよい。
In addition, although the
そのような半田リフロー装置は、制御部40により図5に示すような温度分布とガス導入シーケンスによって基板11の温度が制御され、その雰囲気が変更される。
In such a solder reflow apparatus, the temperature of the
まず、上記のように半田ペースト層2a〜2d上に部品16,17が搭載された基板11を基板搬送板20上に乗せた後に、不活性ガスである窒素ガスに満たされた加熱室21の基板搬入口からシャッタ24cを開いて基板搬送板20を搬入する。
First, after the
その基板搬入口で基板11は室温となっているが、基板搬送板20により内部に搬送されるにつれて第1ヒータ25により温度が上昇して半田の融点T1より低い第2の温度T2、例えば160℃まで加熱される。
Although the
その後、制御部40によりシャッタ24aを開き、基板搬送板20によって基板11を溶融室22内に搬送する。窒素ガスが導入されている溶融室22内ではさらに蟻酸供給管29から蟻酸ガスが導入されて基板11が蟻酸ガス含有雰囲気に曝されることになる。これにより、第2温度T2に加熱された基板11上の半田ペースト層2a〜2d及び金属パターン12a〜12dは蟻酸による表面の還元が開始される。
Thereafter, the
さらに、基板搬送板20が溶融室22内を進むと、基板11は第2ヒータ27の熱により徐々に温度が上昇し、溶融室22内への搬入開始から例えば4分経過した時点で基板温度を半田の融点(第1温度)T1、例えば221℃に到達する。さらに、第2ヒータ27は、内部温度を半田の融点T1から急上昇させて融点より高い第3温度T3、例えば250℃まで基板温度を上げてこれを約1分間保持する。そして、溶融室22の基板搬出口に基板11が到達する前に、蟻酸ガスの導入を停止し、さらに、エア導入供給管30から溶融室22内に酸素を導入し、その後に、冷却室23との間のシャッタ24bを開いて基板11を冷却室23に搬入する。その間での溶融室22内の蟻酸の濃度は数十ppm〜数千ppmとする。
Further, when the
以上のような加熱室21及び溶融室22内における第1、第2ヒータ25,27による温度制御と、雰囲気のガス制御を行うことにより、半田ペースト層2a〜2d内の半田の微粉末3とポリブテン4は図6に示すように変化して半田の微粉末3をリフローする。
By performing the temperature control by the first and
即ち、図6において、まず、加熱室21内での加熱により半田ペースト層2a〜2d中の平均分子量300程度のポリブデンは第2温度T2、例えば160℃に達した時点で分解及び揮発が始まる。さらに、隣の溶融室22内でも、基板11の温度が第1温度T1に達する4分の間に、平均分子量30のポリブデンは分解及び揮発を続ける。その4分間の初期において蟻酸供給管29から蟻酸ガスを溶融室22内に噴霧し、ポリブデンの揮発により生じた半田の微粉末3の隙間に蟻酸を浸透させて還元する。
That is, in FIG. 6, first, decomposition and volatilization of polybudene having an average molecular weight of about 300 in the solder paste layers 2a-2d by heating in the
続いて、基板11の温度が第1温度T1まで加熱されると、平均分子量300程度のポリブデンはさらに揮発して殆ど無くなる。
Subsequently, when the temperature of the
このように、平均分子量300のポリブデンの揮発量が増すにつれて半田の微粉末3の露出量は増す。 Thus, the exposure amount of the fine solder powder 3 increases as the volatilization amount of the polybudene having an average molecular weight of 300 increases.
そして、基板11の温度が第1温度T1、即ち半田の融点に達すると半田の微粉末3が溶けて互いに繋がり始め、さらに、基板11の温度が第1温度T1から第3温度T3に上昇する間に、今度は平均分子量500程度のポリブデンが分解し、揮発し始め、その量が増すにつれて、蟻酸ガスにより半田の微粉末3がさらに還元されるとともに溶融により繋がる量が増え、ついに基板11の温度が第3温度T3に達し、その後の所定時間、例えば1分間で、平均分子量500程度のポリブデンが分解、揮発して殆ど消滅する。
When the temperature of the
さらに、第3温度T3を1分間保持する時間の終わりに、エア供給管30から酸素を導入することにより残りのポリブデンの揮発とその後の分解を加速させる。
Further, at the end of the time for holding the third temperature T 3 for 1 minute, oxygen is introduced from the
その後に、さらにエア供給管30から清浄なエア等を基板11に吹き付けることにより、基板11を冷却するとともに蟻酸ガスを霧散させる。
その後に、溶融室22の基板搬出口のシャッタ24bを開いて、基板搬送板20を冷却室23に移動する。ここでも、基板搬送板20上の基板11の上に残された蟻酸ガスは第2蟻酸ガス吸収管36により排除される。ここでも、エア供給管30から清浄なガスを基板11に吹き付けてもよい。
Thereafter, clean air or the like is further blown from the
Thereafter, the
これにより溶融した半田の微粒子3は、冷却温度調整器35により冷却され、凝固点を通過してさらに温度が低下して一体化して略ボール状になる。その後に、冷却室23の基板搬出口側のシャッタ24dを開いて基板搬送板20の移動により基板11を外に搬出する。
The molten solder fine particles 3 are cooled by the cooling
ところで、蟻酸は、110℃以上でガス化し、ガス化すると150℃程度と低い温度でも還元性を示す。従って、基板11が有機材料から構成されていても還元雰囲気の形成により基板11が燃えたり分解したりすることはない。これにより、300℃以下の温度で還元性ガスとして使うことが可能である。
By the way, formic acid gasifies at 110 ° C. or higher, and when gasified, it exhibits reducing properties even at a low temperature of about 150 ° C. Therefore, even if the
また、上記のようにフラックス性を有しない有機材料であるポリブデン4により半田の微粉末3と混練した粘着性を有する半田ペースト2を用いて、チップ部品6,7等を基板11に装着するとともに還元性を持つ蟻酸ガス中で半田の微粉末3をリフローすることで、フラックス残渣無く、基板11の耐熱性の範囲内で部品16,17を基板11上の金属パターン12a〜12dに接続することが可能となる。
Further, the chip parts 6, 7 and the like are mounted on the
また、本実施形態に係る半田ペースト2は、半田の融点以下で分解及び揮発を開始するポリブデン、即ち有機材料を用いているため、半田の融点以上の温度で任意の時間保持することにより、有機材料は完全に分解し、半田接続部に残渣が残らないことになる。
In addition, since the
このように、蟻酸ガスは、ガス状のフラックスの役目を持ち、半田ペーストはチップ部品の接続部に半田を供給するとともに仮止めする役目を持つ。蟻酸ガスを有機材料が分解を発する第1温度T1近傍で噴霧し、有機材料であるポリブデンが部分的に揮発した隙間から蟻酸ガスを徐々に浸透させ半田の微粉末3と基板11の金属パターンの表面に蟻酸ガスを触れさせ、両者の酸化皮膜を還元させることで、良好な半田濡れ性を実現出来る。
As described above, the formic acid gas serves as a gaseous flux, and the solder paste serves to temporarily fix the solder while supplying the solder to the connection part of the chip component. The formic acid gas is sprayed in the vicinity of the first temperature T 1 at which the organic material decomposes, and the formic acid gas is gradually infiltrated through the gap where the organic material polybutene is partially volatilized to form the solder fine powder 3 and the metal pattern of the
また、シャッタ24bを開いて、第3温度T3に加熱された基板11を溶融室22から冷却室21に搬送する前に、エア供給管30から酸素を溶融室22内に導入すると、基板11上の残された有機材料であるポリブデンはさらに分解が加速される。
Further, when oxygen is introduced into the
冷却室23に搬入された基板11は、温度調整器35によって第3温度T3から降温され、凝固温度を通過して120℃程度まで急速に冷却され、さらに110℃まで徐々に温度が低下される。このようなリフロー処理により部品16,17と金属パターン12a〜12dは半田により接合される。
The
上記のように半田のリフロー工程において、有機材料であるポリブテンを半田ペースト層12a〜12dから融点以上の第3温度T3に達するまで徐々に揮発させることにより半田の微粒子3を徐々に露出させて徐々に還元且つ一体化するようにしたので、半田の微粉末3の急速な一体化が避けられ、これによりマンハッタン現象が防止される。
In solder reflow process as described above, gradually exposing the solder particles 3 by gradually volatilizing the polybutene is an organic material from the
即ち、炉を用いた加熱の途中で、ポリブテンが急速に揮発してしまうと、部品の端子間で半田の濡れ広がるタイミングが僅かに異なることがある。例えばチップコンデンサーの両端電極で、片方の半田濡れ広がりがもう一方に比べて早い場合、先に濡れた端子の半田の表面張力で所謂マンハッタン現象が生じ、部品が垂直にたってしまうことがある。 That is, if the polybutene volatilizes rapidly during the heating using the furnace, the timing at which the solder spreads between the terminals of the components may be slightly different. For example, when the solder wetting and spreading of one end of the chip capacitor is faster than that of the other end, the so-called Manhattan phenomenon may occur due to the surface tension of the solder of the previously wetted terminal, and the component may be vertically stacked.
この表面張力の時間差を抑えるために、分子量が大きく、揮発温度が高く、さらに分解時間の長いポリブテンを使用する。もちろん、1種類の分子量のポリブテンで任意の温度と時間のプロファイルをカバーすることも可能である。 In order to suppress this time difference in surface tension, polybutene having a large molecular weight, a high volatilization temperature, and a long decomposition time is used. Of course, it is possible to cover any temperature and time profile with a single molecular weight polybutene.
また、本実施形態に係る半田ペースト2は、半田の融点以下で分解し揮発を開始する有機材料を用い、半田の融点以上の温度で任意の時間保持することにより、有機材料は完全に分解するようにしているので、半田接続部に残渣が残らない。
In addition, the
なお、半田ペースト2のパターンの形成は、図3に示すような印刷による他に、ディスペンスの手法で金属パターン12a〜12d上に塗布してもよい。
The pattern of the
ところで、図7に示すように、加熱室21から溶融室22に基板11を搬入し、蟻酸噴霧の後に、基板11の温度を連続して急速に第3温度T3、例えば250℃以上に上昇させ、第3温度T3を長い時間保ってもよい。これによっても上記と同様に、マンハッタン現象の発生は防止され、半田接合部分の清浄化が図れる。
By the way, as shown in FIG. 7, the
次に、本発明の実施形態の特徴を付記する。 Next, features of the embodiment of the present invention will be added.
(付記1)第1温度で溶融する半田の微粉末と、常温で液体であり、前記第1温度より低い第2温度で揮発し分解し始め、前記第1温度より高い第3温度を第1の時間で保持することにより分解を終える有機材料とを混成してなることを特徴とする半田ペースト。
(付記2)前記有機材料は、分解温度の異なる複数の材料からなることを特徴とする付記1に記載の半田ペースト。
(付記3)前記第2温度は、常温よりも高いことを特徴とする付記1に記載の半田ペースト。
(付記4)付記1乃至付記3のいずれかに記載の半田ペーストを介して部品を搭載した基体を、不活性ガスが導入された不活性ガス含有雰囲気内で前記第2温度に昇温して前記半田ペースト内の前記有機材料の分解を進める工程と、蟻酸蒸気を含む蟻酸含有雰囲気内に前記第2温度の前記基板を設置する工程と、前記蟻酸含有雰囲気で前記基体を前記第3温度よりも高い温度に上げて前記第1の時間以上の時間で保持して前記有機材料を除去するために分解するとともに前記半田の前記微粉末を溶融して一体化する工程と、前記基体を前記第2温度以下に下げて前記半田を冷却する工程とを有することを特徴とする部品搭載方法。
(付記5)前記第3温度から前記第2温度以下に前記基体を冷却する温度は蟻酸の沸点以上であって、前記半田を冷却する雰囲気は前記蟻酸を前記基体上から除去する冷却雰囲気であることを特徴とする付記4に記載の部品搭載方法。
(付記6)前記冷却雰囲気内には清浄な空気が導入されることを特徴とする付記5に記載の部品搭載方法。
(付記7)前記蟻酸含有雰囲気内には、不活性ガスが導入されることを特徴とする付記4乃至付記6のいずれかに記載の部品搭載方法。
(付記8)前記蟻酸含有雰囲気は減圧されることを特徴とする付記4乃至付記7のいずれかに記載の部品搭載方法。
(付記9)前記基体を前記第2温度以下に下げる工程は、前記第2温度より低く且つ前記蟻酸の沸点以上の範囲において前記基体上から蟻酸を除去する工程を含むことを特徴とする付記4乃至付記7のいずれかに記載の部品搭載方法。
(付記10)前記基体を前記第2温度以下に下げる工程は、減圧雰囲気において前記基体上から蟻酸を除去する工程を含むことを特徴とする付記4乃至付記7のいずれかに記載の部品搭載方法。
(付記11) 前記基体を前記第3温度に前記第1の時間又はそれ以上保持した後に、前記基体を酸素含有雰囲気にさらすことを特徴とする付記4乃至付記10のいずれかに記載の部品搭載方法。
(付記12)前記基体を前記第2温度から前記第3温度に上げる間に前記基体の温度を時間的に連続させて変化させることを特徴とする付記4乃至付記11のいずれかに記載の部品搭載方法。
(付記13)前記基体を前記第2温度から前記第3温度に上げる間にステップ状に前記基体を温度変化させることを特徴とする付記4乃至付記11のいずれかに記載の部品搭載方法。
(付記14)付記1乃至付記3のいずれかに記載の半田ペーストが部品接続領域に供給された基体を前記第2温度に上昇させる第1ヒータを有しかつ不活性ガスが導入される第1領域と、前記第1領域から前記基体を搬送し且つ前記基体を蟻酸蒸気を含む蟻酸含有雰囲気に曝すとともに、前記基体を前記第3温度よりも高い温度に上げて前記第1の時間以上の時間で保持する第2ヒータを有する第2領域と、前記基体を前記第2温度以下に下げて前記半田を冷却する温度調整器を有する第3領域とを有することを特徴とする部品搭載装置。
(付記15)前記第1領域と前記第2領域と前記第3領域は、同じ室内に配置されることを特徴とする付記14に記載の部品搭載装置。
(付記16)前記第2領域は、前記第1領域と前記第3領域から密閉可能に配置されることを特徴とする付記14に記載の部品搭載装置。
(付記17)前記第2領域は、前記第3領域寄りにエア導入手段が設けられていることを特徴とする付記14乃至付記16のいずれかに記載の部品搭載装置。
(付記18)前記第2領域には、前記第3領域寄りに蟻酸吸収手段が接続されていることを特徴とする付記14乃至付記17のいずれかに記載の部品搭載装置。
(付記19)前記第3領域には、蟻酸吸収手段が接続されていることを特徴とする付記14乃至付記18のいずれかに記載の部品搭載装置。
(Supplementary Note 1) Solder fine powder that melts at a first temperature and liquid at room temperature, starts to volatilize and decompose at a second temperature lower than the first temperature, and a third temperature higher than the first temperature is set to the first temperature. Solder paste characterized by being mixed with an organic material that can be decomposed by holding for a period of time.
(Supplementary note 2) The solder paste according to
(Supplementary note 3) The solder paste according to
(Appendix 4) The substrate on which the component is mounted via the solder paste according to any one of
(Supplementary Note 5) The temperature at which the base is cooled from the third temperature to the second temperature or lower is equal to or higher than the boiling point of formic acid, and the atmosphere for cooling the solder is a cooling atmosphere for removing the formic acid from the base. The component mounting method according to Supplementary Note 4, wherein:
(Supplementary note 6) The component mounting method according to supplementary note 5, wherein clean air is introduced into the cooling atmosphere.
(Supplementary note 7) The component mounting method according to any one of supplementary notes 4 to 6, wherein an inert gas is introduced into the formic acid-containing atmosphere.
(Supplementary note 8) The component mounting method according to any one of supplementary notes 4 to 7, wherein the formic acid-containing atmosphere is decompressed.
(Supplementary Note 9) The step of lowering the substrate to the second temperature or lower includes a step of removing formic acid from the substrate in a range lower than the second temperature and not lower than the boiling point of the formic acid. Or the component mounting method according to any one of appendix 7.
(Supplementary note 10) The component mounting method according to any one of supplementary notes 4 to 7, wherein the step of lowering the substrate to the second temperature or less includes a step of removing formic acid from the substrate in a reduced pressure atmosphere. .
(Supplementary note 11) The component mounting according to any one of supplementary notes 4 to 10, wherein the substrate is exposed to an oxygen-containing atmosphere after the substrate is held at the third temperature for the first time or longer. Method.
(Supplementary note 12) The component according to any one of Supplementary notes 4 to 11, wherein the temperature of the base is changed continuously over time while the base is raised from the second temperature to the third temperature. Mounting method.
(Supplementary note 13) The component mounting method according to any one of supplementary notes 4 to 11, wherein the temperature of the base is changed stepwise while the base is raised from the second temperature to the third temperature.
(Supplementary Note 14) A first heater having a first heater that raises the substrate, to which the solder paste according to any one of
(Supplementary note 15) The component mounting apparatus according to
(Supplementary note 16) The component mounting apparatus according to
(Supplementary note 17) The component mounting apparatus according to any one of
(Supplementary note 18) The component mounting apparatus according to any one of
(Supplementary note 19) The component mounting apparatus according to any one of
1 容器
2 半田ペースト
2a〜2d 半田ペースト層
3 半田の微粉末
4 ポリブテン(有機材料)
11 基板
12a〜12d 金属パターン
16、17 部品
20 基板搬送板
21 加熱室
22 溶融室
23 冷却室
31 蟻酸ガス燃焼装置
34 エア吹き込み部
33 蟻酸ガス発生部
39 不活性ガス供給部
40 制御部
DESCRIPTION OF
11
Claims (5)
常温で液体であり、前記第1温度より低い第2温度で揮発し分解し始め、前記第1温度より高い第3温度を第1の時間で保持することにより分解を終える有機材料と
を混成してなることを特徴とする半田ペースト。 A fine solder powder that melts at a first temperature;
It is mixed with an organic material that is liquid at normal temperature, starts to volatilize and decompose at a second temperature lower than the first temperature, and finishes decomposition by maintaining a third temperature higher than the first temperature for a first time. Solder paste characterized by
蟻酸蒸気を含む蟻酸含有雰囲気内に前記第2温度の前記基板を設置する工程と、
前記蟻酸含有雰囲気で前記基体を前記第3温度よりも高い温度に上げて前記第1の時間以上の時間で保持して前記有機材料を除去するために分解するとともに前記半田の前記微粉末を溶融して一体化する工程と、
前記基体を前記第2温度以下に下げて前記半田を冷却する工程と
を有することを特徴とする部品搭載方法。 A substrate on which a component is mounted via the solder paste according to claim 1 or 2 is heated to the second temperature in an inert gas-containing atmosphere into which an inert gas is introduced, and A step of proceeding decomposition of the organic material;
Placing the substrate at the second temperature in a formic acid-containing atmosphere containing formic acid vapor;
In the formic acid-containing atmosphere, the base is raised to a temperature higher than the third temperature and held for a time equal to or longer than the first time to decompose to remove the organic material and melt the fine powder of the solder And integrating them,
And cooling the solder by lowering the substrate to the second temperature or lower.
前記第1領域から前記基体を搬送し且つ前記基体を蟻酸蒸気を含む蟻酸含有雰囲気に曝すとともに、前記基体を前記第3温度よりも高い温度に上げて前記第1の時間以上の時間で保持する第2ヒータを有する第2領域と、
前記基体を前記第2温度以下に下げて前記半田を冷却する温度調整器を有する第3領域と
を有することを特徴とする部品搭載装置。 A first region having a first heater for raising the substrate to which the solder paste according to claim 1 or 2 is supplied to the component connection region to the second temperature and into which an inert gas is introduced;
The substrate is transported from the first region and the substrate is exposed to a formic acid-containing atmosphere containing formic acid vapor, and the substrate is raised to a temperature higher than the third temperature and held for a time equal to or longer than the first time. A second region having a second heater;
And a third region having a temperature regulator for cooling the solder by lowering the substrate to the second temperature or lower.
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