(57)【要約】      （修正有）【課題】電子・電気機器、自動車などの電装基板におけるはんだ接合部内のボイド発生を最小化する鉛フリーフローはんだ付け法を提供し、ボイド発生が実用上問題ないレベルの電装基板を提供する。これにより、基板はんだ接合部の使用環境下での疲労劣化、電気抵抗の経時変化等を抑制する。【解決手段】はんだ温度と電装基板温度、対象物である基板とはんだ噴流との相対速度、ならびに基板接合部がはんだ噴流から受けるエネルギー量を数値化したパラメータを最適化することにより、電装基板はんだ接合部のボイドの発生、はんだ付け不良を抑制することができる。はんだ接合部のボイド面積分率が３％以下、かつ体積分率が１．５％以下を満足し、ボイド直径を０．２ｍｍとする接合部から成る電装基板が得られる。これにより、電装基板の冷熱環境での疲労寿命及び電気抵抗の長期信頼性を向上させることができる。【選択図】図１
2006278634.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
はんだ付け時のはんだ噴流が基板にあたる直前の電装基板の温度を１００℃〜１５０℃、はんだ付け時のはんだ温度を２３５℃以上２５５℃以下の温度範囲で、さらにはんだ温度が液相線温度＋１５℃以上の温度であり、基板と基板接合部のはんだ噴流との相対速度を０．１５ｍ／秒以上０．４５ｍ／秒以下とし、噴流速度の二乗を基板搬送速度で割ったエネルギーに関係するパラメーター（エネルギーパラメーター）を、２Ｊ・ｓｅｃ／ｋｇ／ｍ以上４０Ｊ・ｓｅｃ／ｋｇ／ｍ以下とする鉛フリーはんだのフローはんだ接合方法。
【請求項２】
基板穴へ端子を圧入装着した構造体の基板裏面の端子とランドを鉛フリーはんだ付けしたはんだ接合部内のボイドの面積分率が３％以下、かつ体積分率が１．５％以下である請求項１に記載の電装基板のフローはんだ付け方法。
【請求項３】
基板穴へ端子を圧入装着した構造体の基板裏面の端子とランドを鉛フリーはんだ付けしたはんだ接合部内に発生するボイドの球相当直径が０．２ｍｍ以下である請求項１に記載の電装基板のフローはんだ付け方法。
【請求項４】
基板穴へ端子を圧入装着した構造体の基板裏面の端子とランドを鉛フリーはんだ付けしたはんだ接合部内のボイドの面積分率が３％以下、かつ体積分率が１．５％以下である電装基板。
【請求項５】
基板穴へ端子を圧入装着した構造体の基板裏面の端子とランドを鉛フリーはんだ付けしたはんだ接合部内に発生するボイドの球相当直径が０．２ｍｍ以下である電装基板。
【請求項６】
基板穴へ端子を圧入装着した構造体の基板裏面の端子とランドを鉛フリーはんだ付けしたはんだ接合部内のボイドの球相当直径が０．２ｍｍ以下である電装基板を用いるはんだ接合部の熱疲労亀裂防止方法。
【請求項７】
基板穴へ端子を圧入装着した構造体の基板裏面の端子とランドを鉛フリーはんだ付けしたはんだ接合部内のボイドの面積分率が３％以下、かつ体積分率が１．５％以下である電装基板を用いるはんだ接合部の電気抵抗上昇を長期間に渡って防止する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子・電気機器、自動車などの産業において、基板に鉛フリーはんだをフローはんだ付け法により実装する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
家電や自動車などの分野で使われている電装基板のはんだ接合部は、使用期間において、電気伝導性を維持し、基板に接合している端子等の金属部品を機械的に保持する機能を担っている。はんだ接合の形態の中で、スルーホールはんだ接合部、および圧入端子を補強するはんだ接合においては、フローはんだ付け装置による接合方法が用いられている。
【０００３】
従来、ＳｎＰｂ共晶はんだが使用されていたが、人体にとって毒性のある鉛を除外するため、近年、鉛を含まないはんだ材料が開発されてきた。鉛を含まないはんだとしては、Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｚｎ系、Ｓｎ−Ｂｉ系などがある。これらの中でも、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだは、はんだ濡れ性と接合後の長期信頼性の観点で他の系と同等以上の特性を有しており、多くの製品の接合に利用され始めてきている。しかし、従来のＳｎＰｂ共晶はんだの融点が１８３℃であるのに対し、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系の融点は、低くても２１７℃であり、ＳｎＰｂ共晶はんだよりも約３５℃高いという特徴がある。
【０００４】
フローはんだ接合を良好に成し得るためには、はんだがはんだ付けされる物体に対して十分に濡れる必要がある。濡れ性ははんだ融体の温度が高いほど良く、従来のＳｎＰｂはんだでは、はんだ融体の温度を、２２０〜２５０℃、すなわち（融点＋４０）℃〜（融点＋７０）℃としており、十分な濡れ性を実現すると共に、基板に実装される部品や端子表面などに対し熱損傷を与えない安全な温度で実装することができていた。
【０００５】
フローはんだ付け法におけるはんだ温度の上限は、電装基板に実装する部品や端子、および基板そのものの耐熱性によって決められる。一般に、部品に熱損傷を与えないはんだ温度の上限は、概ね２６０℃程度である。ただし、耐熱温度の低い材料・機構から成る部品や端子をはんだ付けする場合は、その耐熱温度以下となるようはんだ温度を設定せねばらなず、２６０℃よりも低いはんだ温度に設定しなければならない場合も多々ある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したように、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだは、ＳｎＰｂ共晶はんだと比較して融点が高いため、部品の耐熱温度から決まるはんだ温度の上限により、はんだ融体温度とはんだ融点との差を小さくせざるを得ないことになる。その結果、フローはんだ付けにおけるＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだの濡れ性は、ＳｎＰｂ共晶はんだの濡れ性よりも劣り、濡れ不良や、種種の欠陥が発生することが問題となっている。
【０００７】
フローはんだ付けにおいて、はんだ接合部の信頼性を阻害するはんだ欠陥としては、上記した濡れ不良以外にも、ブリッジ、つらら、引け巣、ボイド、銅食われなどがある。これらについては、極力抑える必要があり、それを回避する方法が考案されている。
【０００８】
中でも、ボイドについては、その発生機構が不明瞭であり、その発生を低下させることが難しいとされている。ボイドの発生原因として、大量のガスを含んだ酸化物や大気がはんだ噴流に巻き込まれたもの、基板やめっき内に閉じ込められていた気体成分がスルーホール部分の銅めっき欠陥を通路にして発生したもの、濡れ性の劣化を補うために塗布するフラックス成分が気化したものがある。また、濡れ不足によりはんだ融体とはんだ付けされる物質との間に気体成分が残り、ボイドとなって残存する場合もある。
【０００９】
上記原因を基として溶融はんだ内に出現したガス成分は、比重がはんだよりも極めて小さいため、スルーホールとリードの隙間から、上方へと抜けていく。これは理想的であり、ボイドが残存しないはんだ接合部となる。ボイドがはんだ融体中を浮上してスルーホール内のはんだ融体の上端から、大気中へ抜け出るためには、はんだ融体の粘度が十分に低いことと、ボイドが抜け出るまでの間、はんだ融体が低い粘性を保ち続けることが必要となる。
【００１０】
しかし、一般にはんだ融体の粘性は高い。また、融点の高いＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだの粘性は、浴温度が同じ場合、ＳｎＰｂ共晶はんだより大きくなってしまい、よりボイドの浮上を阻止することとなり、はんだ接合部内にボイドが残存し易くなってしまう。また、融点が高い故に、はんだ付けをした後のはんだ凝固までの時間も短く、ボイドが抜け出るまでの十分な時間を液体のままで存在することができず、ボイドが残存し易くなる。
【００１１】
はんだ付けした製品は、その製品の使用環境下でさまざまな負荷を受ける。環境の温度変化があると、昇降温に伴なってはんだ周辺部材の伸縮が起き、柔らかいはんだ材料へ繰り返しひずみが負荷され、やがては疲労亀裂が発生する。また、たとえば車載環境では、常時振動を受け微小ではあるが多数回のひずみが負荷され、やはり長期間の使用により疲労亀裂を生じる。
【００１２】
はんだ接合部内にボイドが存在すると、ボイド周辺では、負荷されるひずみが集中し、ボイドが存在しない部分と比較して、亀裂の発生、進展が顕著になる。ボイドが十分に小さいサイズであり、はんだ接合部内に占める体積が十分に小さいとしても、たとえば、長期の信頼性を要求される車載製品においては、いずれはひずみ負荷によって亀裂が発生し、亀裂が進展してしまうという問題が生じる。
【００１３】
はんだ接合部内に亀裂が存在すると、端子等の基板に接合されている部品において、機械的な保持強度の低下や電気伝導性の低下の原因となり、はんだ接合部が担う機械的強度および導電率の機能を維持しきれなくなる。
【００１４】
端子等の電子部品が通電等により熱を発生する場合には、電子部品のはんだ接合部は放熱経路となる場合があり、ボイドが存在するとこれが熱流動の妨げとなることがある。この場合、ボイドの数量が僅かであれば問題無いこともあるが、電子部品が長期間に渡って使用する製品の場合には、上記のはんだ接合部に生じる亀裂欠陥も放熱を妨げる複合的な要因となるので、小さい数量であってもボイドを含んだ接合部は十分な信頼性を有しているとは言えない。
【００１５】
また、はんだ接合部に生じた亀裂等の欠陥は、端子部の電気抵抗増加の原因となる。また、亀裂がボイドからはんだフィレット表面に貫通し、この亀裂を通じて腐食が進行して、さらに電気抵抗が著しく増加する場合がある。また、例えば車載製品などのように母体（車体）が稼動中、振動状態に曝されるような状況では、亀裂が貫通している接合部では電気伝導が遮断されることがある。これらの場合における電気抵抗の増加は、精密な電流制御が必要な電子機器の端子接合部に用いると、電子機器が正常に動作しない場合があり問題となる。
【００１６】
ボイドや他の欠陥の発生を防止する方法としては、特開平０９−１４８７２５にはフローはんだ付け装置内にスリット板を設け、濡れ不良を防止する方法が記載され、特開２００３−３０４０３７には部品面からの冷却機構を設け、引け巣やボイドを低減することが記載されている。また、特開２００１−３５２１６１には、はんだ浴を加圧するフィンの駆動系を外気と遮断することにより、空気巻き込みを防ぎ、はんだの酸化とボイドの発生を防止する方法が述べられている。あるいは、はんだ付けされる基板内部に気体成分を残留させないことや、はんだ付け時の雰囲気を制御することも、ボイドの根源を消失させる点で効果があるとされている。
【００１７】
【特許文献１】特開平０９−１４８７２５号公報
【特許文献２】特開２００３−３０４０３７号公報
【特許文献３】特開２００１−３５２１６１号公報
【００１８】
上記より、ボイドを減ずるための対策として、酸化物や大気を噴流に巻き込ませない工夫（特開２００１−３５２１６１）や、冷却方法を改善する方法（特開２００３−３０４０３７）にて回避されるとのことだが、ボイド低減の度合いについては開示されていない。  また、電装基板の長期信頼性を高めるのに、ボイド低減は不可欠な技術であるが、噴流速度、搬送方式など、フローはんだ付け装置を用いたフローはんだ付けに関する先行技術は多数開示されているものの、はんだ不良、特にボイド低減に対しては、フローはんだ条件をどのように制御すべきか不明であるのが現状である。
【００１９】
また、この対策として、噴流を高く上げない工法や噴流体の速度を低めに設定する製造条件が採用されてきたが、これらの方法によっても、ボイド発生を防止しつつ他のはんだ付け不良を低減させる良い条件を見出せなかった。本発明は、生産性を落とさずに他のはんだ欠陥とボイドの発生を防止する方法として、噴流の速度を上げてフローはんだ付けする工法を確立したものである。さらに本発明は、接合部がはんだ噴流から受けるエネルギーに着目し、これを制御することで、ブリッジ、ツララ、銅食われの欠陥を、防止したものである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明では、フローはんだ付けの条件として、はんだ付け時のはんだ噴流が電装基板の温度条件とはんだ付け時のはんだ温度等の温度条件の他、噴流と基板の相対速度や噴流が電装基板に衝突する時のエネルギーに関係したパラメータ等を所定範囲に制御することにより、はんだ付け部にブリッジ、ツララ、銅食われの欠陥を発生することなく、ボイドの発生を防止するＰｂフリーはんだのはんだ付け条件を提供する。それにより、電装基板のはんだ部の熱疲労亀裂の進展を防止することができると共に、電装基板の電気抵抗の増加を長期間に渡って防止することができる。
【００２１】
本発明の一つは、基板接合部のはんだ噴流との相対速度を０．１５ｍ／秒以上０．４５ｍ／秒以下に制御することである。相対速度を０．１５ｍ／秒以上とすることにより、接合部に充填された液体のはんだが十分に攪拌され、噴流体に巻き込まれた気体成分が脱出し易くなると共に、基板から発生した気体成分も逃げ易くなる。また、気体成分を余分なはんだと共に吹き飛ばすことも可能となる。したがって、はんだ内部にボイドが閉じ込められることを防止することができる。相対速度が０．４５ｍ／秒を超えると、はんだ飛散が多くなり効率の良い接合を実施することができなくなり、相対速度が０．１５ｍ／秒を下回ると、接合部に充填された液体のはんだへの攪拌が不十分となり気体が脱げにくくなると共に、気体成分を吹き飛ばす効果も低下し、はんだ内部にボイドが閉じ込められ易くなる。
【００２２】
本発明において、発明者等は基板接合部のフローはんだのフローはんだ付け条件について検討した結果、はんだ噴流の有するエネルギーと基板搬送速度との関係が重要な役割を担うことを見出した。具体的には、基板接合部の単位長さがはんだ噴流から受けるはんだ単位重量当たりのエネルギーに関係するパラメーター（エネルギーパラメーター）を、２Ｊ・ｓｅｃ／ｋｇ／ｍ以上４０Ｊ・ｓｅｃ／ｋｇ／ｍ以下に制御することである。
【００２３】
エネルギーパラメーターが、２Ｊ・ｓｅｃ／ｋｇ／ｍ未満では、形成されたフィレットを噴流から切るための十分なエネルギーが無く、その結果、切れが悪くなってブリッジやツララが多発することが本発明で明らかとなった。逆にエネルギーパラメーターが４０Ｊ・ｓｅｃ／ｋｇ／ｍを超えると、基板の銅ランドがはんだ噴流と過剰に反応し、銅ランドの一部が消失してしまう不良、すなわち銅食われが多発した。よって、エネルギーパラメーターが２Ｊ・ｓｅｃ／ｋｇ／ｍ以上４０Ｊ・ｓｅｃ／ｋｇ／ｍ以下の範囲に設定することにより、被接合部に形成されたはんだフィレットを、ブリッジやツララなどの欠陥を生じさせずに噴流から切り離すために必要なエネルギーを確保するとともに、銅食われ不良が起きないようにすることができる。
【００２４】
本発明は、基板接合部のはんだ噴流との相対速度を制御することにより、ボイドの発生を極めて少量とすることができると共に、はんだ飛散の不良が発生しない条件を見出し、かつ、エネルギーパラメーターを制御することにより、ブリッジやツララの不良が無く、銅食われ不良の無い条件を見出したものである。
【００２５】
また、本発明では、はんだ付け時のはんだ噴流が基板にあたる直前の電装基板の温度を１００℃〜１５０℃、はんだ付け時のはんだ温度を２３５℃以上２５５℃以下の温度範囲で、さらにはんだ温度が液相線温度＋１５℃以上の温度とした。電装基板のはんだ付け時のはんだ噴流が基板にあたる直前の電装基板の温度を１００〜１５０℃としたのは、この温度において、フラックス中の活性剤の被接合部表面に対する還元機能が消失することなく、接合部へ供給するはんだが電装基板や端子に接触する際にはんだが冷やされ過ぎて濡れ不良が発生する事を防ぐのに最適な温度であるからであり、加えて、フラックスの溶媒成分を気化させるために必要な温度であるからである。尚、上限温度を超えると、電素基板や搭載部品の温度が高くなり過ぎ、熱による損傷を受けやすくなる。
（下限値を削除した。）
【００２６】
はんだ付け時のはんだ温度を２３５℃以上２５５℃以下の温度範囲で、さらにはんだ温度が液相線温度＋１５℃以上の温度としたのは、この温度範囲にて、はんだの粘性を低く保つことができ、ボイドが脱出するのを助長するからであり、液相線温度＋１５℃あるいは２３５℃を下回るとはんだ粘性が高まってボイドが残留しやすくなると共に濡れ不良欠陥が多発し、また２５５℃を上回ると電装基板や搭載部品に熱損傷を与える恐れがある。
（下限値を削除した。）
【００２７】
さらに、本発明における好ましい範囲としては、ノズル幅を１ｍｍ〜１０ｍｍとすることである。この範囲において、噴流幅方向における噴流速度のばらつきを低く抑えることができる。すなわち、噴流の幅方向に対しても乱れが少なくほぼ一定な速度を持った噴流とすることができる。ノズル幅が１ｍｍ未満では、はんだ噴流そのものが周囲の雰囲気によって冷却され過ぎ、良好な噴流の条件とならなかった。ノズル幅が１０ｍｍを超えると、噴流幅方向における噴流速度のばらつきが顕著になってしまい、噴流が安定しなかった。ノズル幅は１ｍｍ〜１０ｍｍが望ましいが、より好ましくは、１ｍｍ〜６ｍｍ程度である。この範囲であれは、さらに噴流の速度分布が安定する。
【００２８】
次に、本発明は、上記フローはんだ付け条件を実現させるために、一段の噴流機構からなるフローはんだ付け装置を用いるものである。噴流速度は、噴流ノズル形状、はんだの押出し圧力により制御することができる。ノズル形状としては、ノズルの幅を変える方式が望ましい。はんだ押出圧力の制御は、動力源となる回転翼の回転速度を制御する方式で行う。ボイド発生の状況は、透過×線装置を用いた観察により確認ができ、簡単な計算を経て、はんだ接合部内のボイドの面積分率および体積分率を導くことができる。
【００２９】
請求項１に記載の発明は、はんだ付け時のはんだ噴流が基板にあたる直前の電装基板の温度を１００℃〜１５０℃、はんだ付け時のはんだ温度を２３５℃以上２５５℃以下の温度範囲で、さらにはんだ温度が液相線温度＋１５℃以上の温度であり、基板と基板接合部のはんだ噴流との相対速度を０．１５ｍ／秒以上０．４５ｍ／秒以下とし、噴流速度の二乗を基板搬送速度で割ったエネルギーに関係するパラメーター（エネルギーパラメーター）を、２Ｊ・ｓｅｃ／ｋｇ／ｍ以上４０Ｊ・ｓｅｃ／ｋｇ／ｍ以下とする鉛フリーはんだのフローはんだ接合方法である。
【００３０】
請求項２に記載の発明は、基板穴へ端子を圧入装着した構造体の基板裏面の端子とランドを鉛フリーはんだ付けしたはんだ接合部内のボイドの面積分率が３％以下、かつ体積分率が１．５％以下である請求項１に記載の電装基板のフローはんだ付け方法である。
【００３１】
請求項３に記載の発明は、基板穴へ端子を圧入装着した構造体の基板裏面の端子とランドを鉛フリーはんだ付けしたはんだ接合部内に発生するボイドの球相当直径が０．２ｍｍ以下である請求項1に記載の電装基板のフローはんだ付け方法である。
【００３２】
請求項４に記載の発明は、基板穴へ端子を圧入装着した構造体の基板裏面の端子とランドを鉛フリーはんだ付けしたはんだ接合部内のボイドの面積分率が３％以下、かつ体積分率が１．５％以下である電装基板である。
【００３３】
請求項５に記載の発明は基板穴へ端子を圧入装着した構造体の基板裏面の端子とランドを鉛フリーはんだ付けしたはんだ接合部内に発生するボイドの球形相当直径が０．２ｍｍ以下である電装基板である。
【００３４】
請求項６に記載の発明は、基板穴へ端子を圧入装着した構造体の基板裏面の端子とランドを鉛フリーはんだ付けしたはんだ接合部内のボイドの球相当直径が０．２ｍｍ以下である電装基板を用いるはんだ接合部の熱疲労亀裂防止方法である。
【００３５】
請求項７に記載の発明は、基板穴へ端子を圧入装着した構造体の基板裏面の端子とランドを鉛フリーはんだ付けしたはんだ接合部内のボイドの面積分率が３％以下、かつ体積分率が１．５％以下である電装基板を用いるはんだ接合部の電気抵抗上昇を長期間に渡って防止する方法である。
【発明の効果】
【００３６】
本発明によれば、フローはんだ付けにおける各種条件を適正化することにより、ボイドの発生を極めて低く抑えることができ、さらに、はんだ飛散、ブリッジ、ツララ、銅食われの各種はんだ付け不良の発生を皆無とすることが可能となる。よって、信頼性の高い接合部を提供することが可能となった。
【００３７】
詳しくは、一段の噴流機構のフローはんだ付け装置において、はんだ温度と電装基板温度、ならびに対象物である基板とはんだ噴流との相対速度を最適化することにより、はんだのボイドの発生を低く抑えることを可能とした。この製品を使用する環境下、例えば車載などにおいても、高い信頼性を持続させることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
図１に示すフローはんだ付け装置にて、プレヒートゾーン、噴流ゾーン、冷却ゾーンから構成される搬送ライン上を、電装基板を搬送し、フローはんだ付けを行なう。はんだ噴流は、真上への噴出ではなく、搬送ラインに沿って、搬送ラインの下流から上流へ向けて斜めに噴出するノズルを使用した。はんだ噴流の速度は、回転翼の回転速度を変えることにより、溶融はんだへの加圧力を制御できる機構である。
【００３９】
図２に示すように、ノズルは水平軸に対して角度を持たせ、この角度が６０度のものを作成した。ノズルに角度を持たせているために、噴流を搬送ラインの下流方向から上流方向に噴出する方式となる。フローはんだ付け装置としては、一次噴流のみを配備するものとした。また、ノズル幅は５．０ｍｍとした。
【００４０】
はんだ噴流の速度の変化に伴なって、はんだ噴流の到達高さも変化するので、はんだ噴流の最高到達高さより０．５〜２ｍｍ低い位置に実装基板裏面が来るよう、搬送ライン高さを、実験の都度調整した。
【００４１】
図３に示すように、はんだ噴流が電装基板裏面に当たる際の噴流の速度、すなわち、はんだ噴流の最高到達高さ部における噴流の速度は、噴流体が、垂直方向には自由落下運動を、水平方向には等速直線運動をするものと仮定して算出した。はんだ噴流が電装基板裏面に当たる際の噴流の速度は、ノズル幅と加圧力の組み合わせにより決定されるが、噴流の到達高さ（ｈ）と水平飛距離（ｕ）を計測することで、より簡便に算出した。
【００４２】
さらに、はんだ付けされる電装基板裏面に対する、はんだ噴流の相対速度を、（相対速度）＝（はんだ噴流の速度）＋（基板搬送速度）により算出した。両速度を加算する理由は、傾斜したノズルから噴出されるはんだ噴流の方向が、搬送ラインの基板搬送方向に対して逆向きだからである。
【００４３】
厳密には、搬送ラインは下流から上流に向かって水平軸に対しプラス数度傾斜していると共に、はんだ噴流は噴流の最高到達部ではなく最高到達部のやや手前で電装基板裏面に当たっているので、噴流の向きも水平軸に対して若干傾斜している。よって、搬送される電装基板と噴流の両者が当たる点での相対速度は、搬送ラインと噴流の傾きを考慮し補正した値を用いるのが正しいが、傾斜角度が僅かであることから、上記数式を用いることとした。
【００４４】
基板接合部の単位長がはんだ噴流から受ける噴流の単位重量当たりのエネルギーに比例するパラメーターを以下のようにして算出した。はんだ噴流が被接合部（基板）に当たる際の噴流の相対速度をｖとすれば、はんだ噴流単位重量当たりの運動エネルギーは、１／２×ｖ２で与えられる。被接合部における搬送軸方向の単位長（Ｌ）分が、はんだ噴流に当たっている時間は、基板搬送速度をＶとすればＬ／Ｖとなり、Ｌ＝１として１／Ｖにて与えられる。したがって、基板接合部の単位長が受けるはんだ噴流のエネルギーは、（（１／２）×ｖ２）／Ｖとなる。このエネルギー量に関係するパラメータ：ｖ２／Ｖをエネルギーパラメーターと定義する。なお、単位は、エネルギーに速度の逆数を掛けたを重量で割った形で、Ｊ・ｓｅｃ／ｋｇ／ｍで表記される。
【００４５】
図４に端子圧入後の電装基板の概観図を示す。また、図５に電装基板のはんだ接合部断面の模式図を示す。はんだ付けを行う電装基板は、端子を基板に圧入した後、基板裏面をはんだにて補強するものとした。この電装基板は、ガラスエポキシ樹脂基板の両面に銅箔を貼った長さ３４ｍｍ、幅２８ｍｍ、厚さ１．３ｍｍのサイズの基板に、直径０．８ｍｍの穴が、基板横方向に１０個、縦方向に１０個、合計１００個空いており、０．６４ｍｍ角の黄銅端子を各穴に圧入した構造である。
【００４６】
固形分６重量％、塩素量０．０２％のフラックスを用い、フラックス塗布量を１００ｍｌ／ｍ／ｍとし、基板の予熱は種々の条件で行い、はんだが基板と接触する直前の温度を測定し、基板の予熱温度とした。
【００４７】
続いて、実装後のサンプルについて、透過×線装置にてボイドを観察した。透過×線は、原子番号の高い元素ほど透過しにくく、また、物質が×線光路方向に厚く存在するほど、透過しにくい特徴を有する。よって、物質の中に、空隙が存在する場合は、その空隙の部位のみ×線が透過し易くなるため、周囲の物質が濃いコントラストで、かつ空隙が薄いコントラストで、透過×線像が映し出される。したがって、ボイドを有するはんだ接合部を透過×線装置にて観察する場合は、ボイドが白く抜けた像として映し出される。
【００４８】
図６に、端子を基板に圧入し、基板裏面をフローはんだ付け法によってはんだ付けした電装基板について、基板の法線の向きに×線を透過させ観察した透過×線像の模式図を示す。透過×線ではボイドは円形で映し出されるが、実際には球に近い形である。このような像より、透過×線像におけるはんだ面積に対するボイドの面積の比率とはんだ体積に対するボイド体積の比率を算出した。
【００４９】
ボイド体積の割合の算出においては、接合前後の基板重量を計量し、接合後の重量から接合前の重量を差し引いてはんだ重量を求め、さらに接合部一ヶ所当たりの重量を求め、はんだの密度（７．４ｇ／ｃｍ３）より体積へ換算した。本電装基板における接合部一ヶ所のはんだ体積は、０．５３ｃｍ３であった。上記の操作を、一枚の電装基板の全接合部にて実行し、接合部１個あたりの平均値を換算した。
【実施例１】
【００５０】
表１に、鉛フリーはんだの組成、はんだ温度の条件、およびボイド観察結果を示した。この実験では、基板予熱温度を１００℃とし、噴流速度を０．２５ｍ／秒、基板搬送速度を０．８ｍ／分とした。相対速度を０．２６ｍ／秒、ならびにエネルギーパラメーターを４．７Ｊ・ｓｅｃ／ｋｇ／ｍとしたので、相対速度とエネルギーパラメータは本発明の請求項１に記載の範囲に含まれるＳｎ−３％Ａｇ−０．５％Ｃｕ、Ｓｎ−３％Ａｇ−０．５％Ｃｕ−０．０５％Ｎｉ−０．００５％Ｇｅ、Ｓｎ−０．７％Ｃｕの各はんだについて、はんだ温度を２３５℃から２５５℃の範囲とした場合には、ボイド率が小さく、はんだ付け不良の無い、良好な接合部を形成させることができた。尚、はんだ組成の比率は重量パーセントによる表記で、Ｓｎの比率は表記していないがＡｇ、Ｃｕなどの添加元素の比率を除いた残量である。
【００５１】
一方、Ｓｎ−３％Ａｇ−０．５％Ｃｕはんだにおいて、はんだ温度を２３０℃および２６０℃とした場合は、ランド濡れ不良や銅食われが発生し不適であった。以上の結果より、はんだ温度としては、下限値が２３５℃もしくは使用するはんだの液相線温度＋１５℃の以上のいずれか高い方の温度から２５５℃以下の狭い温度範囲にすることにより、ボイド発生を抑え、かつはんだ付け不良の発生を抑制することが可能であることが判る。
【００５２】
【表１】
2006278634.tif 000003
【実施例２】
【００５３】
表２に、はんだ付け時のはんだ噴流が基板にあたる直前の電装基板の温度条件とフローはんだ付けにおけるボイド観察結果を示した。ここでは、発明例１と同じ組成のＳｎ−３％Ａｇ−０．５％Ｃｕはんだを用い、はんだ温度２４５℃で、発明例１と同じ噴流速度０．２５ｍ／秒、基板搬送速度０．８ｍ／分の条件にてフローはんだ付けを行った。はんだ付け時のはんだ噴流が基板にあたる直前の電装基板の温度が１００℃、および１５０℃の場合は、ボイド率が小さく、はんだ付け不良の無い、良好な接合部を形成させることができた。一方、予熱温度が９０℃および１６０℃の場合は、ボイドの発生が増加すると共に濡れ不良が生じ不適であった。以上の結果より、基板の予熱温度は１００℃以上１５０℃以下とすることにより、ボイド発生を抑え、かつはんだ濡れ不良の発生を抑制することが可能である。
【００５４】
【表２】
2006278634.tif 000004
【実施例３】
【００５５】
表３には、はんだ温度２４５℃のＳｎ−３％Ａｇ−０．５％Ｃｕはんだを用い、基板予熱温度を１００℃として、フローはんだ付け条件を変えた場合のボイドの発生状況を観察した結果を示す。発明例７〜１３より、相対速度とエネルギーパラメーターの組み合わせが、それぞれ、０．１６と３１、０．１６と１５、０．２３と２．２、０．２８と３．０、０．４２と５．１、０．４５と２３、０．４５・３９、および０．３２・１９の場合については、ボイド発生を抑えつつ他のはんだ付け不良の発生を抑制することが可能であった。これらの結果を図７に示すと、ボイド発生を抑えつつ他のはんだ付け不良の発生を抑制することが可能な領域は、ＡＢＣＤＥＦＧＡの各点を結んだ範囲の内部である。なお、図７はエネルギーパラメーター軸を対数表示とし、相対速度軸をリニア表示とした。
【００５６】
【表３】
2006278634.tif 000005
【００５７】
一方、比較例５にて相対速度が０．１２ｍ／秒の場合、ならびに比較例９にて相対速度が０．１３ｍ／秒の場合は、著しくボイドが増え不適であった。比較例６にてエネルギーパラメーターが１．３Ｊ・ｓｅｃ／ｋｇ／ｍの場合は、ブリッジが発生し不適であった。比較例７にて相対速度が０．４７ｍ／秒の場合は、基板裏面にてはんだ飛散が生じ不適であった。比較例８にてエネルギーパラメーターが４６Ｊ・ｓｅｃ／ｋｇ／ｍの場合は、銅食われが発生し不適であった。以上より、相対速度が０．１５ｍ／秒以上０．４５ｍ／秒以下、かつエネルギーパラメーターが２Ｊ・ｓｅｃ／ｋｇ／ｍ以上４０Ｊ・ｓｅｃ／ｋｇ／ｍ以下の範囲において、ボイド発生を抑えつつ、他のはんだ付け不良の発生を抑制することが可能であることが分かった。
【実施例４】
【００５８】
表４は、車室内環境での使用を想定し、その使用条件を考慮し、温度サイクル試験を行った場合の接合部の劣化を調べた結果である。サイクル試験の条件は、−３０℃で３０分保持後、８０℃で３０分保持する操作を繰り返すもので、３０００サイクルまで実施した。１０００サイクル毎にサイクル試験を一旦中断し、接合部表面を観察して疲労亀裂が発生しているか否かを調べた。接合部に発生したボイドの球相当直径の最大値が０．２ｍｍ未満の発明例８・発明例９においては、３０００サイクル経ても亀裂は見られなかった。これに対し、球相当直径の最大値が０．２ｍｍを超えている比較例５においてはその端子において、２０００サイクルで亀裂の発生が認められた。
【００５９】
【表４】
2006278634.tif 000006
【実施例５】
【００６０】
図８は、実施例４と同様の加速試験を実施し、１０００サイクル毎に電気抵抗を測定した結果である。ボイドの体積分率が０．１％の発明例１１では、５０００サイクルを経ても電気抵抗の上昇は見られなかった。一方、体積分立率が３．０％の比較例９については、４０００サイクルで抵抗値の微増があり、５０００サイクルでは初期の２倍程度にまで上昇した。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】フローはんだ付け装置。
【図２】フローはんだ付け装置の噴流ノズル。
【図３】噴流の模式図。
【図４】圧入とはんだ補強による電装基板の図。
【図５】圧入とはんだ補強による電装基板の接合部断面の模式図。
【図６】圧入とはんだ補強による電装基板の接合部透過×線像の模式図。
【図７】相対速度とエネルギーパラメーターの関係図。
【図８】サイクル試験における電気抵抗値の変化
【符号の説明】
【００６２】
１電装基板
２搬送ライン
３はんだ噴流
４ノズル
５はんだ浴
６はんだ槽
７予熱ゾーン
８冷却ゾーン
１１ノズル角度
１２ノズル幅
２１噴流速度ベクトル
２２噴流速度ベクトル（垂直方向）
２３噴流速度ベクトル（水平方向）
２４噴流高さ
２５噴流飛距離
３１端子
３２基板
４１はんだ
５１銅ランド
５２ガラスエポキシ樹脂
５３レジスト
５４ボイド
６１透過×線像におけるボイド部
６２透過×線像における端子部
６３透過×線像におけるはんだ部
【図１】
2006278634.tif 000007
【図２】
2006278634.tif 000008
【図３】
2006278634.tif 000009
【図４】
2006278634.tif 000010
【図５】
2006278634.tif 000011
【図６】
2006278634.tif 000012
【図７】
2006278634.tif 000013
【図８】
2006278634.tif 000014