(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンベア式はんだ付け装置を用いた、プリント配線板または表面実装部品を搭載したプリント回路板の鉛フリーのはんだ材料によるはんだ付け方法において、リード端子がスルーホールに挿入され挿入タイプ電子部品が搭載された前記プリント配線板または前記プリント回路板をはんだ付けし凝固させた後、前記プリント配線板または前記プリント回路板をリフロー炉に搬送装入し、前記リフロー炉の内部の前記プリント配線板または前記プリント回路板の上下方向に配置された加熱用の熱風噴出用ノズルから前記プリント配線板または前記プリント回路板の全面を含む範囲に噴出される熱風により前記プリント配線板または前記プリント回路板全体が前記はんだ材料の規定の融点以上の温度に加熱され、前記はんだ付けされた前記挿入タイプ電子部品のはんだ接合部のはんだを再度溶融させた後に、前記規定の融点以上の温度で前記プリント配線板または前記プリント回路板を均一加熱保持し、前記リフロー炉の内部の前記プリント配線板または前記プリント回路板の上下方向に配置された冷却用の冷媒噴出用ノズルから前記プリント配線板または前記プリント回路板の全面を含む範囲に噴出される冷媒によりその均一加熱保持された前記プリント配線板または前記プリント回路板の全体が同時に冷却され、前記再度溶融されたはんだが凝固されることを特徴とするプリント配線板またはプリント回路板のはんだ付け方法。
【請求項２】
コンベア式はんだ付け装置を用いた、プリント配線板または表面実装部品を搭載したプリント回路板の鉛フリーのはんだ材料によるはんだ付け方法において、リード端子がスルーホールに挿入され挿入タイプ電子部品が搭載された前記プリント配線板または前記プリント回路板のはんだ付けがなされたとき、はんだ付けされたはんだが凝固する前に、前記プリント配線板または前記プリント回路板をリフロー炉に搬送装入し、前記リフロー炉の内部の前記プリント配線板または前記プリント回路板の上下方向に配置された加熱用の熱風噴出用ノズルから前記プリント配線板または前記プリント回路板の全面を含む範囲に噴出される熱風又は前記リフロー炉の内部の前記プリント配線板または前記プリント回路板の上下方向に配置された冷却用の冷媒噴出用ノズルから前記プリント配線板または前記プリント回路板の全面を含む範囲に噴出される冷媒により前記プリント配線板または前記プリント回路板は規定の融点以上の温度になるまで加熱又は冷却され、前記規定の融点以上の温度で均一に加熱保持された前記プリント配線板または前記プリント回路板の全体が同時に冷却され、溶融されたはんだが凝固されることを特徴とするプリント配線板またはプリント回路板のはんだ付け方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載のプリント配線板またはプリント回路板のはんだ付け方法に使用されるコンベア式はんだ付け装置であって、プレヒートユニットとはんだ槽から構成されるフロー炉と、前記フロー炉の後部に接続され加熱部と冷却部が一体的に構成されたリフロー炉と、前記フロー炉と前記リフロー炉の同一ライン上に配置されたコンベアと、前記コンベア上を搬送されるはんだ付け用基板の位置を検知するセンサーと、前記センサーの信号から位置データを読み取る検知部と、前記プリント配線板または前記表面実装部品を搭載したプリント回路板の前記検知部からの位置データにより前記フロー炉と前記リフロー炉の加熱および冷却と前記コンベアのスピードを制御するコントローラと、を備え、
前記リフロー炉は、当該リフロー炉内に搬送装入された前記プリント配線板または前記表面実装部品が搭載されたプリント回路板を、均一に加熱するために当該リフロー炉内に配置された加熱用の熱風噴出用ノズルと、均一に冷却するために当該リフロー炉内に配置された冷却用の冷媒噴出用ノズルとを有し、前記コントローラからの要求に応じて、加熱用の熱風を前記熱風噴出用ノズルから噴出する、又は冷却用の冷媒を前記冷媒噴出用ノズルから噴出することで瞬時に加熱と冷却の切り替えが可能であること特徴とするコンベア式はんだ付け装置。
【請求項４】
請求項１または２に記載のプリント配線板またはプリント回路板のはんだ付け方法に使用されるコンベア式はんだ付け装置であって、プレヒートユニットとはんだ槽から構成されるフロー炉と、前記フロー炉の後部に接続され加熱部と冷却部が一体的に構成されたリフロー炉と、前記フロー炉と前記リフロー炉の中間に搬送ラインを２つ以上に分岐するコンベヤ分岐部と、前記コンベア分岐部を含む第１のコンベアと、分岐された第２のコンベアと、前記第２のコンベア接続された別のリフロー炉と、前記第１および第２のコンベア上で搬送される前記プリント配線板または前記プリント回路板の位置を検知するセンサーと、前記センサーの信号から位置データを読み取る検知部と、前記プリント配線板または前記表面実装部品を搭載したプリント回路板の前記検知部からの位置データにより前記フロー炉と前記２つ以上のリフロー炉の加熱および冷却と前記第１および第２のコンベアスピードと分岐部におけるフローはんだ付けが終了した前記プリント配線板または前記表面実装部品を搭載したプリント回路板の仕分けを制御するコントローラと、を備え、
前記リフロー炉は、当該リフロー炉内に搬送装入された前記プリント配線板または前記表面実装部品が搭載されたプリント回路板を、均一に加熱するために当該リフロー炉内に配置された加熱用の熱風噴出用ノズルと、均一に冷却するために当該リフロー炉内に配置された冷却用の冷媒噴出用ノズルとを有し、前記コントローラからの要求に応じて、加熱用の熱風を前記熱風噴出用ノズルから噴出する、又は冷却用の冷媒を前記冷媒噴出用ノズルから噴出することで瞬時に加熱と冷却の切り替えが可能であること特徴とするコンベア式はんだ付け装置。
【請求項５】
前記規定の融点以上の温度は、はんだ材料の融点＋５℃以上、はんだ付けされる電子部品の耐熱温度−５℃以下の温度範囲内であることを特徴とする請求項１または２に記載のプリント配線板またはプリント回路板のはんだ付け方法。
【請求項６】
前記鉛フリーはんだ材料は、Ｓｎを主成分とする基本はんだ材料であるＳｎ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｇ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｓｂ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｉｎ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｉｎ、Ｓｎ−Ｚｎ、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｂｉ、Ｓｎ−Ｓｂ、および、前記基本はんだ材料に、Ａｌ、Ｓｉ、Ｐ、Ｓ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｓ、Ｓｅ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｐｄ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｐｔ、Ａｕが微量に添加された鉛フリーはんだ材料から選択されたいずれかの材料であることを特徴とする請求項１、２または５のいずれか１項に記載のプリント配線板またはプリント回路板のはんだ付け方法。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉛フリーのはんだ材料を用いて、プリント配線板または表面実装部品を搭載した実装基板に挿入タイプの電子部品を実装するためのはんだ付け方法およびはんだ付け装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の高性能化、使用される環境の多様化に伴って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はんだ接合部の機械的強度、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。
【０００３】
また、電子部品のプリント基板へのはんだ付け等に用いられるはんだ材料は、地球環境保全の観点から廃棄製品からの鉛の除去や鉛の使用禁止に関する法規を受け、鉛を含むはんだ材料から鉛を含まない鉛フリーはんだ材料へと切り替えが進んでいる。
【０００４】
鉛フリーのはんだ材料を用いた挿入タイプの電子部品の基板へのフローはんだ付けにおける、リフトオフや引け巣等のはんだ付けの不具合は、はんだ付けによりはんだ材料のはんだ添加元素の偏析や元のはんだ組成とは異なる低融点の脆弱な合金が形成されることなどが原因となっていることが知られており、はんだを急速に凝固させることで、偏析現象の緩和や脆弱な合金相の成長時間が短縮化されることで、上記不具合の低減に効果があると言われている。
【０００５】
はんだ付けの不具合であるリフトオフや引け巣等の発生を抑制して電子部品と基板との接続信頼性の向上を目的として、下記の製造方法やはんだ付け方法が提案されている。
【０００６】
特開平１１−３５４９１９号公報には、Bｉを含んだ鉛フリー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において、フローはんだ付け直後に遮熱板で仕切られた冷却ゾーンを通過させ、液相線温度近傍から固相線温度近傍までの温度域を約１０〜２０℃／秒で冷却し、第二の冷却速度：固相線温度近傍以下の温度域を約０．１〜５℃／秒で徐冷し、リフトオフの発生を抑制して接続信頼性の向上した電子回路基板の製造方法が記載されている（特許文献１）。
【０００７】
特開２００１−１５９０３号公報には、鉛フリーはんだ材料を用いて電子部品を基板に実装するフローはんだ付けにおいて、コンベヤで基板を搬送するフローはんだ付け設備ライン内に冷却部を備え、フローはんだ付け工程後、急冷工程ではんだ付け温度の１／２以下の温度又は、２０℃乃至１２０℃の温度の予め選択された温度の冷媒液により回路基板を冷却して、はんだ接合部のクラック（リフトオフ現象）の発生を防止した強固なはんだ付け方法及び装置が記載されている（特許文献２）。
【０００８】
特開２００２−１４１６５８号公報には、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において、コンベヤで基板を搬送するフロー設備ライン内に冷却チャンバ装置を備え、フロー槽と冷却チャンバ装置間に基板の均熱化とはんだが凝固し始めるのを抑制するため調整ゾーンを設け、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、調整ゾーンで基板に付着したはんだ材料を溶融状態で均熱化し、冷却ゾーンにて急速に例えば約３００℃／分〜５００℃／分冷却して、リフトオフの発生を低減したはんだ付け方法および装置が記載されている（特許文献３）。
【０００９】
【特許文献１】特開平１１−３５４９１９号公報
【特許文献２】特開２００１−１５９０３号公報
【特許文献３】特開２００２−１４１６５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１では、フローゾーンと冷却ゾーンの間に遮熱板が設けられているが、フローゾーンと冷却ゾーンの温度差と基板がベルト搬送されていることにより、基板の先端と後端では冷却温度に差異が生じ、基板全体を均一な冷却速度で冷却することできない。また、基板のサイズに関する記載が無く、大型基板の場合には更に基板の先端と後端での冷却温度の差が顕著になり、冷却ゾーンへ到達する前に凝固が始まっている可能性もあり、基板全体を均一な冷却速度で冷却できないという問題がある。
【００１１】
特許文献２では、フローはんだ付け設備ライン内に急速冷却部を備えているが、フローゾーンと急速冷却ゾーンの温度差と基板がベルト搬送されていることにより、基板の先端と後端での冷却温度に差が生じ、基板全体を均一な冷却速度で冷却できないという問題がある。
【００１２】
また、特許文献３では、冷却ゾーンの前に調整ゾーンを設けることで、冷却前のはんだ温度の均熱化及びはんだ凝固を防止する対策が取られているが、調整ゾーンと冷却ゾーンの温度差とベルトコンベアにより基板が調整ゾーンから冷却ゾーンへ搬送されるために、基板の先端と後端で冷却速度に差が生じ、基板全体を均一な冷却速度で冷却できないという問題がある。
【００１３】
上記の特許文献１乃至３によれば、従来のベルトコンベアにより基板をフローゾーンまたは調整ゾーンから冷却ゾーンへ搬送される場合、基板が冷却ゾーンに進入した長さに応じて、すなわち基板の先端、中央、後端で基板表面に温度差が発生し、搬送方向における基板の先端、中央部、後端での冷却速度に差異が生じ、基板全体を均一な冷却速度で冷却できないという問題がある。このために、基板上の各はんだ接合部の冷却条件が異なり、電子部品のはんだ付けの品質にばらつきが生じるということが明らかになった。
【００１４】
本発明は、プリント配線板または表面実装部品を搭載した鉛フリーのプリント回路板に、挿入タイプの電子部品を鉛フリーのはんだ材料を用いて実装するはんだ付けにおいて、リフトオフの発生と引け巣の発生を低減して電子部品と基板とのはんだ接合の信頼性に優れたプリント配線板またはプリント回路板基板のはんだ付け方法を提供するとともに、そのはんだ付け方法を可能にするはんだ付け装置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】
【００１５】
本発明の第１の態様にかかるプリント配線板またはプリント回路板のはんだ付け方法は、コンベア式はんだ付け装置を用いた、プリント配線板または表面実装部品を搭載したプリント回路板の鉛フリーのはんだ材料によるはんだ付け方法において、リード端子がスルーホールに挿入され挿入タイプ電子部品が搭載された前記プリント配線板または前記プリント回路板をはんだ付けし凝固させた後、前記プリント配線板または前記プリント回路板をリフロー炉に搬送装入し、前記リフロー炉の内部の前記プリント配線板または前記プリント回路板の上下方向に配置された加熱用の熱風噴出用ノズルから前記プリント配線板または前記プリント回路板の全面を含む範囲に噴出される熱風により前記プリント配線板または前記プリント回路板全体が前記はんだ材料の規定の融点以上の温度に加熱され、前記はんだ付けされた前記挿入タイプ電子部品のはんだ接合部のはんだを再度溶融させた後に、前記規定の融点以上の温度で前記プリント配線板または前記プリント回路板を均一加熱保持し、前記リフロー炉の内部の前記プリント配線板または前記プリント回路板の上下方向に配置された冷却用の冷媒噴出用ノズルから前記プリント配線板または前記プリント回路板の全面を含む範囲に噴出される冷媒によりその均一加熱保持された前記プリント配線板または前記プリント回路板の全体が同時に冷却され、前記再度溶融されたはんだが凝固されることを特徴とするプリント配線板またはプリント回路板のはんだ付け方法である。 
【００１６】
本発明の第１の態様にかかるプリント配線板またはプリント回路板のはんだ付け方法によれば、一旦はんだ付けされた電子部品を搭載したプリント配線板またはプリント回路実装板をリフロー炉に搬送挿入し、上下ノズルから熱風を噴出させることによりプリント配線板またはプリント回路実装板の全体を一括均一に再度加熱して、電子部品のはんだ接合部を再度加熱溶融させる。プリント配線板またはプリント回路実装板は全体がその温度で均一に保持され、はんだが溶融状態のままで、プリント配線板またはプリント回路実装板は上下ノズルからの冷媒の噴射冷却により全体が一括均一に冷却されるため、再溶融されたはんだ接合部のはんだは搭載位置の如何に関わらず均一に凝固される。はんだ接合部が均一に冷却されることにより、リフトオフの発生と引け巣の発生を低減および耐疲労性が疲労試験後のき裂長さが短くでき、はんだ付けの品質のばらつきが少なく耐疲労性に優れるという効果が得られる。また、急速冷却用の媒体を用いることにより、再溶融はんだは急速に冷却されるため、微細な金属組織を有する凝固はんだとなるため、耐疲労性に優れたはんだ付けが得られる。
【００１７】
本発明の第２の態様にかかるプリント配線板またはプリント回路板のはんだ付け方法は、コンベア式はんだ付け装置を用いた、プリント配線板または表面実装部品を搭載したプリント回路板の鉛フリーのはんだ材料によるはんだ付け方法において、リード端子がスルーホールに挿入され挿入タイプ電子部品が搭載された前記プリント配線板または前記プリント回路板のはんだ付けがなされたとき、はんだ付けされたはんだが凝固する前に、前記プリント配線板または前記プリント回路板をリフロー炉に搬送装入し、前記リフロー炉の内部の前記プリント配線板または前記プリント回路板の上下方向に配置された加熱用の熱風噴出用ノズルから前記プリント配線板または前記プリント回路板の全面を含む範囲に噴出される熱風又は前記リフロー炉の内部の前記プリント配線板または前記プリント回路板の上下方向に配置された冷却用の冷媒噴出用ノズルから前記プリント配線板または前記プリント回路板の全面を含む範囲に噴出される冷媒により前記プリント配線板または前記プリント回路板は規定の融点以上の温度になるまで加熱又は冷却され、前記規定の融点以上の温度で均一に加熱保持された前記プリント配線板または前記プリント回路板の全体が同時に冷却され、溶融されたはんだが凝固されることを特徴とするプリント配線板またはプリント回路板のはんだ付け方法である。 
【００１８】
本発明の第２の態様にかかるプリント配線板またはプリント回路板のはんだ付け方法によれば、はんだ付けされたはんだが凝固する前にリフロー炉に搬送挿入し、上下ノズルから熱風または冷媒を噴出させることによりプリント配線板またはプリント回路実装板の全体を一括均一に規定の融点以上の温度になるまで加熱又は冷却され、プリント配線板またはプリント回路実装板は全体がその温度で均一に加熱保持され、はんだが溶融状態のままで、プリント配線板またはプリント回路実装板は上下ノズルからの冷媒の噴射冷却によりプリント配線板またはプリント回路実装板の全体が一括均一に冷却されるため、再溶融されたはんだ接合部のはんだは搭載位置の如何に関わらず均一に凝固される。はんだ接合部が均一に冷却されることにより、リフトオフの発生と引け巣の発生を低減および耐疲労性が疲労試験後のき裂長さが短くでき、はんだ付けの品質のばらつきが少なく耐疲労性に優れるという効果が得られる。また、一度凝固されたはんだ接合部のはんだを再溶融する時間が短縮されるため、はんだ付け作業性が向上する。また、急速冷却用の媒体を用いることにより、再溶融はんだは急速に冷却されるため、微細な金属組織を有する凝固はんだとなるため、耐疲労性に優れたはんだ付けが得られる。
【００１９】
本発明の第１の態様にかかるコンベア式はんだ付け装置は、上記の本発明の第１または第２の態様にかかるプリント配線板またはプリント回路板のはんだ付け方法に使用されるコンベア式はんだ付け装置であって、プレヒートユニットとはんだ槽から構成されるフロー炉と、前記フロー炉の後部に接続され加熱部と冷却部が一体的に構成されたリフロー炉と、前記フロー炉と前記リフロー炉の同一ライン上に配置されたコンベアと、前記コンベア上を搬送されるはんだ付け用基板の位置を検知するセンサーと、前記センサーの信号から位置データを読み取る検知部と、前記プリント配線板または前記表面実装部品を搭載したプリント回路板の前記検知部からの位置データにより前記フロー炉と前記リフロー炉の加熱および冷却と前記コンベアのスピードを制御するコントローラと、を備え、前記リフロー炉が、当該リフロー炉内に搬送装入された前記プリント配線板または前記表面実装部品が搭載されたプリント回路板を、均一に加熱するために当該リフロー炉内に配置された加熱用の熱風噴出用ノズルと、均一に冷却するために当該リフロー炉内に配置された冷却用の冷媒噴出用ノズルとを有し、前記コントローラからの要求に応じて、加熱用の熱風を前記熱風噴出用ノズルから噴出する、又は冷却用の冷媒を前記冷媒噴出用ノズルから噴出することで瞬時に加熱と冷却の切り替えが可能であること特徴とするコンベア式はんだ付け装置である。 
【００２０】
本発明の第１の態様にかかるコンベア式はんだ付け装置によれば、リフロー炉は加熱部と冷却部が一体的に設けられているため、基板全体を加熱又は冷却ができ、はんだ接合部が均一に冷却されることにより、はんだ接合部のはんだは均一に凝固されるため、リフトオフの発生と引け巣の発生を低減および耐疲労性が疲労試験後のき裂長さが短くでき、はんだ付けの品質のばらつきが少なく耐疲労性に優れたはんだ付けができるという効果が得られる。また、同一ライン上にフロー炉の後部にリフロー炉が設けられるており、コンベア式はんだ付け装置の取り扱いが容易であるという利点がある。また、リフロー炉には均一に加熱するための加熱用の熱風噴出用ノズルと、均一に冷却するための冷却用の冷媒噴出用ノズルとが設けられているため、基板全体を加熱又は冷却ができ、はんだ接合部が均一に冷却されることにより、リフトオフの発生と引け巣の発生を低減および耐疲労性が疲労試験後のき裂長さが短くでき、はんだ付けの品質のばらつきが少なく耐疲労性に優れたはんだ付けができるという効果が得られる。
【００２１】
本発明の第２の態様にかかるコンベア式はんだ付け装置は、上記の本発明の第１または第２の態様にかかるプリント配線板またはプリント回路板のはんだ付け方法に使用されるコンベア式はんだ付け装置であって、プレヒートユニットとはんだ槽から構成されるフロー炉と、前記フロー炉の後部に接続され加熱部と冷却部が一体的に構成されたリフロー炉と、前記フロー炉と前記リフロー炉の中間に搬送ラインを２つ以上に分岐するコンベヤ分岐部と、前記コンベア分岐部を含む第１のコンベアと、分岐された第２のコンベアと、前記第２のコンベア接続された別のリフロー炉と、前記第１および第２のコンベア上で搬送される前記プリント配線板または前記プリント回路板の位置を検知するセンサーと、前記センサーの信号から位置データを読み取る検知部と、前記プリント配線板または前記表面実装部品を搭載したプリント回路板の前記検知部からの位置データにより前記フロー炉と前記２つ以上のリフロー炉の加熱および冷却と前記第１および第２のコンベアスピードと分岐部におけるフローはんだ付けが終了した前記プリント配線板または前記表面実装部品を搭載したプリント回路板の仕分けを制御するコントローラと、を備え、前記リフロー炉が、当該リフロー炉内に搬送装入された前記プリント配線板または前記表面実装部品が搭載されたプリント回路板を、均一に加熱するために当該リフロー炉内に配置された加熱用の熱風噴出用ノズルと、均一に冷却するために当該リフロー炉内に配置された冷却用の冷媒噴出用ノズルとを有し、前記コントローラからの要求に応じて、加熱用の熱風を前記熱風噴出用ノズルから噴出する、又は冷却用の冷媒を前記冷媒噴出用ノズルから噴出することで瞬時に加熱と冷却の切り替えが可能であること特徴とするコンベア式はんだ付け装置である。 
【００２２】
本発明の第２の態様にかかるコンベア式はんだ付け装置によれば、搬送ラインを２つ以上に分岐するコンベヤ分岐部を設け、フロー炉から一定速度で装出されるはんだ付けされた実装基板を、分岐させてリフロー炉に搬送することにより、リフローはんだ付けするプリント配線板または表面実装部品を搭載したプリント回路板のフロー炉に装入する間隔を短くでき、はんだ付けの作業効率を上げることができるという効果がある。また、リフロー炉には均一に加熱するための加熱用の熱風噴出用ノズルと、均一に冷却するための冷却用の冷媒噴出用ノズルとが設けられているため、基板全体を加熱又は冷却ができ、はんだ接合部が均一に冷却されることにより、リフトオフの発生と引け巣の発生を低減および耐疲労性が疲労試験後のき裂長さが短くでき、はんだ付けの品質のばらつきが少なく耐疲労性に優れたはんだ付けができるという効果が得られる。
【００２５】
本発明の第３の態様にかかるプリント配線板またはプリント回路板のはんだ付け方法は、上記の本発明の第１または第２の態様にかかるプリント配線板またはプリント回路板のはんだ付け方法において、前記規定の融点以上の温度は、はんだ材料の融点＋５℃以上、はんだ付けされる電子部品の耐熱温度−５℃以下の温度範囲内であることを特徴とするプリント配線板またはプリント回路板のはんだ付け方法である。 
【００２６】
本発明の第３の態様にかかるプリント配線板またはプリント回路板のはんだ付け方法によれば、はんだ材料が溶けた状態を維持できる最低限の温度に雰囲気温度を保持することにより、はんだ付けした電子部品の機能の劣化を防止しすることができ、かつ、溶融温度と凝固温度の温度差が小さいため、均一に急速冷却凝固されるので、リフトオフの発生と引け巣の発生を低減できる。 
【００２９】
本発明の第４の態様にかかるプリント配線板またはプリント回路板のはんだ付け方法は、上記の本発明の第１乃至第３のいずれか１つの態様にかかるプリント配線板またはプリント回路板のはんだ付け方法において、前記鉛フリーはんだ材料が、Ｓｎを主成分とする基本はんだ材料であるＳｎ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｇ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｓｂ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｉｎ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｉｎ、Ｓｎ−Ｚｎ、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｂｉ、Ｓｎ−Ｓｂ、および、前記基本はんだ材料に、Ａｌ、Ｓｉ、Ｐ、Ｓ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｓ、Ｓｅ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｐｄ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｐｔ、Ａｕが微量に添加された鉛フリーはんだ材料から選択されたいずれかの材料であることを特徴とするプリント配線板またはプリント回路板のはんだ付け方法である。 
【００３０】
本発明の第４の態様にかかるプリント配線板またはプリント回路板のはんだ付け方法によれば、鉛フリーのはんだを使用することができるため、製造されたプリント回路実装板は環境への悪影響はない。 
【発明の効果】
【００３１】
本発明のはんだ付け方法によれば、フローはんだ付けされた実装基板をリフローはんだ付けするときに、フローはんだ付けの凝固したはんだ接合部は規定の温度で再溶融され、または溶融状態のはんだ接合部は規定の温度に加熱され、実装基板の全面が均一加熱保持された状態から急速冷却することにより、はんだ接合部の溶融したはんだを均一凝固させることで、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、急速冷却され凝固したはんだ接合部の金属組織は微細化されて、はんだ接合部の機械的強度の向上ならびに疲労寿命のばらつきの低減を図ることができる。
【００３２】
また、本発明のはんだ付け装置は、フローはんだ付け部の後部に、フローはんだ付けされたプリント回路実装板のはんだ接合部を再溶融させた後、均一加熱保持された状態から急速冷却凝固するリフローはんだ付け部を備えており、フローはんだ付けされた実装基板をリフローはんだ付けすることにより、リフトオフの発生や疲労寿命のばらつきを低減することができる。
【００３３】
上記はんだ付け方法及び／又ははんだ付け装置を適用することにより、プリント回路実装板の品質・信頼性の向上をはかることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明におけるはんだ付け方法について図を用いて説明する。
【００３５】
図４は従来のフローはんだ付け方法のフローチャートで、コンベア式フローはんだ付け装置を用いた従来のプリント配線板のフローはんだ付け工程３０を説明する。
【００３６】
電子部品をはんだ付けするための、銅ランド、銅スルーホール等の回路配線が設けられ両面実装用プリント配線板が準備される（工程３１）。挿入パッケージタイプ（以下挿入タイプという）の電子部品、例えば、リレー、コンデンサ、抵抗などの電子部品のリード端子が両面実装用プリント配線板の規定のスルーホールに挿入され挿入タイプの電子部品が搭載される(工程３２)。挿入タイプの電子部品が搭載されたプリント配線板（以下部品搭載基板という）はコンベアにセットされ、搬送されてフロー炉に装入される（工程３３）。まず、フラックス塗布工程３４において、部品搭載基板のはんだ付け面にはんだ付けのためのフラックスが均一に塗布される。フラックスの塗布が終了した部品搭載基板はプリヒート工程３５で、フラックスを活性化してはんだ付け性を良くするための予備加熱温度にプリヒートされて、フローはんだ付着工程３６へベルト搬送される。鉛フリーはんだ、例えばＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系鉛フリーはんだが溶融（２５０℃）した噴流式のはんだ槽で部品搭載基板の搭載された挿入タイプの電子部品のリード端子と銅ランド間に噴流はんだによりフローはんだ付着がなされる（工程３６）。はんだ付着された部品搭載基板は冷却凝固され（工程３７）、フロー炉から装出、取り出される（工程３８）。フローはんだ付けが終了してはんだ接合部が形成された部品搭載基板（以下実装基板という）は、付着しているはんだ用フラックスを洗浄除去する等の後処理が施された後、はんだ接合部の外観検査（工程３９）が行われ、フロー炉による挿入タイプの電子部品が実装された実装基板（以下フロー処理実装基板５０ｆという）が製造される。 
【００３７】
図５は従来のリフローはんだ付け方法のフローチャートで、コンベア式リフローはんだ付け装置を用いた従来のプリント配線板のリフローはんだ付け工程４０を説明する。
【００３８】
はんだ付けされる表面実装部品を搭載したプリント配線板がリフロー炉に装入される（工程４１）。リフロー炉では、コンベア搬送されながら加熱用雰囲気ガス又は赤外線輻射により表面実装部品を搭載したプリント配線板は加熱され、溶融温度に達すると塗布されていたはんだペーストまたははんだめっきは溶融される（工程４２）。一定時間加熱溶融されると、冷却ゾーンにコンベア搬送され冷却用のガスがリフロー炉内のノズルから噴出され、表面実装部品を搭載したプリント配線板は冷却され、溶融はんだは凝固する（工程４３）。リフローはんだ付けが終了し、表面実装部品がはんだ付けされたプリント回路板がリフロー炉から装出される（工程４４）、リフローはんだ付けが終わった部品実装基板は、洗浄等の後処理がされた後、リフローはんだ付けの外観検査が行われ（工程４５）、次工程に移される。
【００３９】
次に、図１（ａ）および図２を用いて本発明の第１の形態におけるはんだ付け方法および第1の形態におけるはんだ付け装置を説明する。図１は本発明の第１の形態におけるはんだ付け方法のフローチャートで、図２は、本発明の第１の形態におけるはんだ付け装置の概略構成図である。
【００４０】
図２において、本発明の第１の形態におけるコンベア式はんだ付け装置１は、電子部品が搭載されたプリント配線板のはんだ面にフラックスを塗布するフラクサ１０１と、そのプリント配線板を予備加熱するプレヒートユニット１０２と、はんだ槽１０３、例えば噴流式のはんだ槽と、冷却部１０４とから構成されるフロー炉１００と、フロー炉１００の後部に接続されはんだ再溶融・均一加熱部１１１と急冷部１１２が一体的に構成されたリフロー炉１１０と、フロー炉１００とリフロー炉１１０の同一ライン上に配置されたコンベア１０５と、コンベア１０５上を搬送されるプリント配線板の位置を検知する複数個のセンサー１０７と、センサー１０７の信号から位置データを読み取る検知部１０６と、検知部１０６からのプリント配線板の位置データによりフロー炉１００とリフロー炉１１０の加熱と冷却および前記コンベアのスピードを制御するコントローラ１０８とから構成される。 
【００４１】
本発明の第１の形態におけるコンベア式はんだ付け装置１を用いた、本発明のプリント配線板のはんだ付け方法について図１（ａ）を用いて説明する。本発明の第１の形態におけるコンベア式はんだ付け装置１は、図２の概略構成図から明らかなように、フロー炉１００とリフロー炉１１０から構成されている。リフロー炉１１０はコンベア式ではあるが
従来のコンベア式のリフロー炉のゾーン加熱、ゾーン冷却ではなく、リフロー炉全体が加熱、冷却が一体的で、冷却と切り替わる構造となっている。本発明のはんだ付け方法１０ａのフローチャート図１（ａ）は、前記従来のフロー炉のはんだ付け工程３０と同じであるが、リフロー炉の工程（工程１８〜工程２１）は従来のリフロー炉のはんだ付け工程４０とは異なっている。
【００４２】
本発明の第１の形態におけるはんだ付け方法１０ａは、コンベア式はんだ付け装置１において、部品搭載基板がフロー炉１００においてフローはんだ付けされた後、継続してリフロー炉１１０においてフローはんだ付けされた実装基板のはんだ接合部のはんだを再溶融、凝固するリフローはんだ付けがされる。なお、ここでいうリフローはんだ付けとは、一般的な、あらかじめ施されているはんだメッキ、ソルダーペーストを溶融させ搭載部品をはんだ付けすることではなく、はんだ付けされた搭載部品のリード端子とプリント配線板の銅ランドとのはんだ接合部のはんだを再溶融・凝固させることを言う。
【００４３】
電子部品をはんだ付けするための、銅ランド、銅スルーホール等の回路配線が設けられ、はんだ付け部以外ははんだレジストが塗布された両面実装用プリント配線板が準備される(工程１１)。なお、実装用プリント配線板は、片面基板、両面基板のいずれでもよく、また、本発明の第１の形態では、プリント配線板にはフローはんだ付けにより挿入部品を実装するが、フローはんだ付け前に表面実装部品をリフローはんだ付けで実装していてもよい。プリント配線板の絶縁基材としてとして、ガラスエポキシ基板やメタルコア基板を用いることができる。さらに、多層構造のプリント配線板を使用することもできる。次に、挿入タイプの電子部品、例えば、リレー、コンデンサ、抵抗などの電子部品のリード端子が規定のスルーホールに挿入され電子部品が搭載される（工程１２）。電子部品が搭載されたプリント配線板（部品搭載基板５０ａ）はコンベア１０５にセットされ、コンベア搬送されフロー炉１００に装入される（工程１３）。なお、部品搭載基板５０ａはセンサー１０７ｂにより装入が検知され、検知部１０６を介して制御部１０８に送られ、はんだ付け装置１のはんだ付け作業が開始される。なお、本説明ではセンサー１０７ははんだ付け装置１の出入り口に設けられているが、必要に応じて適宜配置される。
【００４４】
まず、フラクサ１０１により部品搭載基板５０ａのはんだ付け面にはんだ付けのためのフラックスが均一に塗布される(工程１４)。フラックスの塗布が終了した部品搭載基板５０ａはプレヒートユニット１０２により、はんだ付けのための予備加熱温度、例えば１５０〜１７０℃にプリヒートされる（工程１５）。フローはんだ付着工程１６では、鉛フリーはんだ、例えばＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系鉛フリーはんだが溶融（２５０℃）した噴流式のはんだ槽１０３で部品搭載基板の挿入部品端子と銅ランド間に噴流はんだによりフローはんだ付着がなされる。なお、鉛フリーはんだとして、Ｓｎを主成分とする鉛フリーはんだ、好ましくは、Ｓｎ−Ａｇ、Ｓｎ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｓｂ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｉｎ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｉｎ、Ｓｎ−Ｚｎ、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｂｉ、Ｓｎ−Ｓｂ、さらに、上記各合金に、Ａｌ、Ｓｉ、Ｐ、Ｓ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｓ、Ｓｅ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｐｄ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｐｔ、Ａｕを微量加えたものでもかまわない。
【００４５】
はんだ付着された部品搭載基板５０ａは、冷却部１０４にて凝固点以下に冷却され、溶融はんだは凝固される。冷却方法は自然冷却でもよいし、あらかじめ選択された温度に温調された冷媒液中に浸漬させる、もしくは、ガス噴射、噴霧又はシャワーで冷媒を吹きかける等を施して冷却してもよい。なお、実装基板を冷却する冷媒として、使用しているはんだ材料の融点より低い気体または液体の、空気、水蒸気、水、液化二酸化炭素（ガス）、液化窒素(ガス)、液化アルゴン（ガス）、液化ヘリウム（ガス）等が使用できる。
【００４６】
フローはんだ付けが終了してはんだ接合部が形成された部品搭載基板（フロー処理実装基板５０ｆ）は、さらに冷却されながらフロー炉１００から装出される（工程１７ａ）。フロー処理実装基板５０ｆは、コンベア１０５搬送で冷却されながら強制冷却機構を備えたリフロー炉１１０へ装入される（工程１８ａ）。
【００４７】
図６（ａ）はコンベア式リフロー炉１１０の模式図で、図６（ｂ）はリフロー炉１１０の縦断面構造とフロー処理実装基板５０ｆのはんだ付け状態を示す模式図である。なお、図６（ａ）、図６（ｂ）ではコンベアは省略されている。図６（ｂ）の断面図において、フロー処理実装基板５０ｆの熱風加熱方式による加熱状態、および冷媒による冷却状態を示し、フロー処理実装基板５０ｆの上下方向には加熱用の加熱用ノズル１１５、冷却用の冷却用ノズル１１６が配置されている。加熱用ノズル１１５から噴出される熱風ガス１１５ａ、例えば、図示しないヒータを設置した空間内に窒素ガスを通すことで所定温度にあらかじめ加熱された窒素ガス、及び周囲雰囲気ガスによりフロー処理実装基板５０ｆは均一に加熱される。加熱ガスの温度は、使用されるはんだ材料、部品の耐熱性により異なるが、例えば、鉛フリーはんだ材料Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕ（融点約２１７℃）ではフローはんだ付けのはんだ付け温度２５０℃より低い温度の約２３０℃に加熱される。
【００４８】
図６（ｂ）に示すように、フロー処理実装基板５０ｆはあらかじめ規定された温度で加熱が行われ、配線板５１のはんだ接合部５５（電子部品のリード端子５２ａと銅ランド５３、銅スルーホール５４とはんだとから構成される。）の凝固したはんだが溶融される。
【００４９】
再溶融加熱時の炉内の雰囲気温度は、はんだ材料の融点以上、例えば、はんだ融点＋5℃以上、部品の耐熱温度−5℃以下であり、リフロー炉１１０の上下方向に設置された加熱用ノズル１１５から噴射される雰囲気温度を有する熱風１１５ａが炉内に噴射され、炉内の雰囲気温度は上昇し、熱風１１５ａの温度（雰囲気温度）に到達することにより得られる。なお、はんだ再溶融加熱時の保持時間は、銅ランドの銅食われが進み難く、かつプリント回路実装板５０の配線板や実装電子部品が熱で損傷しない短い時間であることが望ましい。
【００５０】
リフロー炉１１０へ装入されたフロー処理実装基板５０ｆは、はんだ溶融・均一加熱部１１１において、規定の温度に加熱され、凝固されたはんだ接合部のはんだは溶融される。また、リフロー炉１１０内をベルト搬送されている間に、フロー処理実装基板５０ｆは、その表面全体が均一に加熱、保持される（工程１９ａ）。
リフロー炉の加熱方式は、熱風加熱方式、赤外線輻射加熱方式でいずれでもよく、また両加熱方式を複合した加熱方式であってもよく、加熱、冷却の切り替えに素早く対応できればよい。 
【００５１】
なお、リフロー炉１１０はベルト搬送される１枚又は複数枚の実装基板５０を均一に加熱することができ、かつ一括同時に均一に冷却できる機構を備えていればよい。リフロー炉内の雰囲気は空気でもよいが、はんだ、部品のリード端子等の酸化を防ぐために通常窒素雰囲気が適用される。
【００５２】
急冷部１１２において、一定時間が経過するとフロー処理実装基板５０ｆの表面全体が均一に加熱、保持された状態から、急速冷却が開始され、フロー処理実装基板５０ｆは、全面が均一に融点以下に冷却される(工程２０)。
【００５３】
冷却方法は、少なくとも室温以下に冷却された冷媒１１６ａ、例えば図示しない冷却装置を通して所定の温度に冷却された冷却窒素ガスを、実装基板が噴出ガス圧で動かない範囲内で冷却用ノズル１１６から噴出、噴霧又はシャワーで供給して急速冷却が行われる。冷媒供給時は熱風１１５ａの供給を停止し、フロー処理実装基板５０を冷却し、はんだ接合部５５のはんだを凝固させる。冷却用ノズル１１６等はリフロー炉１１０の上下方向に、かつ加熱用ノズル１１５と冷却用ノズル１１６は交互に格子状に設置されている。各ノズル１１５，１１６に接続される配管は、冷却用と加熱用の2系統の配管が望ましい。さらに冷却と同時に図示しない排気装置で内部の加熱雰囲気ガスを除去して冷却を早めることもできる。フロー処理実装基板５０の冷却速度には１０℃／秒以上の急速冷却であることが望ましく、はんだが溶けている温度から凝固点より約４０℃低い温度範囲までは、冷却速度を平均１０〜２０℃／秒にすることで最適な結果が得られる。
【００５４】
必要な冷却速度は冷媒の温度と噴出量を制御することにより得られるが、基板仕様，加熱時のリフロー炉１１０の雰囲気温度によっても冷却速度は変化する。そのため、実際に適用する場合は、予備試験により、まずはんだ接合部に熱電対を装着し、所定の条件で加熱・冷却（再溶融・凝固処理）が行われる。加熱・冷却されたフロー処理実装基板５０のはんだ付け検査が行われ、加熱・冷却条件の確認がなされる。最適な加熱・冷却条件が得られた後、その条件にて実際のはんだ付け作業（フローはんだ付けされた実装基板を再度加熱、冷却する）が行われる。
【００５５】
リフロー炉１１０で冷却が完了した実装基板はリフロー炉１１０から装出、取り出されたリフローはんだ付けが終了したリフロー処理実装基板５０ｒは、無洗浄タイプのフラックスでない場合、付着しているはんだ用フラックスが洗浄除去される等の後処理が施された後、はんだ接合部の外観検査（工程２２）が行われる。
【００５６】
以上述べたようにして一連のフローはんだ付け−リフローはんだ付けをした本発明の第１の形態のはんだ付け方法によるリフロー処理実装基板５０ｒが製造される。
【００５７】
以上の説明は、挿入タイプの電子部品を搭載したプリント配線板について説明したが、本発明の第１の形態のはんだ付けは、表面実装部品を実装（はんだ付け）したプリント回路板に挿入タイプの電子部品を搭載する場合であってもよく、耐熱性が低いまたは急冷で特性が劣化する表面実装部品等が実装された実装基板に対しては、それらの電子部品を保護するために加熱防止または急冷防止のためパレットで被う等の前処理を施して適用することができる。また、挿入タイプ実装部品のはんだ付けに用いられた鉛フリーはんだと同じはんだペースト等でリフローはんだ付けされた表面実装部品は、加熱によりはんだ接合部は溶融されるが、表面実装部品は、耐熱性の接着剤で基板に接着固定されており、再溶融処理で表面実装部品が剥がれたり、移動したりすることはないため、本発明の第１の形態のはんだ付け方法を適用することができる。
【００５８】
前述の本発明の第１の形態におけるはんだ付け方法１０ａは、フロー炉１００からはんだ接合部のはんだが凝固された状態でリフロー炉に搬送されるのに対して、本発明の第２の形態におけるはんだ付け方法１０ｂは、フロー炉１００からリフロー炉１１０に搬送されるとき、フローはんだ槽で付着されたはんだは溶融状態でリフロー炉１１０に送られる。
【００５９】
本発明の第２の形態におけるはんだ付け方法１０ｂについて説明する。第１の形態と同じはんだ付け工程（工程１１〜１５）を経たのち、部品搭載基板５０ａは、コンベア１０５によりはんだ槽１０３に搬送され、はんだ付着される（工程１６）。部品実装基板５０ｂは、はんだ接合部に付着したはんだが、冷却部１０４で凝固されることなく、溶融状態が保持された状態（工程１７ｂ）であらかじめ規定の温度に加熱されたリフロー炉１１０に搬送される（工程１８ｂ）。リフロー炉１１０において、均一に加熱保持された状態（工程１９ｂ）から急速冷却され、はんだ接合部のはんだは凝固される（工程２０）。リフロー炉１１０で冷却が完了した実装基板はリフロー炉１１０から装出、取り出されたリフローはんだ付けが終了したリフロー処理実装基板５０ｒは、無洗浄タイプのフラックスでない場合、付着しているはんだ用フラックスが洗浄除去される等の後処理が施された後、はんだ接合部の外観検査（工程２２）が行われる。
【００６０】
図３は本発明の第２の形態におけるはんだ付け装置２の概略構成図である。なお、符号は図２と同じ機能を有する構成は同じ符号が付されている。図３において、本発明の第２の形態のコンベア式はんだ付け装置２は、フロー炉１００と、フロー炉１００の後部に接続配置されたはんだリフロー炉１１０と、フロー炉１００とリフロー炉の中間に搬送ラインを２つ以上に分岐するコンベヤ分岐部１０９と、コンベア分岐部１０９を含む第１のコンベア１０５ａと、分岐した第２のコンベア１０５ｂと、第２のコンベア１０５ａに接続されたリフロー炉１２０と、第１および第２のコンベア上で搬送される部品載置基板または実装基板の位置を検知するセンサー１０７と、センサー１０７の信号から位置データを読み取る検知部１０６と、検知部１０６からの部品搭載基板または実装基板の位置データによりフロー炉１００と２つのリフロー炉１１０，１２０の加熱および冷却と、第１のコンベア１０５ａおよび第２のコンベア１０５ｂのコンベアスピードと、分岐部１０９におけるフロー処理基板５０ｆの仕分けとを制御するコントローラとから構成されている。
【００６１】
次に、本発明のはんだ付け方法によるはんだ接合部への影響について実施例によって具体的に説明する。
【実施例１】
【００６２】
従来のフロー炉はんだ付けで、フローはんだ付け後に急速冷却凝固を行った試料と、本発明の第１の実施形態のコンベア式はんだ付け装置１で、フローはんだ付けした後にはんだ接合部のはんだを再溶融したのち急速冷却凝固を行って作製された試料により、はんだ付け方法（急速冷却）がはんだ接合部の引け巣発生およびリフトオフ発生に及ぼす影響、効果について従来技術と本実施例の比較試験を行った。
【００６３】
図９に試験用の電子部品を搭載したプリント配線板７０の模式図を示す。プリント配線板７１は銅ランドの幅０．５ｍｍ、銅スルーホール径：φ１．４ｍｍを設けた片面ガラスエポキシ基板（厚さ：１ｍｍ、大きさ：１５０ｍｍの正方形）を使用した。プリント配線板７１に搭載する電子部品として、プリント基板用リレー７２（オムロン製：Ｇ８ＦＥ−１ＡＰ−Ｌ）を９個使用した。リレー７２のリード端子の材質は銅で、リード端子の数は６本／個である。リレー７２の搭載位置は、フローはんだ付けの配線板７１の搬送方向（図４矢印７５で示す）を前基準にして基板前部７１ｆに３つ、基板中央部７１ｃに３つ、基板後部７１ｒに３つ搭載した。リレー７２を搭載した基板７０を６枚用意し、６枚を従来のフロー炉を使用して下記の条件で急速冷却フローはんだ付けを行い、その内３枚を従来技術のはんだ付けの試料とした（試料Ｎｏ．１ａ〜３ａ）。残り３枚について急速冷却機構を備えたコンベア式はんだ付け装置を用いて、本実施例の下記の条件ではんだ接合部を再溶融した後に急速冷却するリフローはんだ付けを行った（試料Ｎｏ．１ｂ〜３ｂ）。なお、はんだ材料として、鉛フリーのＳｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕ（融点約２１７℃）を用いた。
【００６４】
従来のはんだ付け方法
フローはんだ付け条件：搬送速度：１ｍ／分、
はんだ噴流温度：２５０℃。
【００６５】
冷却速度：１０℃／秒
本実施例のはんだ付け方法
フローはんだ付け条件：搬送速度：１ｍ／分
はんだ噴流温度：２５０℃。
【００６６】
冷却速度：１０℃／秒
リフローはんだ付け条件：搬送速度：１ｍ／分
加熱速度：１０℃／秒
雰囲気温度：２３０℃  加熱時間：３０秒
冷却速度：１０℃／秒
【００６７】
上記のはんだ付け条件で製作された試料（実装基板）における各リレーのリード端子のはんだ接合部分（図６（ｂ）５３参考）について走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）用いて表面観察（倍率は３０〜２００倍を適宜使用）にて引け巣発生状態及びリフトオフ状態を検査し、その後表面観察でリフトオフと思われる部位について断面検査を行ってリフトオフを確認することで、基板前部７１ｆ、中央部７１ｍおよび後部７１ｒそれぞれの引け巣発生数およびリフトオフ発生数を求めた。引け巣発生数およびリフトオフ発生数は、はんだ接合部中に引け巣およびリフトオフの発生しているリード端子のはんだ接合部の個数を示す。得られた結果を表１に示す。 
【００６８】
【表１】
0004833927.tif 000002
表1より、引け巣の発生数に関しては、各試料の検査はんだ接合部５４ヶ所で３試料の全検査はんだ接合部１６２ヶ所において、従来技術のはんだ付け方法の引け巣発生数は、３試料合計で４８ヶ所に対して、本発明の実施例１のはんだ付け方法の引け巣発生数は、３試料合計で４ヶ所と従来技術のはんだ付け方法の８％と非常に少なく、コンベア式はんだ付け装置によりフローはんだ付けした実装基板のはんだ接合部のはんだを再溶融して冷却凝固する本発明の実施例１のはんだ付け方法の効果が認められる。また、電子部品の搭載位置による影響は、各搭載位置の各試料の検査はんだ接合部は１８箇所で３試料の全検査はんだ接合部５４ヶ所において、従来技術のはんだ付け方法における各部の引け巣発生数は、基板前部は合計１１ヶ所、基板中央部は合計１３ヶ所、基板後部は２４ヶ所である。最後に冷却される基板後部の発生数は他の位置の約２倍であり、電子部品の搭載位置によって引け巣の発生数にばらつきが生じている。これは従来技術のはんだ付け方法では、フローはんだ付けライン上を搬送しながら溶融はんだは冷却されて、基板前部、基板中央部、基板後部では、加熱温度、冷却速度等のはんだ付け条件が異なるためと考えられる。
【００６９】
本発明の実施例１のはんだ付け方法における各搭載位置の引け巣発生数は、上記の検査件数において、基板前部は合計１ヶ所、基板中央部は合計１ヶ所、基板後部は２ヶ所で、基板後部は他より多い傾向にあるが、発生数は非常に少なく引け巣発生数に対する搭載位置の影響があるとはいえない。この理由は、本発明の実施例１のはんだ付け方法では、フロー処理基板はベルト搬送されているが、再溶融温度で均一に加熱され、基板前部、基板中央部、基板後部の各位置における温度差がなくなった基板全体を一括均一に急速冷却されるため、基板前部、基板中央部、基板後部の位置関係がほぼなくなり、且つ冷却速度のばらつきが小さいために引け巣発生件数がと考えられる。
【００７０】
以上、従来技術のはんだ付け方法の場合、基板がライン上を搬送されながら冷却されることによる基板位置（前部、中央、後部）が冷却位置に搬送される時間差による温度変化、その他、噴流はんだの温度、基板の搬送速度、フローはんだ槽から急冷までの距離、雰囲気温度等のフローはんだ槽から急冷されるまでの条件により、基板に付着したはんだの溶融状態が急冷直前まで一定に保たれるとは限らないため、冷却速度等のばらつきにより急冷凝固された実装基板のはんだ付け品質にばらつきが発生する。
【００７１】
これに対して本発明の実施例１のはんだ付け方法の場合、基板がライン上を搬送されるが、フローはんだ付けされた実装基板はリフロー炉で基板全体が加熱され均一保持されることではんだ接合部のはんだは再溶融し均一に加熱保持される。その均一に加熱保持されたはんだ溶融状態から基板全体が急冷されはんだ接合部のはんだは凝固されるために、安定した良好なはんだ付け品質が得られる。
【００７２】
なお、リフトオフ発生数に関しては、従来技術のはんだ付けと本発明の実施例１のはんだ付け共にリフトオフ発生件数がゼロで、リフトオフの発生は認められず、はんだ付け方法による差が出なかった。このことから、本発明の実施例１のはんだ付け方法においても十分にリフトオフ発生の抑制効果があること確認された。
【実施例２】
【００７３】
実施例１と同様に、従来のフロー炉はんだ付けで、フローはんだ付け後に急速冷却凝固を行った試料と、コンベア式はんだ付け装置で、本発明の第１の形態のフローはんだ付けした後にはんだ接合部を再溶融・急速冷却凝固を行って作製された試料とにより、はんだ付け方法（急速冷却）がはんだ接合部の疲労寿命に及ぼす影響、効果について、従来技術と本実施例の比較試験を行った。
【００７４】
なお、プリント配線基板７０および搭載部品７２は実施例１と同様のものを使用し、同じはんだ付け条件ではんだ付けを施した。試料Ｎｏ．は、はんだ付け条件が実施例１と同じため同じ番号を付した。
【００７５】
製作した比較試験用試料を自動温度調節が可能な恒温槽に入れ、疲労試験を実施した。疲労試験は−４０℃から１４０℃までの温度変化を伴うサイクル試験である。恒温槽内の温度プロファイルは、−４０℃で３０分間保持→３０分間かけて１４０℃まで昇温→１４０℃で３０分間保持→３０分間かけて−４０℃まで降温とし、これを１サイクルとして合計１０００サイクルの疲労試験を行った。
【００７６】
疲労試験終了後、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて試料（被試験実装基板）の各はんだ接合部分の断面観察（倍率は３０〜２００倍を適宜使用）を行い、疲労により発生したはんだ部分のき裂の長さを計測した。計測された基板前部７１ｆ、基板中央部７２ｍ、基板後部７１ｒそれぞれのき裂長さの平均値を導出した。長いき裂が検出された試料は、すなわち寿命が短い実装基板ということである。得られたはんだき裂長さの結果を表２に示す。
【００７７】
【表２】
0004833927.tif 000003
表２より、従来技術のはんだ付け方法によるはんだき裂長さ（全平均値６６９μｍ）よりも、本発明の実施例２のはんだ付け方法のはんだき裂長さ（全平均値４５８μｍ）は、約２１０μｍ小さくなっている。また、従来技術のはんだ付け方法における各部品搭載位置の平均はんだき裂長さは、基板前部７１ｆは６１７μｍ、基板中央部７１ｍは６２７μｍ、基板後部７１ｒは７６４μｍであり、最後に冷却される基板後部７１ｒのはんだき裂長さは他の位置７１ｆ、７１ｍよりの約１５０μｍ長く、電子部品の搭載位置によってはんだき裂長さに差異（ばらつき）が生じている。
【００７８】
これは従来技術のはんだ付け方法では、部品搭載基板は噴流はんだ槽でのはんだ付着後、実装基板はフローはんだ付けライン上を搬送されながら冷却されることによる基板位置（前部、中央、後部）が冷却位置に搬送される時間差による温度変化、その他、噴流はんだの温度、基板の搬送速度、フローはんだ槽から急冷までの距離、雰囲気温度等に応じて冷却されて、載置位置（前部７１ｆ、中央部７１ｍ、後部７１ｒ）では、急冷凝固前の条件が異なる。そのため、はんだ接合部のはんだ凝固組織のＳｎ結晶粒のサイズは異なり、はんだき裂長さ（寿命）にばらつきが発生する。
【００７９】
本発明の実施例２のはんだ付け方法における部品載置位置の平均はんだき裂長さは、基板前部７１ｆは４４３μｍ、基板中央部７１ｍは４５０μｍ、基板後部７１ｒは４８０μｍで、搭載位置によるはんだき裂長さのばらつきは４０μｍ弱と小さく、搭載位置の影響はあまりみられない。また、従来技術のはんだ付けのはんだき裂長さより、基板前部７１ｆおよび基板中央部７１ｍで約１７０μｍ、基板後部７１ｒでは約２８０μｍ小さく、従来技術のはんだ付けよりはんだ品質が優れている。
【００８０】
本発明の実施例２のはんだ付け方法の場合、フローはんだ付けされた実装基板はリフロー炉で加熱され基板全体が均一加熱保持されることで、はんだ接合部のはんだは再溶融し均一に加熱保持され、搭載位置（前部７１ｆ、中央部７１ｍ、後部７１ｒ）における急冷凝固前の温度のばらつきはなくなり、その均一に加熱保持されたはんだ溶融状態から基板全体が急冷凝固される。そのため、冷却速度のばらつきが小さく、部品搭載位置にかかわらず、はんだ組織が均一になり、き裂長さ（寿命）のばらつきが小さくなるはんだ接合部のはんだ凝固組織のＳｎ結晶粒のばらつきは小さくなり、き裂長さ（寿命）のばらつきが小さくなる。
【００８１】
以上述べたように、本発明のコンベア式はんだ付け装置において、本発明のはんだ付け方法を実施することにより、フローはんだ付けされたフロー処理実装基板は加熱され実装基板全体が均一に加熱保持されることで、はんだ接合部のはんだは再溶融され部品載置位置にかかわらず均一に加熱保持される。その保持された状態から基板全体が一括急冷されはんだ接合部のはんだが均一に凝固されるために、リフトオフの発生がなく、また引け巣の発生数が少なく且つはんだき裂長さが短い、安定した良好なはんだ付け品質を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明におけるはんだ付け方法のフローチャートであり、図１（ａ）は  第１の実施形態におけるはんだ付け方法（再溶融形式）のフローチャート、図１（ｂ）は第２の実施形態におけるはんだ付け方法（溶融保持形式）のフローチャートである。
【図２】本発明の第１の実施形態におけるはんだ付け装置の概略構成図である。
【図３】本発明の第２の実施形態におけるはんだ付け装置の概略構成図である。
【図４】従来のフローはんだ付け方法のフローチャートである。
【図５】従来のリフローはんだ付け方法のフローチャートである。
【図６】図６はリフロー炉１１０を示し、図６（ａ）はリフロー炉１１０の概略を示す模式図であり、図６（ｂ）はリフロー炉の縦断面構造を示す模式図である。
【図７】はんだ付け装置１に係る基板の表面温度と基板および装置構成部の位置関係を示す模式図である。
【図８】はんだ付け装置２に係る基板の表面温度と基板および装置構成部の位置関係を示す模式図である。
【図９】電子部品を搭載したプリント配線板７０の模式図を示す。
【符号の説明】
【００８３】
１、２：はんだ付け装置                １０、２５：はんだ付け方法の工程図
５０ａ：部品搭載基板                  ５０ｂ：部品実装基板
５０ｆ：フロー処理実装基板            ５０ｒ：リフロー処理実装基板
５５：はんだ接合部                        
７０：試験用の電子部品が搭載されたプリント配線板
１００：フロー炉                  １１０、１２０：リフロー炉
１１１：はんだ溶融・均一加熱部            １１２：急冷部
１１５：加熱用ノズル                      １１６：冷却用ノズル
【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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