(57)【要約】【課題】  大気雰囲気中でリフロー半田付けを行った場合でも、０６０３サイズ以下の電子部品について十分な半田濡れ性を確保し得るリフロー半田付け方法を提供する。【解決手段】  このリフロー半田付け方法は、鉛フリー半田を１５０℃〜１７０℃のプリヒート温度で加熱する予備加熱工程と、鉛フリー半田を２１７℃〜２２０℃の溶融温度以上の温度で加熱する本加熱工程（本加熱工程におけるピーク温度は２４０℃〜２５５℃である）とを含む。そして、鉛フリー半田の総加熱時間は１８０秒〜１９０秒である。そのため、電子部品の極小化に伴い、基板のランド上における鉛フリー半田の半田量が少なくなっていても、鉛フリー半田の著しい酸化を防止することができる。従って、大気雰囲気中でリフロー半田付けを行った場合でも、０６０３サイズ以下の電子部品について十分な半田濡れ性を確保し得る。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉛フリー半田を用いて基板上に電子部品をリフロー半田付けするリフロー半田付け方法であって、
前記鉛フリー半田をその溶融温度より低いプリヒート温度で加熱する予備加熱工程と、
前記予備加熱工程の後、前記鉛フリー半田を前記溶融温度以上の温度で加熱する本加熱工程とを含み、
前記鉛フリー半田の総加熱時間は１８０秒〜１９０秒であることを特徴とするリフロー半田付け方法。
【請求項２】
前記プリヒート温度は１５０℃〜１７０℃であり、前記鉛フリー半田を前記プリヒート温度で加熱する時間は６０秒〜７０秒であることを特徴とする請求項１記載のリフロー半田付け方法。
【請求項３】
前記溶融温度は２１７℃〜２２０℃であり、前記鉛フリー半田を前記溶融温度以上の温度で加熱する時間は２０秒〜３０秒であることを特徴とする請求項１又は２記載のリフロー半田付け方法。
【請求項４】
前記本加熱工程におけるピーク温度は２４０℃〜２５５℃であり、前記鉛フリー半田を前記ピーク温度で加熱する時間は１０秒〜２０秒であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載のリフロー半田付け方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉛フリー半田を用いて基板上に電子部品をリフロー半田付けするリフロー半田付け方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のリフロー半田付け方法として、半田をその溶融温度より低い温度で加熱する予備加熱工程と、その予備加熱工程の後に半田をその溶融温度以上の温度で加熱する本加熱工程とを含むものが知られている。このように、本加熱工程前に予備加熱工程を設けるのは、予備加熱工程において半田が均熱化されることで、本加熱工程後に十分な半田濡れ性が確保されるからである。
【０００３】
ところで、リフロー半田付けに用いられる半田としては、近年の環境問題に対する関心の高まりから、Ｓｎ／Ｐｂ系半田に替わって、Ｐｂを含有しない鉛フリー半田（例えば、Ｓｎ／Ａｇ／Ｃｕ系半田やＳｎ／Ａｇ／Ｃｕ／Ｂｉ系半田等）が主流となりつつある。しかしながら、鉛フリー半田を用いた従来のリフロー半田付け方法によって十分な半田濡れ性を確保するためには、鉛フリー半田の溶融温度がＳｎ／Ｐｂ系半田の溶融温度よりも高いことから、予備加熱工程に比較的長い時間をかける必要があった。例えば、特許文献１には、１９０秒以上かけて鉛フリー半田を１８０℃まで加熱する予備加熱工程を含むリフロー半田付け方法が開示されている。
【特許文献１】特開２００２−２９００２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、鉛フリー半田を用いた従来のリフロー半田付け方法を大気雰囲気中で実施すると、０６０３サイズや０４０２サイズ（厚さ方向から見た場合の電子部品の外形寸法がそれぞれ、約０．６ｍｍ×約０．３ｍｍ、約０．４ｍｍ×約０．２ｍｍであることを意味する）というような極小化された電子部品については、十分な半田濡れ性を確保することが困難であった。
【０００５】
そこで、本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、大気雰囲気中でリフロー半田付けを行った場合でも、０６０３サイズ以下の電子部品について十分な半田濡れ性を確保することができるリフロー半田付け方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討を重ねた結果、鉛フリー半田を用いた従来のリフロー半田付け方法を大気雰囲気中で実施した場合に、０６０３サイズ以下の電子部品については、十分な半田濡れ性を確保することが困難であったのは、基板のランド上における鉛フリー半田の半田量に起因していることを突き止めた。つまり、電子部品の極小化に伴い、基板のランド上における鉛フリー半田の半田量が少なくなっているにも拘わらず、予備加熱工程に比較的長い時間をかける結果、鉛フリー半田の総加熱時間が長くなり、鉛フリー半田が著しく酸化されてしまうのである。また、鉛フリー半田が著しく酸化される一因として、電子部品の極小化に伴い、基板のランド上における鉛フリー半田の平均粒径が小さくなり、それによって鉛フリー半田の表面積が大きくなっていることも挙げることができる。本発明者らは、このような知見に基づいて更に検討を重ね、本発明を完成させるに至った。
【０００７】
すなわち、本発明に係るリフロー半田付け方法は、鉛フリー半田を用いて基板上に電子部品をリフロー半田付けするリフロー半田付け方法であって、鉛フリー半田をその溶融温度より低いプリヒート温度で加熱する予備加熱工程と、予備加熱工程の後、鉛フリー半田を溶融温度以上の温度で加熱する本加熱工程とを含み、鉛フリー半田の総加熱時間は１８０秒〜１９０秒であることを特徴とする。
【０００８】
このリフロー半田付け方法によれば、鉛フリー半田の総加熱時間が１８０秒〜１９０秒であるため、電子部品の極小化に伴い、基板のランド上における鉛フリー半田の半田量が少なくなっていても、鉛フリー半田の著しい酸化を防止することができる。従って、大気雰囲気中でリフロー半田付けを行った場合でも、０６０３サイズ以下の電子部品について十分な半田濡れ性を確保することが可能になる。
【０００９】
なお、プリヒート温度は１５０℃〜１７０℃であり、鉛フリー半田をプリヒート温度で加熱する時間は６０秒〜７０秒であることが好ましい。また、溶融温度は２１７℃〜２２０℃であり、鉛フリー半田を溶融温度以上の温度で加熱する時間は２０秒〜３０秒であることが好ましい。更に、本加熱工程におけるピーク温度は２４０℃〜２５５℃であり、鉛フリー半田をピーク温度で加熱する時間は１０秒〜２０秒であることが好ましい。電子部品の極小化に伴い、基板のランド上における鉛フリー半田の半田量が少なくなっていても、鉛フリー半田の著しい酸化を効果的に防止することができるからである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係るリフロー半田付け方法によれば、大気雰囲気中でリフロー半田付けを行った場合でも、０６０３サイズ以下の電子部品について十分な半田濡れ性を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明に係るリフロー半田付け方法の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１２】
まず、平均粒径が３０μｍ以下の鉛フリー半田とフラックスとを混合して半田ペーストを作製し、この半田ペーストを、基板（プリント基板等）の表面に形成されたランド上に印刷する。ここで、平均粒径が３０μｍ以下の鉛フリー半田を用いるのは、０６０３サイズ以下に極小化されたチップ状の電子部品（チップコンデンサやチップコイル等のいわゆるチップ部品）をリフロー半田付けの対象とするからである。例えば、０６０３サイズの電子部品をリフロー半田付けの対象とする場合には、平均粒径が３０μｍの鉛フリー半田を用い、０４０２サイズの電子部品をリフロー半田付けの対象とする場合には、平均粒径が２０μｍ以下の鉛フリー半田を用いる。
【００１３】
続いて、電子部品の外部電極が所定のランド上に位置するように、基板上に電子部品を配置する。そして、大気雰囲気中において、図１に示された温度プロファイルとなるようにランド上の鉛フリー半田を加熱することで、基板に対する電子部品のリフロー半田付けを行う。
【００１４】
具体的には、本実施形態のリフロー半田付け方法は、図１に示されるように、鉛フリー半田を１５０℃〜１７０℃のプリヒート温度で加熱する予備加熱工程と、その予備加熱工程の後に鉛フリー半田を２１７℃〜２２０℃の溶融温度以上の温度で加熱する本加熱工程（本加熱工程におけるピーク温度は２４０℃〜２５５℃である）とを含んでいる。そして、鉛フリー半田をプリヒート温度で加熱する時間は６０秒〜７０秒、溶融温度以上の温度で加熱する時間は２０秒〜３０秒、ピーク温度で加熱する時間は１０秒〜２０秒であり、鉛フリー半田の総加熱時間は１８０秒〜１９０秒である。なお、常温からプリヒート温度に達するのに要する時間は６０秒〜７０秒、常温からピーク温度に達するのに要する時間は１５０秒〜１６０秒である。
【００１５】
以上説明したように、本実施形態のリフロー半田付け方法においては、鉛フリー半田の総加熱時間が１８０秒〜１９０秒である。そのため、電子部品の極小化に伴い、基板のランド上における鉛フリー半田の半田量が少なくなっていても、また、電子部品の極小化に伴い、基板のランド上における鉛フリー半田の平均粒径が小さくなり、それによって鉛フリー半田の表面積が大きくなっていても、鉛フリー半田の著しい酸化を防止することができる。従って、大気雰囲気中でリフロー半田付けを行った場合でも、０６０３サイズ以下の電子部品について十分な半田濡れ性を確保することが可能になる。
【００１６】
ここで、本実施形態のリフロー半田付け方法実施後の鉛フリー半田の状態と、従来のリフロー半田付け方法実施後の鉛フリー半田の状態とを比較して説明する。なお、従来のリフロー半田付け方法においては、図２に示されるように、鉛フリー半田をプリヒート温度で加熱する時間は８０秒〜９０秒、溶融温度以上の温度で加熱する時間は３０秒〜４０秒、ピーク温度で加熱する時間は１５秒〜２５秒であり、鉛フリー半田の総加熱時間は約３００秒である。
【００１７】
図３及び図４に示されるように、基板１の表面１ａには一対のランド２が形成されている。この基板１上には、電子部品３の一対の外部電極４が一対のランド２上に位置するように電子部品３が配置されている。対応するランド２と外部電極４とは鉛フリー半田５により接続されている。
【００１８】
本実施形態のリフロー半田付け方法実施後の鉛フリー半田５の状態を見てみると、図３に示されるように、大気雰囲気中でリフロー半田付けが行われたにも拘わらず、鉛フリー半田５は、完全に溶融して綺麗に濡れ上がった。このことは、平均粒径が３０μｍの鉛フリー半田でも、平均粒径が２０μｍの鉛フリー半田でも同様であった。
【００１９】
一方、従来のリフロー半田付け方法実施後の鉛フリー半田５の状態を見てみると、図４に示されるように、鉛フリー半田５は、完全に溶融せずにその表面が凸凹し、綺麗に濡れ上がらなかった。これは、電子部品３の極小化に伴い、基板１のランド２上における鉛フリー半田５の半田量が少なくなり、また、電子部品３の極小化に伴い、基板１のランド２上における鉛フリー半田５の平均粒径が小さくなることで、鉛フリー半田５の表面積が大きくなっているにも拘わらず、鉛フリー半田５の総加熱時間が約３００秒と長いため、鉛フリー半田５が著しく酸化されたためと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本実施形態のリフロー半田付け方法の温度プロファイルを示す図である。
【図２】従来のリフロー半田付け方法の温度プロファイルを示す図である。
【図３】本実施形態のリフロー半田付け方法実施後の鉛フリー半田の状態を示す断面図である。
【図４】従来のリフロー半田付け方法実施後の鉛フリー半田の状態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２１】
１…基板、３…電子部品、５…鉛フリー半田。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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