(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
錫に配合されることにより共晶合金を形成する金属成分（但し鉛を除く）と錫とからなり錫及び該金属成分以外の他金属の含有量が０．１wt％以下である二元ハンダを雰囲気から遮断しながら加熱溶融してハンダ付けする母材上に送出するノズル装置と、該ノズル装置から送出される溶融ハンダ及び母材の周囲に非酸化性ガスを供給するガス供給部材と、前記母材に振動エネルギーを与えるための振動子とを有することを特徴とするハンダ付け装置。
【請求項２】
前記ノズル装置は、加熱溶融した前記二元ハンダに弾性波を発振してハンダ液滴を生じる発振器を有する請求項１記載のハンダ付け装置。
【請求項３】
前記振動子は、前記ノズルに付設される請求項１記載のハンダ付け装置。
【請求項４】
前記発振器が発振する弾性波の周波数は、１５ｋＨｚ〜３０ｋＨｚである請求項２に記載のハンダ付け装置。
【請求項５】
前記金属成分が銀、ビスマス、インジウム及び銅からなる群より選択され、酸素含有量が１００ppm以下であるハンダを前記二元ハンダとして用いる請求項１〜４のいずれかに記載のハンダ付け装置。
【請求項６】
実質的に錫と亜鉛とからなるハンダを前記二元ハンダとして用い、樹脂又はセラミック製の基板に設けられた配線を前記母材とするハンダ付けに適用するための請求項１〜４のいずれかに記載のハンダ付け装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、装置部品等の接合に用いられるハンダ付け方法及びハンダ付け装置に関する。詳細には、電子部品を搭載する回路基板、プリント配線等の製造に適用可能で、鉛を含有しないハンダを使用したハンダ付けに適したハンダ付け方法及びハンダ付け装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ハンダ付けは、融点が低い物質を用いて物体同士を接合する技術であり、古くから用いられ、その起源は古代メソポタミア文明に遡ることができると言われている。現代の産業において、ハンダ付けは電子機器の接合に幅広く使用され、例えば、実装基板においては、半導体、マイクロプロセッサー、メモリー、抵抗などの電子部品を基板に実装するための接合等に用いられている。その長所は、部品を基板に固定するだけでなく、ハンダに含まれる金属の導電性により電気的接続が形成されることであり、この点において有機系の接着剤と異なる。
【０００３】
一般的に用いられるハンダは、錫と鉛による共晶ハンダで、その共晶点が１８３℃であり、アルミニウムや銅などの板材等の接合に用いられる。ハンダ付けする金属母材の融点よりも低いばかりでなく、多くの熱硬化性樹脂がガス化を始める温度よりも低いという特徴を有している。また、この共晶ハンダは、錫成分が銅板の界面で特有の金属間化合物層を形成し、ハンダと銅の接着力をより強固にすることも知られている。このような特徴を備えた錫と鉛による共晶ハンダ以外に、錫と亜鉛とのハンダ、銀と亜鉛とのハンダなどの使用が試みられているが、濡れ性が悪く接合が難しいために、実用化されていない。
【０００４】
上記のように、電子機器の製造においてハンダによる接合は依然として重要なものである。このような状況において、今日、パーソナルコンピューター、携帯電話やページャーなどに代表されるパーソナル機器の急激な普及が進むにつれ、電子部品の実装技術におけるハンダの需要は益々増大している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
電子機器の普及は、人々の生活を豊かにしている。しかし、その反面、使用しなくなった電子機器が多量に廃棄されていることも事実であり、廃棄物により環境汚染が起きることが危ぶまれている。このため、廃棄物のリサイクル使用や有害性の高い物質を用いない製造方法が提唱されている。特に、有害性の高い物質の排除は、環境汚染を未然に防ぐという観点から望ましく、ハンダによる接合技術においても開発の必要がある。
【０００６】
錫と鉛を用いた共晶ハンダは、鋼板に対する濡れ性が他の金属混合物よりも優れているという特質を有するが、このハンダに含まれる鉛は毒性を有しており、廃棄された電子機器を埋め立て処分した場合、長年に渡って酸性雨などに晒されることにより鉛イオンが土壌中へ溶出することが懸念される。これを解決するために、鉛を固定化する技術が提案されているが、土中への拡散について長期にわたる十分なデータが得られていない。さらに、最近のメモリ素子の高密度化に従い、鉛の放射線（α線）による電子機器の損傷がクローズアップされている。半導体装置における高密度実装への対応の面からも鉛の使用に対して見直しが必要となっている。
【０００７】
このような状況から、鉛を含まないハンダを用いた接合技術が必要とされている。ところが、鉛を他の金属に代えたハンダや別の金属の組合せによるハンダは、高温による母材への悪影響を避けられるほどハンダ付け温度を低くすることが困難であり、濡れ性が非常に劣り接合する母材に対して満足に付着しないといった問題を有するために、半導体実装のような微細なハンダ処理はおろか一般的なハンダ接合にも使用は難しい。特に、錫及び亜鉛を用いたハンダにおいては、問題点が多すぎるためにエレクトロニクス実装での実用化は無理と考えられている（竹本  正：「接合サイエンスからみたＰｂフリーソルダ」、第５回環境対応実装技術フォーラム講演集（１９９７年５月１４日）参照）。
【０００８】
厚膜形成、導体回路形成及び半導体実装のような微細なハンダ付け処理に鉛を含まないハンダの使用を可能とするために、ハンダ粉末とフラックスとを混合したペースト状のソルダーペーストを用いたスクリーン印刷方式等が提案されている。しかし、ソルダーペーストに用いられるフラックスは、有機化合物、無機化合物及び樹脂に大別されるが、有機化合物又は樹脂が用いられる場合には、有機酸、アミノ基のハロゲン塩及び有機酸塩等が活性成分として添加され、無機化合物の場合には、ハロゲン化アンモニウム、ハロゲン化亜鉛、ハロゲン化錫、燐酸、ハロゲン化水素酸等が添加されることが多い。このような添加物は金属を腐食させる作用を有するため、ソルダーペーストをリフローした後のフラックス残渣による腐食の検査が必要になる。又、フラックスを除去するためにペーストを加熱した際に気化した有機物の処理等が必要であるという問題もある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明者らは、廃棄物中の鉛による環境汚染をなくすために、鉛を用いない汎用性の高い金属によるハンダを用いたハンダ付けについて鋭意研究を重ねた結果、ハンダの状態を適切に調整することによりハンダ付け温度を低下させることができ、ハンダ付けする母材及び溶融ハンダを適切な状態におくことによりハンダの濡れ性を飛躍的に改善することが可能であることを見出し、本発明のハンダ付け方法及びハンダ付け装置を成すに至った。
【００１６】
本発明のハンダ付け装置は、錫に配合されることにより共晶合金を形成する金属成分（但し鉛を除く）と錫とからなり錫及び該金属成分以外の他金属の含有量が０．１wt％以下である二元ハンダを雰囲気から遮断しながら加熱溶融してハンダ付けする母材上に送出するノズル装置と、該ノズル装置から送出される溶融ハンダ及び母材の周囲に非酸化性ガスを供給するガス供給部材と、前記母材に振動エネルギーを与えるための振動子とを有するものである。
【００１７】
上記ハンダ付け装置は、実質的に錫と亜鉛とからなるハンダを二元ハンダとして用い、樹脂又はセラミック製の基板に設けられた配線を母材とするハンダ付けに適用する。
【００１９】
上記構成に従って、ハンダに含まれる酸素及び蝋合金を形成する成分以外の金属成分を減少させることにより、溶融ハンダと母材とを接触させるハンダ付け温度、即ち、ハンダを加熱溶融する温度を液相線温度近辺まで低下させることが可能となる。溶融ハンダと母材とを接触させる環境を非酸化性とすることにより溶融ハンダの濡れ性が良好に維持され、振動エネルギーの供給による母材の表面状態の改善によって溶融ハンダと母材表面との接触性が高められることにより、ハンダと母材との濡れ性が改善され、鉛を用いることなく汎用性の高い金属を用いたハンダによる微細なハンダ付けが可能となる。従って、ハンダを用いた製品の廃棄物中の鉛による環境汚染が防止され、又、製品の製造工程においてフラックスを使用せずにハンダ付け処理を行うことが可能となる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
ハンダは、用いる金属の種類及び組合せによって様々の種類があり、溶融温度によって軟鑞と硬鑞とに分類することができる。一般的に用いられるハンダは、錫と鉛との共晶組成物からなる軟鑞（狭意においてこれをハンダと称することもあるが、本願においては金属を含有する低融点の接合材をハンダと称する）であり、銅などの金属板材の接合を始めとして様々な金属部材の接合に用いられる。
【００２１】
母材を溶融ハンダに浸漬してハンダ付けを行う際の溶融ハンダの温度（ハンダ付け温度と称する）は、理論的には液相線温度以上であれば良いはずであるが、従来においては、ハンダの液相線温度より５０℃程度高い温度が目安とされており、これより低い温度でのハンダ付けは難しいとされていた。この目安に従えば、Ｓｎ−９Ｚｎ共晶ハンダのハンダ付け温度は２５０℃前後、Ｓｎ−３．５Ａｇ共晶ハンダでは２７０℃程度となり、錫／鉛ハンダのハンダ付け温度より高く、ハンダ付けする母材に悪影響を与え易い。特に、プリント基板のような電子部品の接合に用いるには高すぎる。このため、ハンダ付け温度を低下させるために、様々な第３成分の添加が提案されているが、実用に不利な問題が生じたり、ハンダ付け温度の低下が十分に得られない。このようなことが、鉛を含有しない汎用的なハンダの実用化は無理とされていた理由の１つである。
【００２２】
又、鉛はハンダに濡れ性を与える成分であるので、錫と亜鉛とによるハンダや銀と亜鉛とのハンダなどのような鉛を含有しないハンダは濡れ性に劣り母材に付着し難いため、実用には適さないと考えられていた。特に、錫と亜鉛とによるハンダの濡れ性は、ハンダ付けの実用化は無理とされるほど低いものである。つまり、濡れ性の低さも実用化を阻む理由の１つである。
【００２３】
本発明は、錫を含有する二元系ハンダにおいて、実質的に他金属を含有せず含有酸素を減少させることを特徴とし、これにより、ハンダの溶融温度を液相線温度に近づけることができる。更に、ハンダ付けする雰囲気中の酸素量を減少させて溶融ハンダの酸化を抑制し、ハンダの溶融温度の上昇を防止することにより、ハンダ付け温度を液相線温度近辺まで低下させることが可能となる。
【００２４】
又、溶融ハンダの酸化を防止しながら溶融ハンダを母材に接触させ、母材に弾性波のような振動エネルギーを与えることを特徴とし、これにより溶融ハンダと母材表面の濡れ性が格段に向上する。
【００２５】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００２６】
ハンダ付けを観察すると、溶融したハンダの表面に非常に薄い膜が形成され、この膜が母材と溶融ハンダとの接触を阻害する現象が見られる。この膜は金属酸化物であり、膜を形成する金属酸化物は、錫／鉛ハンダにおいては主に酸化鉛で、錫／亜鉛ハンダにおいては主に酸化亜鉛である。酸化鉛の膜は比較的強度が弱いので、母材を溶融ハンダに浸漬した時に表面の膜が容易に破れて内部の溶融ハンダと母材とが接触し、ハンダ付けが可能である。しかし、亜鉛を含有するハンダの場合には、酸化亜鉛の膜が成長し易く強度のある膜ができるので、溶融ハンダと母材表面との接触を強固に阻害する。従って、ハンダの濡れ性を改善するには、まず、このような溶融ハンダ表面の膜による接触阻害を防ぐことが必要である。このためには、ハンダと酸素の接触を防止して金属酸化物の形成を抑制するために、非酸化性環境下で溶融ハンダを母材に接触させることが必要である。
【００２７】
ハンダの母材に対する濡れを阻害する要素はもう１つあり、それは母材表面に形成される被膜である。例えば、母材が銅材である場合、雰囲気中の酸素によって表面に酸化銅の被膜が生成し、ハンダの濡れ性や接合強度の低下を生じる。従って、ハンダの濡れ性の改善には母材表面のクリーニングが必要となる。これに関しては、超音波、高周波、アーク等のような振動エネルギーを母材表面に供給することが極めて有効である。振動エネルギーによって母材表面の膜が破砕又は分散し、母材と溶融ハンダとの直接接触が促進され、ハンダ付けによる接合が強固になる。又、母材表面に油脂等の皮膜が存在してハンダの濡れ性を阻害する場合にも振動エネルギーは有効に作用して母材表面をクリーニングする。
【００２８】
従って、非酸化性環境下で溶融ハンダを母材に接触させながら母材に振動エネルギーを供給することによって、ハンダの濡れ性は著しく改善され、鉛を含有しない二元ハンダによるハンダ付けが実現可能となる。しかも、好適な条件を選択することによって、実用化が困難と思われていた錫／亜鉛ハンダによるハンダ付けが好適に実施され、ハンダ付けによる接合の歩留まりが格段に向上する。
【００２９】
「非酸化性の環境」は、酸素等の酸化性物質によって溶融ハンダの金属が酸化物を形成しない環境であり、例えば、雰囲気に不活性ガスを供給したり真空ポンプを用いて排気することによって作られる。ハンダの濡れ性を改善するために必要な非酸化性の程度は、使用するハンダの酸化され易さによって若干異なるが、鉛を含有しないハンダの中でも濡れ性が低いものの一つと言われる錫／亜鉛ハンダの場合、表１に示すように、雰囲気の酸素含量が約１００００ｐｐｍ  以下の状態において金属酸化物の生成防止による濡れ性の向上が見られる。このようなことから、ハンダ付けを行う非酸化性雰囲気の酸素濃度は１００００ｐｐｍ  程度以下、好ましくは１０００ｐｐｍ  程度以下、より好ましくは５００ｐｐｍ  以下とするのがよい。
【００３０】
【表１】
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亜鉛は酸化され易いため、錫／亜鉛ハンダの亜鉛の含有量が多いと雰囲気による酸化を受け易く、金属酸化物による流動性、濡れ性の低下が起こり易い。又、共晶点である亜鉛の割合が９ｗｔ％近辺において溶融ハンダの粘性が極小化を示し、流動性及び濡れ性が高進する。更に、共晶点付近の組成のハンダは溶融点が低く、ハンダ付け温度を低く設定することができるため、温度に依存する溶融ハンダのガス吸収能を低く抑えることができる。従って、雰囲気ガスの吸収による酸化を抑制し易い。このような事柄が作用して表１のような傾向を示すと考えられる。このようなことから、亜鉛含量が共晶点近辺の約３〜１５ｗｔ％の錫／亜鉛ハンダが好適であり、特に共晶組成（９１Ｓｎ−９Ｚｎ）の錫／亜鉛ハンダが優れている。錫／亜鉛ハンダは錫系の二元ハンダの中でも特に濡れ性の低いものであるが、他の錫と共晶合金を形成する二元ハンダにおいても表１と類似の傾向が有り、２０００ｐｐｍ  以下でいずれのハンダも良好な濡れ性となる。濡れ性が高い組成範囲は、錫／銀ハンダでは銀が約０．１〜２８ｗｔ％、錫／ビスマスハンダではビスマスが約２１〜９９．９ｗｔ％、錫／銅では銅が約０．１〜７．６ｗｔ％、錫／インジウムハンダではインジウムが約０．１〜７５ｗｔ％の範囲であり、共晶組成のものが特に優れている。
【００３１】
本発明においては、使用する原料ハンダの調製を工夫してハンダ自体の酸素含有量を小さくしている。更に、錫及び錫と共晶合金を形成する金属成分以外の成分を排除する。これによって、高い濡れ性が得られるだけでなく、ハンダの溶融温度が低くなり、錫／亜鉛共晶ハンダの場合では、共晶温度に近い２１０℃前後の溶融温度でのハンダ付けが可能となる。従って、溶融温度を低下させるためには、ビスマス等の他成分の添加は必要がなく、二成分ハンダとしてハンダ付けに用いる。この構成は、三元共晶物の生成の心配がなく、ハンダの性能を容易に安定化することができるという点で有利である。この結果、ハンダ材のリフロー温度が変化するということも抑制できる。更に、リサイクルする場合にも対応し易い。換言すれば、ハンダ特性への影響などを考慮すると、錫及びこれと共晶を形成する亜鉛等の成分以外の成分を添加させないことが好ましい。従って、酸素含有濃度が１００ｐｐｍ  程度以下、好ましくは１０ｐｐｍ  程度以下であって、不可避量を越える不純物や他の金属成分を実質的に含まない、つまり不純物及び他金属成分の含有量は０．１ｗｔ％以下である二元ハンダが低温でのハンダ付けに使用するのに適している。更に、このようなハンダを上述のような非酸化性環境においてハンダ付けに供することにより、ハンダ付け温度は低く維持することができる。
【００３２】
非酸化性の環境下で溶融ハンダと母材との接触を行う手段の一実施形態として、不活性ガスの供給装置を備えたディップ用溶融槽が挙げられる。この溶融槽では、不活性ガス雰囲気中でハンダを溶融して溶融ハンダに母材を浸漬する。又、酸素吸着剤のような酸化性物質を充填したカラムやフィルター等を装備して雰囲気から酸素を吸収除去したり、遮断シート等を使用して溶融ハンダを雰囲気から遮断することも可能である。あるいは、非酸化性環境下で溶融した溶融ハンダをノズル等を通じて雰囲気と接することなく直接母材上へ提供することによっても非酸化性の環境下で母材と接触させることができる。バッチ型のディップ用溶融槽を用いてハンダを加熱溶融する場合、槽に投入されるハンダの量を調整したり槽の形状を工夫して溶融槽内のハンダの容積に対するハンダ上の雰囲気の容積の比が小さくなるようにすると、非酸化性の雰囲気を作り易く経済効率もよい。
【００３３】
ハンダは特に溶融状態において酸素を取り込んで酸化され易いので、ハンダの溶融から母材との接触まで非酸化性環境下で行う必要がある。
【００３４】
振動エネルギーによる母材表面のクリーニングは、母材のハンダ付けする部分あるいはその付近に直接振動エネルギーを与えるようにするのが効果的である。与える振動エネルギーは、適用する状況に応じて適宜選択すればよいが、周波数１５ｋＨｚ〜１ＭＨｚ程度の超音波波長領域近辺の弾性波を用いるのが実施上扱い易く均一な接合面が得られる。母材表面の膜の破砕効率は、膜に与えられる振動エネルギーの大きさによって変化するので、振動エネルギーの発振源（振動子）と膜との距離及び発振する振動エネルギーの強度並びに振動伝達媒体に依存する。
【００３５】
非酸化性環境下でハンダ及び母材に振動エネルギーを供給してハンダ付けを行うと、ハンダの母材に対する濡れ性は格段に改善される。非酸化性環境あるいは振動エネルギーの供給のいずれかのみでは好適なハンダ付けが安定して行われず、満足な歩留まりとならない。
【００３６】
又、雰囲気あるいはハンダ中に若干酸素が含まれる場合に、溶融ハンダにおける金属酸化物の膜形成や膜成長を上述の振動エネルギーによって防止することができ、溶融ハンダと母材との接触が容易になる。
【００３７】
更に、振動エネルギーは、ハンダ付けの際、ハンダの濡れ性だけでなくハンダの切れをも格段に改善する作用がある。この結果、本発明においては極めて高い濡れ性と良好な切れとがハンダに付与されるので、鉛を含有しないハンダを用いても、幅広い平面のハンダ付けのみならず極細の帯状面や複雑な形状のハンダ付けも好適に行うことができる。従って、本発明のハンダ付け装置は、半導体装置のパッケージ基板やプリント基板のように樹脂やセラミックでできた絶縁性の基板に多数並設された配線、特に、高密度配線に対する精細なハンダ付けに適用することができる。
【００３８】
半導体装置のパッケージ基板やプリント基板は、ガラスエポキシ樹脂等の耐熱性樹脂や窒化アルミニウム等のセラミックでできた絶縁性基板にタングステンや銅等の導体で配線が形成されている。この配線を半導体素子の端子等の入出力端子と接続するために、配線上にハンダが載設され、このハンダをリフローして半導体素子との接続を形成する。半導体装置の高機能化、小型化に伴って基板の配線も高密度化し、挟ピッチで線幅が細い配線にハンダ付けするためには、ハンダの濡れ性及び切れが良くなければならない。この点に関して、本発明のハンダ付け方法及びハンダ付け装置は十分対応可能なものであり、非酸化性環境下で、ハンダ及び母材（配線）に振動エネルギーを供給してハンダ付けを行うことによって、鉛を含有しないハンダを用いても、線幅及び配線間隔が数十〜数百μｍ程度の配線に精細にハンダ付けすることが可能であり、配線間がハンダで埋まったり配線間にブリッジが形成されたりしない。
【００３９】
基板配線のハンダ付けは、例えば、以下のような手順に従って行うことができる。まず、ハンダ材として例えば酸素含有量が０．０１ｗｔ％未満の錫／亜鉛ハンダを用い、酸素濃度が１０００ｐｐｍ  程度以下の雰囲気中で、ハンダの溶融温度以上、好ましくは液相線温度より１０〜５０℃程度高い温度、例えば２１０〜２３０℃程度にハンダを保持して溶融する。次に、配線基板をハンダ中に浸漬して溶融ハンダに振動エネルギーを与える。例えば周波数が１８ｋＨｚ前後の超音波領域付近の弾性波が用いられる。配線基板の浸漬時間は、好ましくは１０秒程度以下、より好ましくは０．０１〜５秒程度とする。不要な反応等を避けるために、浸漬時間は短く設定するのが好ましい。浸漬後、配線基板を溶融ハンダから引き上げ、冷却する。これにより、配線上にのみハンダが塗着した基板が得られる。配線基板の引き上げの際の移動方向は、配線基板上の配線の長手方向と平行となるようにするのが好ましく、配線の長手方向と移動方向とが垂直であると、平行である場合よりハンダの切れが悪くなる。基板の配線が配列されている方向が単一でない場合には、配線基板の移動方向が配線の長手方向と垂直にならないように配慮するのが好ましい。
【００４０】
上述の説明から理解されるように、本発明のハンダ付けは、溶融ハンダ及び母材の接触表面を適切な状態にすることによってハンダの濡れ性を改善するものである。従って、錫／亜鉛ハンダ、錫／銀ハンダ、錫／ビスマスハンダ、錫／銀／銅ハンダ、錫／ビスマス／銀／銅ハンダ等のような鉛を含有しないハンダのハンダ付けだけでなく、鉛を含有するハンダ、単種の金属によるハンダあるいは金属以外の物質を混合したハンダを用いたハンダ付けにも適用できる。更に、このようなハンダ材をメッキ材とするメッキ加工、接合材として用いた組立加工等に適用することも可能である。
【００４１】
母材についても、銅、銀、金、ニッケル、アルミニウム、シリコン、ステンレス鋼等の単種の金属材の他、合金材及び複合金属材等の母材についても適用可能であり、ガラス、セラミックス、樹脂、これらの複合材などの様々な材料を素地とする基板の配線に対するハンダ付けに用いることができる。又、本発明を応用・改良することにより、セラミックス等への直接ハンダ付けへの適用も可能となる。
【００４２】
本発明に係るハンダ付け装置の一実施形態を図１に示す。このハンダ付け装置１は、ハンダを加熱し溶融するためのヒーター３を有する溶融槽５と、溶融槽５内で溶融しているハンダＳを伝搬媒質として超音波等の弾性波を発振する発振器７と、溶融しているハンダＳの酸化を防止するために溶融槽５に不活性ガスを流入するガス注入装置９とを備える。
【００４３】
溶融槽５に投入されヒーター３によって溶融されたハンダＳは、ハンダＳの温度を検知するセンサー１１を備える温度制御装置１３によって一定の温度に保たれる。ハンダＳの温度は、ハンダの融点より少し高く設定する。発振器７が発振する弾性波の波長は、調整装置１５によって適切に制御される。ハンダ付けする母材（又は配線を有する基板等）１７は可動ホルダー１９によって保持される。シーケンシャルコントローラ２１において、母材１７をハンダＳに浸漬する時間及びハンダＳ中に投入及び引き出しを行う速度が予め設定され、この設定に従って可動ホルダー１９が移動する。ハンダＳは、溶融槽５内に設けられる循環ポンプ２３によって循環する。
【００４４】
図２は、ハンダ付け装置の他の実施形態を示し、このハンダ付け装置２５には溶融槽５内部から外部へ到る導管２７が設けられ、循環ポンプ２３は導管２７内に付設される。このため、溶融槽５内の溶融ハンダＳの循環は溶融槽５の外部に到る。導管２７中の溶融ハンダＳは取り出し口２９から取り出すことができる。この装置の他の部分は、図１の同じ符号を付した部分と同様の機能を有するので、これらについての説明は省略する。
【００４５】
図３は、ハンダ付け装置の更に他の実施形態を示す。このハンダ付け装置３１の発振器３３は、母材（又は配線を有する基板等）１７に直接弾性波を与えられるように構成されている。即ち、発振器３３には母材１７が嵌挿可能な間隙３５が設けられ、母材１７を間隙３５に挿入することにより弾性波が直接母材１７に伝えられ、母材１７の表面の酸化物膜の破砕・分離が促進される。他の部分は、図１の同じ符号を付した部分と同様の機能を有するので、これらについての説明は省略する。発振器３３が母材の片面に接触するように間隙３５の幅を母材の幅より大きくなるように構成して、母材の各面に交互に振動エネルギーを供給するようにすることもできる。
【００４６】
図４及び５は、ハンダ付け作業を中止せずにハンダ材の交換が可能となるように２つの溶融槽を備えたハンダ付け装置の例を示す。このハンダ付け装置４１は、母材を握持して鉛直方向に昇降させるためのアーム４３が支持台４５上に設置されている。更に、互いに固定された一対の溶融槽４７ａ，ｂが支持台４５上を一方向に沿って摺動可能なように設けられ、各溶融槽４７ａ，ｂの上面を覆うための開閉蓋４９ａ，ｂが付設されている。開閉蓋４９ａ，ｂを開けると、細い矩形の窓５１ａ，ｂが溶融槽４７ａ，ｂの端部に形成されている。窓５１ａ，ｂは上方向に向けて解放され、アーム４３を操作して母材５３を降下させたときに溶融槽４７ａ，ｂを移動させることによって窓５１ａ，ｂからいずれの溶融槽４７ａ，ｂ内にも挿入可能となるように溶融槽４７ａ，ｂの摺動方向が定められている。更に、超音波などの弾性波を供給するための水平方向に延伸した振動子５５が溶融槽４７ａ，ｂの摺動方向と垂直に摺動可能なように支持台４５上に載設される。アーム４３の母材５３を一方の溶融槽４７ａに挿入可能な位置に溶融槽４７ａを配置した時、振動子５５は、振動子５５の先端が該溶融槽４７ａの側部開口から内部の溶融ハンダ上方に至り降下させた母材５３が振動子５５の先端と近接するように位置決めされる。更に、溶融槽４７ａ，ｂ内には、各々、回転翼５７ａ，ｂが設けられており、回転翼５７ａ，ｂを回転させることによって溶融槽４７ａ，ｂ内の溶融ハンダに噴流が生じて振動子５５の先端及び降下させた母材５３に噴流が当たるように構成されている。更に、溶融槽４７ａ，ｂには、各々、不活性ガスを供給するための導管が備えられ、導管から供給される不活性ガスで溶融ハンダの液面上及び溶融ハンダの噴流近辺が覆われるように導管の吹出口５９が溶融槽４７ａの側壁上部に配置されている。支持台４５には、アーム４３の動作及び溶融槽４７ａ，ｂの位置を制御するためのコントローラ６１、不活性ガスの供給量を制御するための流量計６３及び振動子５５から供給する弾性波を制御するための発振器６５が装備されている。
【００４７】
上記構成に従って、アームの直下に溶融槽４７ａを位置させ、溶融槽４７ａ，ｂの各々にハンダを投入し、不活性ガスを溶融槽４７ａ，ｂに供給しながらハンダを加熱溶融する。回転翼５７ａを作動して噴流を生じさせ、振動子５５から弾性波を発生させる。母材５３をアーム４３に握持させて降下させ溶融ハンダの噴流に接触させると、振動子５５と僅かな距離をおいて近接する母材５３は、弾性波の影響により振動子５５の方向に引き付けられて振動子５５と接触する。これにより、弾性波が母材５３に直接供給され、溶融ハンダによる濡れ性が良好になる。この後、アーム４３を上昇させて母材５３を溶融ハンダから引き出す。ハンダ付けを行うハンダをもう一方のハンダに変更する場合には、溶融槽４７ａ，ｂを摺動させてアーム４３の直下に溶融槽４７ｂを位置させ、回転翼５７ａを停止し回転翼５７ｂを作動させて前述と同様の操作を繰り返す。
【００４８】
２つの溶融槽を備えるハンダ付け装置４１は、ハンダ付けプロセスにおけるハンダの入れ替え時の時間を省略することができる。又、２種のハンダを１つの母材に塗布する作業が必要な場合に有用である。
【００４９】
上述のハンダ付け装置４１は、支持台４５上をアーム４３及び振動子５５が水平方向に移動可能となるように構成して溶融槽４７ａ，ｂを固定させてもよい。あるいは、１対の振動子を各々の溶融槽に配設してアームの水平位置のみを変更可能としてもよい。
【００５０】
上記の装置は、母材を溶融ハンダに浸漬して比較的広い面積にハンダ付けやメッキを行うのに適したハンダ付け装置の例であるが、配線形成や半導体実装等のような微小部分のハンダ付けには、ノズルからハンダを噴射する方式のハンダ付け装置が適している。ノズル型の装置の例を以下に記載する。
【００５１】
図６は、本発明に係るノズル型のハンダ付け装置の例を示す。このハンダ付け装置１００は、ハンダを加熱し溶融する溶融槽１０１と、溶融槽１０１に接続され加熱手段（図示省略）を備えるノズル１０３と、ノズル１０３に付設される発振器１０５と、ノズル１０３の射出方向に沿って配設され電界板を有する電界発生装置１０７と、不活性ガスを供給するガス注入装置１０９と、搬送装置１１１とを有する。溶融槽内に投入され加熱溶融してハンダは一定速度でノズル１０３に送られ、発振器１０５から発振される弾性波がノズル１０３内のハンダＳに伝搬され、ハンダＳは液滴Ｓ’となり規則正しくノズル１０３のノズル口１０３’から射出される。ノズル１０３から放出された液滴Ｓ’は、電界発生装置１０７の電界板によって帯電し、電界発生装置１０７によって生じる電界中を進行する。電界発生装置１０７によって生じる電界はコントローラ１１３によって制御され、液滴Ｓ’の飛跡がこれによって変化する。液滴Ｓ’は、搬送装置１１１上に載置された母材である基板１１５上に到達する。ノズル１０３にはフード１１７が取り付けられ、ガス注入装置１０９から注入される不活性ガスによって液滴Ｓ’の酸化が防止される。電界発生装置１０７はコントローラ１１３に接続され、コントローラ１１３は、基板１１５の適切な位置に液滴Ｓ’が到達するように搬送装置１１１の搬送速度及び電界発生装置１０７の発生電界を制御する位置決め管理機能を備える。更に、基板１１５に到達させない液滴を回収するための容器１１９が設けられ、回収されたハンダは循環器（図示省略）を介して溶融槽１０１に送られる。搬送装置１１１には加熱冷却装置１２１が設けられ、温度制御装置１２によって溶融槽１０１、加熱冷却装置１２１及びノズル１０３の温度が制御される。又、搬送装置１１１には、基板１１５に弾性波を与えるための振動子１２５が付設されており、振動子１２５及び発振器１０５が発振する弾性波の波長は振動数調整装置１２７によって制御される。
【００５２】
上記装置において、発振器１０５はハンダを放出するための手段として用いられており、インクジェット技術に用いられているスパークやバブル等の既存の手段に代えることも可能である。
【００５３】
上記ハンダ付け装置１００を用いて、例えば組成比が錫９０．９ｗｔ％以上、亜鉛９ｗｔ％、他の金属元素含有量が０．１ｗｔ％未満で、酸素含有量５ｐｐｍ  以下のハンダ（理論共晶点１９８℃）を射出する操作例を以下に記載する。
【００５４】
溶融槽１０１にハンダを投入し、電界発生装置１０７の電界板で囲まれた領域にガス注入装置１０９から不活性ガスとして窒素を流しながら、溶融槽１０１のハンダを２０８℃に保持し完全に溶融させる。溶融ハンダをノズル１０３に送り、発振器１０５から弾性波出力を溶融ハンダＳに与えると、ノズル１０３から細かなハンダの液滴Ｓ’が放出される。電界発生装置１０７によって発生する電界が一定であると、ハンダの液滴Ｓ’は、電界が発生している領域を通過して基板１１５上の一定位置に到達し、ハンダ液滴Ｓ’が積み重なりながら固化し、ハンダの肉厚が増加する。この状態で搬送装置１１１を一定の速さで水平方向に作動させると、基板上にハンダ粒子による斑点又は線が形成される。振動子１２５によって基板１１５に弾性波を与えることにより、ハンダ液滴Ｓ’と基板１１５が接触する際に基板１１５表面の酸化膜が分散して濡れ性が向上する。
【００５５】
上記のノズルを用いたハンダ付け操作により、直径５μｍ〜５０μｍ程度の大きさの斑状のハンダ付け及び同程度の幅の線状のハンダ付けが可能である。
【００５６】
搬送装置１１１の加熱冷却装置１２１は、基板上のハンダの固化を制御するために用いられ、ハンダの膜厚を増加させる場合などに使用できる。例えば、基板をハンダの共晶点以下の温度に下げると、基板表面に到達したハンダの液滴は固化し始める。この基板を共晶点以上に再度加熱すると、固化したハンダが溶融し始め、液相と固相とが交じった半溶融状態となる。この状態のハンダの表面張力は溶融ハンダより大きく、新たなハンダ液滴が半溶融状態のハンダに追加されても横に広がることがなく、半溶融状態のハンダと一体化して固化する。この結果、厚みのあるハンダ膜が得られる。従って、基板１１５上のハンダが半溶融状態で新たなハンダ液滴が追加されるように搬送装置１１１の加熱冷却装置１２１の配置及び温度を設定し、複数のノズルを用いてハンダの重ね塗りを行うことにより、厚いハンダ膜が形成される。
【００５７】
図７に示すハンダ付け装置２００は、複数のノズル口２０３ａ’，２０３ｂ’，２０３ｃ’を有するノズル２０３装置を備えている。発振器１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃによって各ノズル口からハンダ液滴Ｓａ’，Ｓｂ’，Ｓｃ’が放出され、ハンダ回収用の容器２１９に設けられた通過孔２０９ａ，２０９ｂ，２０９ｃを通って基板１１５上に達する。電界発生装置１０７によって発生する電界の作用により通過孔２０９ａ，２０９ｂ，２０９ｃを通らないハンダ液滴は、容器２１９によって回収され、溶融槽１０１に戻される。図６と同じ参照符号を付した部分は、装置１００における対応する部分と同様の作用を行うので、これらの説明については省略する。
【００５８】
又、本発明に係るハンダ付け方法は、ノズル自体から母材へ振動エネルギーを供給する構造のノズル装置を用いて実施することができる。例えば、非酸化性環境下でハンダを溶融する溶融槽に接続されるノズルの先端付近に弾性波振動子を付設して、ノズル先端が非酸化性ガス雰囲気に覆われるようにノズルを鞘で覆って鞘の内側に窒素などの非酸化性ガスを流通させるように構成したノズル装置を用いることができる。このようなノズル装置を用いて、まず、非酸化性ガスをノズル先端に供給しながらノズルを母材に近づけ、ノズル先端を母材に当接させて、溶融槽からノズル先端に供給される溶融ハンダを母材に触接させながらノズルに振動エネルギーを与える。この後、ノズル先端から所定量のハンダを押し出しながらノズルを母材から遠ざける。この様な操作によって、微小な領域のハンダ付けを行うことができる。ノズル先端を母材から僅かに離して溶融ハンダのみを母材に接触させながら振動エネルギーを供給してもよい。この様にすると、連続的にハンダを押し出しながらノズルを移動することによって線状にハンダ付けを行うことができる。
【００５９】
又、基板を若干傾斜させて立てた状態に設置して振動エネルギーを与え、上記のノズルを用いて非酸化性ガスを吹き付けながら溶融ハンダを放出して基板にかけると、基板の配線がハンダで濡れ、余分のハンダは基板から流れ落ちて回収される。
【００６０】
更に他の実施形態として、マスクを用いたハンダ付けを実施する装置を構成することができる。この場合、ハンダ付け装置には、例えば、多数の微小な放出口を有する平板から溶融ハンダをしみ出させて平面状に溶融ハンダを供給するハンダ供給部材と、平板に付設される弾性波振動子と、不活性ガス供給管と、マスクとが装備される。このようなハンダ付け装置を用いて、マスクを位置決めして母材上に重ね、不活性ガスで置換しながらハンダ供給部材をマスクに当接させて、溶融ハンダをマスクの穴を通して母材に接触させながら振動エネルギーを与えてハンダを母材に付着させ、ハンダ供給部材及びマスクを母材から取り除く。
【００６１】
固体状のハンダは、溶融ハンダに比べて酸化され難く、固体ハンダ粒子を用いたハンダ付けに本発明を応用することもできる。例えば、固体ハンダ粒子を母材に圧接してハンダ粒子と母材とが直接面接触するようにすれば、両者の間には雰囲気がなく接合界面はほぼ非酸化性環境となる。このハンダ粒子を加熱溶融しながらハンダ粒子に振動エネルギーを与えると、溶融ハンダの母材に対する濡れ性は比較的良好となる。この後、母材を冷却すればハンダ付けが完了する。この様なハンダ粒子によるハンダ付け操作は、図８に示すようなハンダごて３００を用いて行うことができる。このハンダごて３００は、ハンダを加熱溶融するためのヒーターを備えるこて部材３０１と、こて部材３０１に内蔵される超音波発振器３０３とを有する。超音波発振器３０３は、こて部材３０１の加熱面に近接して配置され、溶融ハンダに効率的に振動エネルギーが供給される。こて部材３０１の加熱面と超音波発振器３０３の発振位置との距離は１〜１０ｍｍ程度とするのが好ましい。振動エネルギーは、こて部材３０１の加熱により溶融するハンダを伝搬媒質として母材の表面に伝達される。更に、こて部材３０１には温度センサー（図示省略）が内蔵され、温度制御器及び超音波可変装置に接続される。
【００６２】
図８のハンダごては、自動作業装置による非酸化性雰囲気中でのハンダ付け工程用のハンダ付けアームとして用いることことができる。
【００６３】
更に有用なハンダごてを図９に示す。図９のハンダごて４００は、こて部材４０１及び内蔵された超音波発振器４０３を覆うガス供給管４０５を備えるもので、ハンダを加熱溶融する際の雰囲気を非酸化性に保持するために、ガス供給管４０５からハンダごて４０１の加熱面付近に不活性ガスが供給される。
【００６４】
図８及び９に示すハンダごて３００，４００は、手動によるハンダ付け及び自動作業装置に設置してのオートメーション操作における使用のほか、接合不良ハンダの修復等に用いることができる。又、ハンダごて３００，４００は、ハンダ材料にフラックスを混合したハンダペーストを用いたハンダ付けに好適に用いることもできる。この場合、ハンダペーストを予備加熱してフラックスを除去した後にハンダごてを用いて、ハンダを加熱しながら振動エネルギーを供給する。図９のハンダごて４００を用いる場合には、ガス供給管４０５から供給する不活性ガスを加熱してハンダペーストの予備加熱に用いることも可能である。
【００６５】
図１０は、ハンダ付けを行う領域を不活性ガス雰囲気にするために供給する不活性ガスを循環・回収するように構成されたハンダ付け装置の一例を示す。このハンダ付け装置５００は、ハンダを溶融するためのヒータ５０１を備える溶融槽５０３と、溶融したハンダＳを循環するためのポンプ５０５と、溶融ハンダの液面近辺に配置されポンプ５０５から送出されたハンダＳに弾性波を供給するための振動子５０７と、ガス供給管５０９及びガス吸引管５１１とを備える。ヒータ５０１によって加熱溶融されるハンダＳは、ポンプ５０５の出力によって振動子５０７の上方に噴出し、母材を振動子５０７の上方に位置させることによって噴出するハンダＳが母材に接し、弾性波が振動子５０７からハンダＳを介して母材に伝達されるように構成される。ハンダＳの液面上の雰囲気は、ガス供給管５０９から放出される窒素などの不活性ガスによって置換され、ハンダＳの表面及び母材の酸化を抑制する。不活性ガスによって置換される雰囲気は、外部の酸素の混入による濃度上昇の防止及び再利用のためにガス吸引管５１１から排出される。ガス吸引管５１１は酸素除去処理装置（図示せず）に接続される。更に、溶融槽内のハンダ及び母材へ向けて噴出されるハンダの温度を検出するためのセンサー５１３，５１５が設けられ、検出温度を用いてヒータ５０１の加熱温度を制御する温度制御器５１７に接続されている。又、振動子が出力する弾性波の周波数は振動数調製装置５１９によって制御される。溶融槽５０３の上方には、母材を載せる架台５２１及び架台５２１をレール５２３に沿って移動させるための可変走行器５２５が設置される。可変走行器５２５は、コントローラ５２７によって制御され、架台５２１の走行速度及び高さを適宜調節できるように構成されている。
【００６６】
パッド５３１を有するプリント基板５２９を図１０の装置の架台５２１にパッド５３１を下方に向けて載せ、可変走行器５２５によって溶融槽５０３の上方までレール５２５に沿って搬送してパッド５３１が振動子５０７の上方に位置させると、ポンプ５０５から噴出した溶融ハンダＳがパッド５３１に接触する。同時に、振動子５０７から供給される弾性波が溶融ハンダＳを介してパッドに伝達される。雰囲気はガス供給管５０９から供給される不活性ガスにより非酸化性となり、パッドのハンダ付けが良好に行われる。パッドのハンダ付けが完了したプリント基板５２９は溶融槽５０３から除去する。プリント基板の移動等によって酸素が混入した雰囲気は常にガス吸引管５１１により除去され、非酸化性の雰囲気に維持される。このようにして、ガラスエポキシ基材などで製造されたプリント基板のパッドを母材としてハンダ付けが行われる。このような場合、溶融槽の上方をできる限り解放しないように基板の搬送を調整したり、溶融槽を覆う開閉蓋を設けるように構成するのが好ましい。ガス供給管５０９の不活性ガスの供給速度を調節して非酸化性雰囲気を保ってもよい。
【００６７】
【実施例】
以下、実施例により本発明を詳細に説明する。
【００６８】
（実施例１）
図１の装置を用い、溶融槽５内に、組成比が錫９１．９ｗｔ％以上、亜鉛９ｗｔ％、他の金属元素含有量が０．１ｗｔ％未満で含有酸素が７ｐｐｍ  のハンダを８０ｋｇ入れ、その理論共晶点である１９８℃よりも１０℃高い２０８℃に加熱し、完全にハンダを溶融させた。この際、温度が１９０℃に到達した時点から不活性ガスとして窒素をその溶融面の上部に流し続け、ハンダが酸素に接触させないようにした。ハンダは加熱開始からおよそ１時間後に溶融し、その温度を２０８℃に保持しておいた。
【００６９】
溶融槽に付設してある発振器７から周波数１８．８２ｋＨｚの弾性波出力を溶融槽内に与えた。この時、弾性波の発振方向に沿って長さ１０ｃｍ、幅１ｃｍの領域の溶融ハンダ表面が高さ約１ｃｍ程度盛り上がるのを確認した。振動子から２ｍｍ以内の位置の溶融ハンダの中に、大きさが５０ｍｍ×１０ｍｍ×０．５ｍｍの仕上げ処理を施していない銅片の２／３を１秒間浸漬した後引き上げた。
【００７０】
引き上げた銅片を冷却させ、拡大鏡を用いて観察したところ、ハンダの厚さは１４μｍで、濡れ角は９０度未満であり、ハンダ付けとして問題のないことがわかった。
【００７１】
（比較例１）
発振器７から弾性波出力を与えなかったこと以外は実施例１と同様の操作を繰り返して、銅片に対するハンダの濡れ性を観察したところ、銅片へのハンダの濡れは目視レベルで認められなかった。
【００７２】
他方、塩酸及び純水を用いて同様の銅片の表面の洗浄処理を行った後に、大気に曝すことなく溶融ハンダに銅片を浸漬して上記と同様に弾性波出力を与えないでハンダ付け操作を繰り返したところ、ハンダは銅片に付着した。
【００７３】
（比較例２）
窒素ガスを溶融槽５内に供給せず大気雰囲気中で操作を行ったこと以外は実施例１と同様の操作を繰り返したところ、溶融ハンダ表面に形成された薄皮状のハンダが銅片に付着して多数のヒダがハンダに形成され、銅片末端から余分のハンダが垂れていた。冷却後のハンダを擦るとハンダが剥離した。
【００７４】
（実施例２）
図１の装置を用い、容積１０リットルの溶融槽５内に、組成比が錫９０．９ｗｔ％以上、亜鉛９ｗｔ％、他の金属元素含有量が０．１ｗｔ％未満で含有酸素が７ｐｐｍ  のハンダ６０ｋｇを入れ、その理論共晶点である１９８℃よりも約２０℃高い２２０℃に加熱し完全にハンダを溶融させた。この際、部分的に溶融し始めた時点から酸素と接触させないように不活性ガスとして窒素をその溶融面の上部に流し続けた。ハンダは、加熱開始からおよそ１時間後に溶融しその温度をそのまま保持しておいた。溶融ハンダ上の雰囲気の酸素濃度を測定したところ、１２０〜１６０ｐｐｍ  であった。
【００７５】
この状態を保ち、溶融槽に付設してある発振器の周波数を１８．８３ＫＨｚに調節して振動エネルギーとして弾性波出力を溶融槽内に与えた。この時、弾性波の発振方向に沿って長さ１０ｃｍ、幅１ｃｍの領域の溶融ハンダ表面が高さ約１ｃｍ程盛り上がるのを確認した。振動子から２ｍｍ以内の位置の溶融ハンダの中に、以下に示す様な電子部品実装用の基板を２．０秒間浸漬して引き上げた。
【００７６】
基板の仕様
寸法：５０ｍｍ×５０ｍｍ×１．０ｍｍ、材質：ガラスエポキシ樹脂
仕上げ処理：スルーホール、両面金フラッシュメッキ加工、ソルダーレジスト処理
配線の仕様
配線：銅１８μｍ／ニッケル５μｍ／金０．０５μｍの積層配線
配線幅：２００μｍ、最小ピッチ間隔：４００μｍ
引き上げた基板を冷却し、拡大鏡を用いて観察したところ、配線のいずれの部分においてもハンダが付着しており、配線間にブリッジは認められなかった。
【００７７】
さらに、細部を確認するために基板を切断して断面を観察し配線上のハンダの濡れ性を調べたところ、濡れ角は９０度未満でありハンダ付けとして問題のないことがわかった。ハンダの厚さは約１５μｍであった。
【００７８】
（実施例３）
図１の装置を用い、溶融槽５内に、組成比が錫９６．４ｗｔ％以上、銀３．５ｗｔ％、他の金属元素含有量が０．１ｗｔ％未満で含有酸素が８ｐｐｍ  のハンダを８０ｋｇ入れ、その理論共晶点である２２１℃よりも１０℃高い２３１℃に加熱し、完全にハンダを溶融させた。この際、温度が２２０℃に到達した時点から不活性ガスとして窒素をその溶融面の上部に流し続け、ハンダが酸素に接触しないようにした。ハンダは加熱開始からおよそ１時間後に溶融し、その温度を２３１℃に保持しておいた。
【００７９】
溶融槽に付設してある発振器７から周波数１８．８２ｋＨｚの弾性波出力を溶融槽内に与えた。この時、弾性波の発振方向に沿って長さ１０ｃｍ、幅１ｃｍの領域の溶融ハンダ表面が高さ約１ｃｍ程度盛り上がるのを確認した。振動子から２ｍｍ以内の位置の溶融ハンダの中に、大きさが５０ｍｍ×５０ｍｍ×０．３ｍｍの仕上げ処理のない銅片の２／３を１秒間浸漬した後引き上げた。
【００８０】
引き上げた銅片を冷却させ、拡大鏡を用いて観察したところ、ハンダに浸した部分にはほぼ均等にハンダが付着していた。さらに、細部の確認のために銅片を切断し断面を観察したところ、ハンダの濡れ角は９０度未満であり、ハンダ付けとして問題のないことがわかった。
【００８１】
（実施例４）
図３のハンダ付け装置を用いて、容積１０リットルの溶融槽５内に、組成比が錫４２．９ｗｔ％以上、ビスマス５５ｗｔ％、他の金属元素含有量が０．１ｗｔ％未満で含有酸素量が４ｐｐｍ  のハンダ８０ｋｇを入れ、その論理共晶点である１３９℃よりも１０℃高い１４９℃に加熱して完全にハンダを溶融させた。この際、部分的に溶融し始めた時点から不活性ガスとして窒素をその溶融面の上部に流し続け、ハンダが酸素に接触しないようにした。ハンダは、加熱開始からおよそ１時間後に溶融し、その温度そのまま保持しておいた。
【００８２】
溶融槽に付設してある発振器３３から周波数１８．５２ｋＨｚの弾性波出力を溶融槽内に与えた。発振器３３の間隙３５に大きさが５０ｍｍ×５０ｍｍ×０．３ｍｍの仕上げ処理のない銅片を嵌挿して銅片の２／３を溶融ハンダに２．０秒間浸漬した後引き上げた。
【００８３】
引き上げた銅片を冷却させ、拡大鏡を用いて観察したところ、ハンダに浸した部分にはほぼ均等にハンダが付着していた。さらに、細部の確認のために銅片を切断し断面を観察したところ、ハンダの濡れ角は９０度未満であり、ハンダ付けとして問題のないことがわかった。
【００８４】
（実施例５）
図１のハンダ付け装置を用いて、容積１０リットルの溶融槽５内に、組成比が錫９０．９ｗｔ％以上、亜鉛９ｗｔ％、他の金属元素含有量が０．１ｗｔ％未満で含有酸素量が７ｐｐｍ  のハンダ８０ｋｇを入れ、その論理共晶点である１９８℃よりも約２０℃高い２２０℃に加熱して完全にハンダを溶融させた。この際、部分的に溶融し始めた時点から不活性ガスとして窒素をその溶融面の上部に流し続け、ハンダが酸素に接触しないようにした。ハンダは、加熱開始からおよそ１時間後に溶融し、その温度そのまま保持しておいた。
【００８５】
溶融槽に付設してある発振器７から周波数１８．５２ｋＨｚの弾性波出力を溶融槽内に与えた。この時、弾性波の発振方向に沿って長さ１０ｃｍ、幅１ｃｍの領域の溶融ハンダ表面が高さ約１ｃｍ程度盛り上がるのを確認した。振動子から２ｍｍ以内の位置の溶融ハンダの中に、大きさが５０ｍｍ×１０ｍｍ×０．３ｍｍの仕上げ処理のない銅片の２／３を２秒間浸漬した後引き上げた。
【００８６】
引き上げた銅片を冷却させ、拡大鏡を用いて観察したところ、ハンダに浸した部分にはほぼ均等にハンダが付着していた。さらに、細部の確認のために銅片を切断し断面を観察したところ、ハンダの濡れ角は９０度未満であり、ハンダ付けとして問題のないことがわかった。
【００８７】
（実施例６）
図１の装置を用い、溶融槽５内に、組成比が錫９６．４ｗｔ％以上、銀５ｗｔ％、他の金属元素含有量が０．１ｗｔ％未満で含有酸素が８ｐｐｍ  のハンダを８０ｋｇ入れ、その理論共晶点である２２１℃よりも１０℃高い２３１℃に加熱し、完全にハンダを溶融させた。この際、温度が２００℃に到達した時点から不活性ガスとして窒素をその溶融面の上部に流し続け、ハンダが酸素に接触しないようにした。ハンダは加熱開始からおよそ１時間後に溶融し、その温度を２３１℃に保持しておいた。
【００８８】
この状態を保ち、溶融槽に付設してある発振器の周波数を１８．５２ＫＨｚに調節して振動エネルギーとして弾性波出力を溶融槽内に与えた。この時、弾性波の発振方向に沿って長さ１０ｃｍ、幅１ｃｍの領域の溶融ハンダ表面が高さ約１ｃｍ程盛り上がるのを確認した。振動子から２ｍｍ以内の位置の溶融ハンダの中に、以下に示す様な電子部品実装用の基板を１．０秒間浸漬して引き上げた。
【００８９】
基板の仕様
寸法：５０ｍｍ×５０ｍｍ×ｔ１．０ｍｍ、材質：ガラスエポキシ樹脂
仕上げ処理：スルーホール、両面金フラッシュメッキ加工、ソルダーレジスト処理
配線の仕様
配線：銅１８μｍ／ニッケル５μｍ／金０．０５μｍの積層配線
配線幅：２００μｍ、最小ピッチ間隔：４００μｍ
引き上げた基板を冷却し、拡大鏡を用いて観察したところ、配線のいずれの部分においてもハンダが付着しており、配線間にブリッジは認められなかった。
【００９０】
さらに、細部を確認するために基板を切断して断面を観察し配線上のハンダの濡れ性を調べたところ、濡れ角は９０度未満でありハンダ付けとして問題のないことがわかった。
【００９１】
（実施例７）
図６のハンダ付け装置１００の溶融槽１０１内に、組成比が錫９０．９ｗｔ％以上、亜鉛９ｗｔ％、酸素含有量５ｐｐｍ  以下、他の金属元素含有量が０．１ｗｔ％未満のハンダを入れ、その理論共晶点である１９８℃よりも１０℃高い２０８℃に加熱した。この際、理論共晶点より約１０℃低い温度に到達した時点から不活性ガスとして窒素を電界発生装置１０７の電界板に囲まれた領域に流し続け、酸素をフード１１７内部に存在させないようにした。ハンダは、加熱開始からおよそ１時間後に溶融し、その温度をそのまま保持しておいた。
【００９２】
ノズルを２０８℃に加熱し、溶融槽１０１からノズル１０３に溶融ハンダを供給しながらノズル１０３に付設された発振器１０５から周波数が１５ｋＨｚ〜３０ｋＨｚの弾性波をノズル１０３に出力した。これにより、ノズルから細かなハンダ粒子が放出されるのを確認した。この時、電界発生装置１０７によって電界を発生させることによりハンダ粒子の軌跡が制御され、搬送装置１１１上の一定位置にハンダ粒子が積み重なった。
【００９３】
銅板を搬送装置１１１に載せ、銅板の表面が１８０℃程度の温度になるように銅板の下から加熱装置１２１で加熱しながら振動子１２５を作動して周波数１８．５２ＫＨｚの弾性波を搬送装置１１１に出力し、搬送装置１１１を２ｃｍ／秒の速さで水平方向に移動し、ノズルの下を通過させた。
【００９４】
この後、銅板を冷却し、銅板上のハンダを観察したところ、約２５μｍの大きさの斑状ハンダが直線上に並んでいた。ハンダが載っている銅板を鉛直方向に切断し、断面を観察したところ、ハンダの銅板との濡れ角は９０度未満であり、ハンダとの濡れ性が良好であることを確認した。
【００９５】
更に、搬送装置１１１の速度を遅くし、ハンダ粒子が銅板に到達する毎に銅板が２０μｍずつ移動するようにして、銅板をノズルの下を通過させた後に冷却した。銅板上には幅がほぼ２０〜２５μｍの帯状につながったハンダが観察された。ハンダの厚みは約１０μｍであった。銅板を切断して断面を観察したところ、ハンダの銅との濡れ角は９０度未満であり、ハンダとの濡れ性が良好であることを確認した。
【００９６】
（実施例８）
錫／亜鉛ハンダに代えて、組成が錫９９．２ｗｔ％以上、銅０．７ｗｔ％、他の金属元素含有量が０．１ｗｔ％未満で酸素含有量５ｐｐｍ  のハンダを用い、溶融槽及びノズルの加熱温度を理論共晶点の２２７℃より１０℃高い２３７℃に変更し、銅板の保温温度を２２０℃に変更したこと以外は実施例７と同様の操作を繰り返し、銅板に斑状及び帯状のハンダ付けを行った。
【００９７】
銅板にハンダ付けされた斑状のハンダを観察したところ、大きさは約２５μｍで、銅板を鉛直方向に切断した断面の観察によるハンダの銅板との濡れ角は９０度未満であり、ハンダとの濡れ性が良好であることを確認した。
【００９８】
又、帯状のハンダは、幅が約２０〜２５μｍ、厚さが約１０μｍであり、銅板を切断した断面の観察によるハンダの銅板との濡れ角は９０度未満であり、ハンダとの濡れ性が良好であることを確認した。
【００９９】
（実施例９）
錫／亜鉛ハンダに代えて、組成が錫４２．９ｗｔ％以上、ビスマス５７ｗｔ％、他の金属元素含有量が０．１ｗｔ％未満で酸素含有量５ｐｐｍ  のハンダを用い、溶融槽及びノズルの加熱温度を理論共晶点の１３９℃より１０℃高い１４９℃に変更し、銅板に代えて寸法が５０ｍｍ×１０ｍｍ×０．３ｍｍのアルミニウム板を用い、アルミニウム板の保温温度を１３０℃に変更したこと以外は実施例７と同様の操作を繰り返し、銅板に斑状及び帯状のハンダ付けを行った。
【０１００】
アルミニウム板にハンダ付けされた斑状のハンダを観察したところ、大きさは約２５μｍで、アルミニウム板を鉛直方向に切断した断面の観察によるハンダのアルミニウム板との濡れ角は９０度未満であり、ハンダとの濡れ性が良好であることを確認した。
【０１０１】
又、帯状のハンダは、幅が約２０〜２５μｍ、厚さが約１０μｍであり、アルミニウム板を切断した断面の観察によるハンダのアルミニウム板との濡れ角は９０度未満であり、ハンダとの濡れ性が良好であることを確認した。
【０１０２】
（実施例１０）
錫／亜鉛ハンダに代えて、組成が錫９６．４ｗｔ％以上、銀３．５ｗｔ％、他の金属元素含有量が０．１ｗｔ％未満で酸素含有量５ｐｐｍ  のハンダを用い、溶融槽及びノズルの加熱温度を理論共晶点の２２１℃より１０℃高い２３１℃に変更し、銅板の保温温度を２００℃に変更したこと以外は実施例７と同様の操作を繰り返し、銅板に斑状及び帯状のハンダ付けを行った。
【０１０３】
銅板にハンダ付けされた斑状のハンダを観察したところ、大きさは約２５μｍで、銅板を鉛直方向に切断した断面の観察によるハンダの銅板との濡れ角は９０度未満であり、ハンダとの濡れ性が良好であることを確認した。
【０１０４】
又、帯状のハンダは、幅が約２０〜２５μｍ、厚さが約１０μｍであり、銅板を切断した断面の観察によるハンダの銅板との濡れ角は９０度未満であり、ハンダとの濡れ性が良好であることを確認した。
【０１０５】
（実施例１１）
銅片に代えて、ステンレス鋼片を溶融ハンダの中に浸漬したこと以外は実施例１と同様の操作を繰り返して、ステンレス鋼片に対するハンダの濡れ性を観察したところ、ハンダは厚さ１４μｍでステンレス鋼に均一に付着していた。濡れ角は９０度未満であり、ハンダ付けとして問題のないことがわかった。
【０１０６】
（実施例１２）
図１の構成を有する装置を用い、溶融槽５内に、組成比が錫４８．４ｗｔ％以上、インジウム５１．５ｗｔ％、他の金属元素含有量が０．１ｗｔ％未満で含有酸素が７ｐｐｍ  のハンダを１ｋｇ入れ、その理論共晶点である１１７℃よりも１０℃高い１２７℃に加熱し、完全にハンダを溶融させた。この際、不活性ガスとして窒素をその溶融面の上部に流し続け、ハンダが酸素に接触させないようにした。ハンダは加熱開始からおよそ２０分後に溶融し、その温度を１２７℃に保持しておいた。
【０１０７】
溶融槽に付設してある発振器７から周波数１８．８２ｋＨｚの弾性波出力を溶融槽内に与えた。振動子から２ｍｍ以内の位置の溶融ハンダの中に、大きさが５０ｍｍ×１０ｍｍ×０．５ｍｍの仕上げ処理を施していない銅片の２／３を１秒間浸漬した後引き上げた。
【０１０８】
引き上げた銅片を冷却させ、拡大鏡を用いて観察したところ、ハンダの厚さは１３μｍで、濡れ角は９０度未満であり、ハンダ付けとして問題のないことがわかった。
【０１０９】
【発明の効果】
本発明によれば、ハンダ付け温度を液相線温度近傍まで低下することができ、液相線温度より４０〜５０℃高い従来のハンダ付け温度と比べ、格段に低い温度が使用できる。又、ハンダの母材に対する濡れ性を改善することにより、鉛を含有しない濡れ性の劣るハンダを用いて好適にハンダ付けをすることができ、微細で複雑な形状のハンダ付けにも鉛を含有しないハンダを使用することができる。従って、各種機器等のハンダ材として鉛を含有しないハンダを使用することができ、廃棄物に含まれる鉛を減少させることが可能であり、廃棄物のリサイクルにも有効である。故に、本発明は産業上及び環境対策上極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るハンダ付け装置の第１の実施形態を示す概略構成図。
【図２】本発明に係るハンダ付け装置の第２の実施形態を示す概略構成図。
【図３】本発明に係るハンダ付け装置の第３の実施形態を示す概略構成図。
【図４】本発明に係るハンダ付け装置の第４の実施形態を示す概略構成図。
【図５】図４のハンダ付け装置の要部を示す拡大図。
【図６】本発明に係るハンダ付け装置の第５の実施形態を示す概略構成図。
【図７】本発明に係るハンダ付け装置の第６の実施形態を示す概略構成図。
【図８】本発明に係るハンダ付け装置の第７の実施形態を示す概略構成図。
【図９】本発明に係るハンダ付け装置の第８の実施形態を示す概略構成図。
【図１０】本発明に係るハンダ付け装置の第９の実施形態を示す概略構成図。
【符号の説明】
１  ハンダ付け装置
３  ヒーター
５、１０１  溶融槽
７、１０５  発振器
９、１０９  ガス注入装置
１１  センサー
１３  温度制御装置
１５  調整装置
１７  母材
１９  可動ホルダー
２１  シーケンシャルコントローラ
２３  循環ポンプ
１０３  ノズル
１０７  電界発生装置
１１５  基板
１２１  加熱装置
１２５  振動子
Ｓ  ハンダ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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