(57)【要約】【課題】はんだ付けの接合強度の高い亜鉛系鉛フリーはんだによるはんだ付け接続。【解決手段】第１の鉛フリーはんだの層３４とはんだ付けパッド２間には、前記はんだ付けパッド２上に形成された錫と銅との合金層３１とこの合金層３１の上に設けられる錫・銀を主成分とする第２の鉛フリーはんだ３２の層とから構成された第１の合金層３０と、この第１の合金層３０と前記第１の鉛フリーはんだ３４との間に設けられた第２の合金層３５とを有するものである。これにより、はんだ付けの接合強度の高い亜鉛系鉛フリーはんだによるはんだ付け接続を実現することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プリント基板上の所定の位置に設けられるとともに銅箔によって形成されたはんだ付けパッドと、このはんだ付けパッドと接続される電子部品と前記はんだ付けパッドとを錫・亜鉛を主成分とした第１の鉛フリーはんだによってはんだ付けするはんだ付け接続であって、前記第１の鉛フリーはんだの層と前記はんだ付けパッド間には、前記はんだ付けパッド上に形成された錫と銅との合金層とこの合金層の上に設けられる錫・銀を主成分とする第２の鉛フリーはんだの層とから構成された第１の合金層と、この第１の合金層と前記第１の鉛フリーはんだとの間に設けられた第２の合金層とを形成するはんだ付け接続。
【請求項２】
第２の合金層は、第１の合金層中に拡散した銅分子のうちで前記第２の合金層との境界近傍の銅分子が消費されて形成された請求項１に記載のはんだ付け接続。
【請求項３】
第１の鉛フリーはんだと第２の鉛フリーはんだの融点とを略同じとした請求項２に記載のはんだ付け接続。
【請求項４】
第２の鉛フリーはんだは、錫とインジウムが含まれた鉛フリーはんだとした請求項２に記載のはんだ付け接続。
【請求項５】
第２の合金層は、はんだ付けパッド上に予め形成された第１の合金層と第１の鉛フリーはんだとを共に溶融させることにより形成する請求項１に記載のはんだ付け接続。
【請求項６】
第１の合金層の厚みは、第１の鉛フリーはんだを溶融したときに、亜鉛分子が拡散する距離よりも大きくした請求項５に記載のはんだ付け接続。
【請求項７】
プリント基板と、このプリント基板上の銅箔によって形成されるとともにはんだ付けするべき所定の位置に形成されるはんだ付けパッドと、このはんだ付けパッド上に装着される電子部品と前記はんだ付けパッドとの間を錫・亜鉛を主成分とした第１の鉛フリーはんだによってはんだ付けするはんだ付け接続であって、前記第１の鉛フリーはんだの層と前記はんだ付けパッド間に、錫と銅との合金層とこの合金層の上に設けられた錫・銀を主成分とする第２の鉛フリーはんだの層とから成る第１の合金層を形成させる第１の合金形成手段と、この第１の合金形成手段によって形成された第１の合金層と前記第１の鉛フリーはんだとの間に第２の合金層を形成させる第２の合金層形成手段とを有したはんだ付け接続。
【請求項８】
第１の合金層形成手段は、亜鉛が主成分として含まれない第２の鉛フリーはんだをはんだ付けパッドと対向する位置に供給するように前記はんだ付けパッドと対向して形成された開口部を有するスクリーン印刷と、このスクリーン印刷で供給された前記第２の鉛フリーはんだを溶融する加熱手段とから構成される請求項７に記載のはんだ付け接続。
【請求項９】
第２の合金層形成手段は、第１の鉛フリーはんだと第２の鉛フリーはんだとを共に溶融させる加熱手段とした請求項７に記載のはんだ付け接続。
【請求項１０】
第２の鉛フリーはんだは錫・インジウム系の鉛フリーはんだとした請求項７に記載のはんだ付け接続。
【請求項１１】
プリント基板と、このプリント基板上の銅箔によって形成されたはんだ付けパッドと、このはんだ付けパッド上とこのはんだ付けパッド上に装着される電子部品とを錫・亜鉛系の第１の鉛フリーはんだで接続するはんだ付け方法において、前記はんだ付けパッド上に錫と銅との第１の合金層を形成するとともに、この合金層の上に錫・銀が主成分の第２の鉛フリーはんだ層を形成させる第１の工程と、この第１の工程の後で前記第２の鉛フリーはんだ層の前記第１の鉛フリーはんだを供給する第２の工程と、この第２の工程の後で前記電子部品のリード部を前記パッドの略中央に形成された孔に挿入する第３の工程と、この第３の工程の後で加熱することによって前記第１の鉛フリーはんだの層と前記第２の鉛フリーはんだの層との間に第２の合金層を形成する第４の工程とを有したはんだ付け方法。
【請求項１２】
第１の工程は、スクリーンによってはんだ付けパッド上にクリームはんだを印刷する印刷工程と、この印刷工程の後で前記クリームはんだを加熱して溶融させる溶融工程とからなる請求項１１に記載のはんだ付け方法。
【請求項１３】
スクリーンには、はんだ付けパッドと対向して形成された開口部と、前記はんだ付けパッドの略中央に設けられた孔に対向して形成されるとともに前記孔を覆うように形成された遮蔽部とを有する請求項１２に記載のはんだ付け方法。
【請求項１４】
開口部に架設されるとともに遮蔽部に連結される連結部の幅は、クリームはんだを加熱したときには、前記クリームはんだが連結部に対向するクリームはんだ不塗布部を覆うことができる程度に細くした請求項１３に記載のはんだ付け方法。
【請求項１５】
印刷工程と溶融工程との間には、実装部品をプリント基板の所定の位置へ装着する部品装着工程が挿入された請求項１２に記載のはんだ付け方法。
【請求項１６】
第２の合金層は、第１の工程で第１の鉛フリーはんだ中に銅箔より拡散した銅分子と第１の鉛フリーはんだとの合金層とした請求項１１に記載のはんだ付け方法。
【請求項１７】
第２の鉛フリーはんだは、錫・インジウム系鉛フリーはんだとした請求項１１に記載のはんだ付け方法。
【請求項１８】
第４の工程では、第１の鉛フリーはんだと第２の鉛フリーはんだとを共に溶融させる請求項１１に記載のはんだ付け方法。
【請求項１９】
電子部品は非耐熱部品であるとともに、第４の工程では、第２の鉛フリーはんだを予め定められた温度まで予熱する予熱工程と、この予熱の後に前記第１の鉛フリーはんだと前記第２の鉛フリーはんだとを溶融させる加熱工程と、この加熱工程の後に前記加熱工程で溶融した前記第１の鉛フリーはんだと前記第２の鉛フリーはんだとを冷却させる第１の冷却工程とを有し、前記予熱工程と前記加熱工程との間には第２の冷却工程を有した請求項１１に記載のはんだ付け方法。
【請求項２０】
第２の冷却工程では、加熱工程内での非耐熱部品のピーク温度が、予め定められた温度以下となるように冷却する請求項１９に記載のはんだ付け方法。
【請求項２１】
加熱工程にて第１の鉛フリーはんだがピーク温度に達した後であって、非耐熱部品が予め定められた温度以上となる前に、第１の冷却工程では、前記非耐熱部品の冷却を開始する請求項１９に記載のはんだ付け方法。
【請求項２２】
加熱工程から第１の冷却工程への搬送は、第１の鉛フリーはんだが固相線温度より下回った温度で行う請求項２１に記載のはんだ付け方法。
【請求項２３】
第１の鉛フリーはんだは、フラックス成分とはんだ粉にて形成され、予熱手段において、前記第１の鉛フリーはんだの温度は前記フラックス成分が活性化するとともに、溶剤が揮発する温度以上とし、このときの非耐熱部品の温度は、予め定められた温度以下とした請求項１９に記載のはんだ付け方法。
【請求項２４】
予熱工程は、第１の鉛フリーはんだ面と対向する面側から予熱する請求項１９に記載のはんだ付け方法。
【請求項２５】
予熱工程では、非耐熱部品が搭載された面側から冷却する請求項１９に記載のはんだ付け方法。
【請求項２６】
加熱工程では、非耐熱部品が植設された面側から冷却する請求項１９に記載のはんだ付け方法。
【請求項２７】
加熱工程では、第１の鉛フリーはんだ塗布面に対向する面側から加熱する請求項１９に記載のはんだ付け方法。
【請求項２８】
加熱工程を構成する加熱部には、プリント基板の第１の鉛フリーはんだ塗布面に対向した複数個のパイプが設けられ、このパイプから噴出する熱風により加熱する請求項２７に記載のはんだ付け方法。
【請求項２９】
パイプの根元に設けられた空気室と、この空気室内に設けられるとともに、熱風を遮蔽する遮蔽板とを有し、この遮蔽板にはプリント基板のはんだ付け箇所に対応する位置に孔が設けられた請求項２７に記載のはんだ付け方法。
【請求項３０】
パイプは、熱容量の大きな非耐熱部品のクリームはんだに対向した箇所を大きな径とした請求項２７に記載のはんだ付け方法。
【請求項３１】
パイプは、熱容量の大きい非耐熱部品の第１の鉛フリーはんだに対向した箇所に多数本設けられた請求項２７に記載のはんだ付け方法。
【請求項３２】
第２冷却工程では、プリント基板の非耐熱部品が搭載された面側から冷却する冷却部を有する請求項１９に記載のはんだ付け方法。
【請求項３３】
第２の冷却工程には、複数個のパイプが設けられ、このパイプから噴出す冷風により非耐熱部品を選択的に冷却する請求項３０に記載のはんだ付け方法。
【請求項３４】
パイプの根元に設けられた空気室と、この空気室内に設けられるとともに、冷風を遮蔽する遮蔽板とを有し、この遮蔽板には非耐熱部品が搭載されている位置に対応した孔が設けられた請求項３２に記載のはんだ付け方法。
【請求項３５】
パイプは、熱容量の大きな非耐熱部品に対向した箇所では径を大きくした請求項３２に記載のはんだ付け方法。
【請求項３６】
パイプは、熱容量の大きい非耐熱部品に対向した箇所には多数本設けられた請求項３２に記載のはんだ付け方法。
【請求項３７】
非耐熱部品は、熱容量の大きい本体部と、この本体部の径に比べて充分に小さい径であるとともに、前記本体部に接続して設けられたリード部からなる請求項１９に記載のはんだ付け方法。
【請求項３８】
プリント基板の所定の位置に設けられるとともに銅箔によって形成されたはんだ付けパッドに第１の鉛フリーはんだを印刷する印刷手段と、この印刷手段の下流に設けられるとともに前記第１の鉛フリーはんだと前記銅箔との第１の合金層を形成させる第１の加熱手段と、この第１の加熱手段の下流に設けられるとともに前記はんだ付けパッド上に前記第１の鉛フリーはんだよりも融点が低い第２の鉛フリーはんだを転写する転写手段と、この転写手段の下流に設けられるとともに前記はんだ付けパッドの略中央に設けられた孔に電子部品のリード部を挿入する挿入手段と、この挿入手段の下流に設けられた第２の加熱手段とを備え、前記第２の加熱手段には、前記第２の鉛フリーはんだを予め定められた温度まで予熱する予熱部と、この予熱部の下流に設けられた第１の冷却部と、この第１の冷却部の下流に設けられた加熱部と、この加熱部の下流に設けられるとともにこの加熱部で溶解した前記第２の鉛フリーはんだを冷却する第２の冷却部とを有し、前記加熱部では前記第１の鉛フリーはんだと第２の鉛フリーはんだとを溶融させて前記第１の合金層と前記第１の鉛フリーはんだとの間に第２の合金層を形成させる電子部品の製造装置。
【請求項３９】
第１の鉛フリーはんだは錫・亜鉛系の鉛フリーはんだとするとともに、第２の鉛フリーはんだは錫・インジウム系の鉛フリーはんだとした請求項３８に記載の電子部品の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、錫と亜鉛との合金を含んだ鉛フリーはんだを用いて電子部品をはんだ付けするはんだ付け接続とそのはんだ付け方法およびそれを用いた電子部品の製造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年環境保護の観点より、人体に悪影響を及ぼす恐れのある鉛を含まないはんだへの要求が大きくなってきた。しかし鉛を含まないはんだは、錫・銀系はんだに見られるように一般的にその融点が従来の錫・鉛系のはんだに比べて高くなる。そこで本発明は、鉛を含まないはんだとして、融点を錫・鉛系はんだと略同じとすることができる亜鉛系鉛フリーはんだ（以降亜鉛系鉛フリーはんだという）を用いたはんだ付け接続に関するものである。
【０００３】
まず、従来のはんだ付け接続について図面を用いて説明する。図１９は従来のはんだ付け接続の断面図である。図１９において、１は、プリント基板である。このプリント基板１の所定の位置には、銅箔がエッチングされて形成されたはんだ付けパッド２が配置されている。３は、プリント基板１とはんだ付けパッド２の双方共に貫通して形成された孔であり、パッド２の略中央部に設けられている。
【０００４】
４は、リード付部品の電解コンデンサ（電子部品の一例として用いた）である。この電解コンデンサ４には、リード部５を有し、そのリード部５が孔３を貫通するようにして挿入され、はんだ付けパッド２とリード部５とは、錫・銀・銅系の鉛フリーはんだ６と、錫・亜鉛系の鉛フリーはんだ７とによって接続される。
【０００５】
次に、図２０は、従来のはんだ付け接続のフローチャートであり、図２１は従来のはんだ付け接続の拡大断面図である。図２０において１０は、錫・銀・銅系の鉛フリーはんだ６をプリント基板１へ塗布する塗布工程である。この塗布工程１０では１２０ミクロンのスクリーンマスクを用いて、基板１上に錫・銀・銅系の鉛フリーはんだ６を印刷している。
【０００６】
１１は、塗布工程１０の後で、塗布工程１０で塗布された錫・銀・銅系の鉛フリーはんだ６をプリント基板１にはんだ付けするリフロー工程である。そして、このリフロー工程１１によって図２１に示されるように、はんだ付けパッド２と錫・銀・銅系鉛フリーはんだ７との間に、Ｃｕ３Ｓｎ合金／Ｃｕ６Ｓｎ５合金の錫・銅合金層２１が略３μｍの厚みで形成される。
【０００７】
１２は、リフロー工程１１の後で錫・銀・銅系の鉛フリーはんだ６の上に錫・亜鉛系の鉛フリーはんだ７を塗布する塗布工程である。この塗布工程１２では、１．２ミリ厚の金属製プレートによって前記亜鉛系の鉛フリーはんだ７がプリント基板１上に印刷される。
【０００８】
そして、１３は塗布工程１２の後で、錫・亜鉛系の鉛フリーはんだ７が印刷されたプリント基板１の孔３に電解コンデンサ４のリード部５を挿入する部品挿入工程である。そして、この部品挿入工程１３の後のリフロー工程１４によって加熱し、前記錫・亜鉛系の鉛フリーはんだ７で電解コンデンサ４をはんだ付けするものであった。
【０００９】
ただし、リフロー工程１４における温度は、このリフロー工程中に電解コンデンサ４の温度がその補償温度以上とならないように出来る限り低くしておくことが必要である。そこで、従来のはんだ接続におけるリフロー工程１４では、錫・亜鉛系の鉛フリーはんだが溶融できる最低限の温度ではんだ付けしていた。つまり、リフロー工程１４において錫・銀・銅系の鉛フリーはんだ６の温度は、その液相温度を超えない。
【００１０】
これにより図２１に示されるように、錫・銀・銅系鉛フリーはんだ６の上に、錫・亜鉛系の鉛フリーはんだ７の層が形成されると同時に、錫・銅合金層２１と錫・銀・銅系鉛フリーはんだ６との間に錫・亜鉛合金層２２が生成されることが確認されている。ここで、図２１に示した模式図では、各層間に明らかな境界線があるが、これは説明を判りやすくするために便宜上このような境界線を設けたが、実際にはこのように明確な境界はなく、徐々にその成分比率が変化するものである。ただし本説明においては、一般的にＳＥＭ写真などによって判別できる範囲を層として境界線を設けて表している。
【００１１】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【００１２】
【特許文献１】
特開平９−１７４２７８号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来のはんだ付け接続においては、図２１に示されるように錫・銀・銅の鉛フリーはんだ６中に拡散・進入した亜鉛とはんだ付けパッド２の銅によって、錫・銅合金２１上に銅と亜鉛との合金層２２が生成される。そしてこの状態で、高温環境下に置かれると、錫・銀・銅の鉛フリーはんだ６中に進入した亜鉛と、はんだ付けパッド２の銅とがさらに消費され、長時間かけて合金層２２は徐々に成長することが確認されている。
【００１４】
そしてこの銅と亜鉛の合金層２２は成長すると、接合部の強度の低下を招くことが知られている。
【００１５】
そこで本発明は、この問題を解決したもので、はんだ付けの接合強度が低下しにくい亜鉛系鉛フリーはんだのはんだ付け接続を提供することを目的としたものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために本発明の第１の鉛フリーはんだの層とはんだ付けパッド間には、前記はんだ付けパッド上に形成された錫と銅との合金層とこの合金層の上に設けられる錫・銀を主成分とする第２の鉛フリーはんだの層とから構成された第１の合金層と、この第１の合金層と前記第１の鉛フリーはんだとの間に設けられた第２の合金層とを形成するものである。
【００１７】
これにより、はんだ付けの接合強度の低下を発生しない亜鉛系鉛フリーはんだのはんだ付け接続を実現することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、プリント基板上の所定の位置に設けられるとともに銅箔によって形成されたはんだ付けパッドと、このはんだ付けパッドと接続される電子部品と前記はんだ付けパッドとを錫・亜鉛を主成分とした第１の鉛フリーはんだによってはんだ付けするはんだ付け接続であって、前記第１の鉛フリーはんだの層と前記はんだ付けパッド間には、前記はんだ付けパッド上に形成された錫と銅との合金層とこの合金層の上に設けられる錫・銀を主成分とする第２の鉛フリーはんだの層とから構成された第１の合金層と、この第１の合金層と前記第１の鉛フリーはんだとの間に設けられた第２の合金層とを形成するはんだ付け接続である。
【００１９】
これにより、第１の合金層と第２の合金層とを有することとなり、亜鉛がこれらのバリヤ層を超えて銅箔に進入することは少なくなる。従って、高温環境下において銅と錫との合金層と錫・銀・銅系の鉛フリーはんだとの間で、銅と亜鉛との合金が成長することを抑制することができるので、はんだ付けの接合強度の低下を発生しない亜鉛系鉛フリーはんだのはんだ付け接続を実現することができる。
【００２０】
なお、ボイドの発生も抑制することができるので、熱衝撃などによるはんだクラックも発生しにくくなる。
【００２１】
請求項２に記載の発明における第２の合金層は、第１の合金層中に拡散した銅分子のうちで前記第２の合金層との境界近傍の銅分子が消費されて形成された請求項１に記載のはんだ付け接続であり、これにより第１の合金層と錫・亜鉛系鉛フリーはんだとの境界近傍の銅分子が消費されて第２の合金層が形成されるので、この境界近傍の銅分子が消費されてしまうとそれ以上にこの銅・亜鉛層が成長することは少なくなる。つまり、第２の合金層が形成されることによって、第１の鉛フリーはんだ中の亜鉛が第１の合金層に拡散されることを抑制する。
【００２２】
従って、高温環境下において銅と亜鉛との合金の成長を抑制することができるので、はんだ付けの接合強度の低下を発生しない亜鉛系鉛フリーはんだのはんだ付け接続を実現することができる。
【００２３】
なお、ボイドの発生も抑制することができるので、熱衝撃などによるはんだクラックも発生しにくくなる。
【００２４】
請求項３に記載の発明における第１の鉛フリーはんだと第２の鉛フリーはんだの融点とを略同じとした請求項２に記載のはんだ付け接続であり、これにより融点が略同じであるので第１の鉛フリーはんだと第２の鉛フリーはんだは共に溶融する。このとき第１の鉛フリーはんだ中の亜鉛と第１の合金層内に拡散された銅分子とが結合し、第１の鉛フリーはんだと第１の合金層との間で銅と亜鉛の合金による第２の合金層が形成される。これは、第１の合金層中に拡散された銅分子が消費され、第１の合金層内の銅濃度は低くなり銅の供給が途絶えるためであると考えられる。すると、この銅・亜鉛層のさらなる成長は抑制されることとなる。すなわち、第２の合金層を形成することで、第１の鉛フリーはんだ中の亜鉛が第１の合金層に拡散することを抑制することができる。
【００２５】
従って、高温環境下において銅と亜鉛との合金の成長を抑制することができ、はんだ付けの接合強度の低下を発生しにくい亜鉛系鉛フリーはんだのはんだ付け接続を実現することができる。
【００２６】
請求項４に記載の発明における第２の鉛フリーはんだは、錫とインジウムが含まれた鉛フリーはんだとした請求項２に記載のはんだ付け接続であり、これにより低温ではんだ付けできるので、非耐熱部品のはんだ付けに有効である。
【００２７】
また、錫・亜鉛系の鉛フリーはんだである第１の鉛フリーはんだの融点と第２の鉛フリーはんだの融点とを近くすることができる。従って、低い温度で双方の鉛フリーはんだを溶融させることができ、低温で第２の合金層を得ることが出来る。これによって、低熱温度の低い電子部品が熱によって破壊されることなく、はんだ付けを行うことが出来る。
【００２８】
請求項５に記載の発明における第２の合金層は、はんだ付けパッド上に予め形成された第２の合金層と第１の鉛フリーはんだとを共に溶融させることにより形成する請求項１に記載のはんだ付け接続であり、これにより第１の鉛フリーはんだと第２の鉛フリーはんだは共に溶融する。この溶融状態において第１の鉛フリーはんだ中の亜鉛と第１の合金層内に拡散された銅とは活性化された状態であるので、互いに結合し易い状態となっている。これによって、これらの第１の鉛フリーはんだと第２の鉛フリーはんだが溶融した第１の合金層内の銅と第１の鉛フリーはんだ内の亜鉛とが急速に結合することとなり、第１の鉛フリーはんだと第１の合金層との間で銅と亜鉛の合金による第２の合金層が形成されると考えられる。
【００２９】
そして、第１の合金層中に拡散された銅分子が消費されるとそれ以上にこの銅・亜鉛層が成長することは少なくなる。つまり、第２の合金層が形成されることによって、第１の鉛フリーはんだ中の亜鉛はそれ以上第１の合金層に拡散することを抑制されるものと考えられる。
【００３０】
従って、高温環境下において銅と亜鉛との合金の成長を抑制することができ、はんだ付けの接合強度の低下を発生しにくい亜鉛系鉛フリーはんだのはんだ付け接続を実現することができる。
【００３１】
請求項６に記載の発明における第１の合金層の厚みは、クリームはんだを溶融したときに、亜鉛分子が拡散する距離よりも大きくした請求項５に記載のはんだ付け接続であり、これにより仮に第２の合金層を通過して亜鉛が第１の合金層内に進入しても、亜鉛が銅箔表面まで到達することは少なくなり、第２の鉛フリーはんだと銅箔との境界近傍での亜鉛と銅との合金の生成は少なくなる。従って、高温環境下において銅と亜鉛との合金の生成も少なくすることができ、はんだ付けの接合強度の低下を発生しにくい亜鉛系鉛フリーはんだのはんだ付け接続を実現することができる。
【００３２】
請求項７に記載の発明は、プリント基板と、このプリント基板上の銅箔によって形成されるとともにはんだ付けするべき所定の位置に形成されるはんだ付けパッドと、このはんだ付けパッド上に装着される電子部品と前記はんだ付けパッドとの間を錫・亜鉛を主成分とした第１の鉛フリーはんだによってはんだ付けするはんだ付け接続であって、前記第１の鉛フリーはんだの層と前記はんだ付けパッド間に、錫と銅との合金層とこの合金層の上に設けられた錫・銀を主成分とする第２の鉛フリーはんだの層とから成る第１の合金層を形成させる第１の合金形成手段と、この第１の合金形成手段によって形成された第１の合金層と前記第１の鉛フリーはんだとの間に第２の合金層を形成させる第２の合金層形成手段とを有したものである。
【００３３】
これによって、第１の合金層形成手段と第２の合金層形成手段によって第１の合金層と第２の合金層とが形成され、銅と亜鉛との結合を阻止する。従って、高温環境下において銅と亜鉛との合金の成長が抑制されるので、はんだ付けの接合強度の低下を発生しにくい亜鉛系鉛フリーはんだのはんだ付け接続を実現することができる。
【００３４】
なお、銅・亜鉛合金の発生に起因するボイドの発生も抑制することができるので、熱衝撃などによるはんだクラックも発生しにくくなる。
【００３５】
請求項８に記載の発明における第１の合金層形成手段は、亜鉛が主成分として含まれない第２の鉛フリーはんだをはんだ付けパッドと対向する位置に供給するように前記はんだ付けパッドと対向して形成された開口部を有するスクリーン印刷と、このスクリーン印刷で供給された前記第２の鉛フリーはんだを溶融する加熱手段とから構成される請求項７に記載のはんだ付け接続であり、これにより第１の合金層形成手段は、第２の鉛フリーはんだをスクリーン印刷によって印刷し、加熱手段で加熱することによって第１の合金層を得るものであるので、非常に容易に第１の合金層を得ることができる。また、スクリーンの厚さを適宜選択すれば容易に第１の合金層の厚みを変更することもできる。
【００３６】
請求項９に記載の発明は、第２の合金層形成手段は、第１の鉛フリーはんだと第２の鉛フリーはんだとを共に溶融させる加熱手段とした請求項７に記載のはんだ付け接続であり、これにより第１の鉛フリーはんだと第２の鉛フリーはんだは共に溶融する。このとき第１の鉛フリーはんだ中の亜鉛と第１の合金層内に拡散された銅分子とが結合し、第１の鉛フリーはんだと第１の合金層との間で銅と亜鉛の合金による第２の合金層が形成される。これによって、第１の合金層中に拡散された銅分子が消費され、第１の合金層内の銅の濃度が低下し、それ以上にこの銅・亜鉛層が成長することは少なくなる。つまり、第２の合金層が形成されることによって、第１の鉛フリーはんだ中の亜鉛が第１の合金層に拡散されることを抑制することができる。
【００３７】
従って、高温環境下において銅と亜鉛との合金の成長を抑制することができ、はんだ付けの接合強度の低下を発生しにくい亜鉛系鉛フリーはんだのはんだ付け接続を実現することができる。
【００３８】
請求項１０に記載の発明は、第２の鉛フリーはんだは錫・インジウム系の鉛フリーはんだとした請求項７に記載のはんだ付け接続であり、これにより低温ではんだ付けできるので、非耐熱部品のはんだ付けに有効である。
【００３９】
また、錫・亜鉛系の鉛フリーはんだである第１の鉛フリーはんだの融点と第２の鉛フリーはんだの融点とを近くすることができる。従って、低い温度で双方の鉛フリーはんだを溶融させることができ、低温で第２の合金層を得ることが出来る。これによって、低熱温度の低い電子部品が熱によって破壊されることなく、はんだ付けを行うことが出来る。
【００４０】
そして、第２の合金層によって高温環境下において銅と亜鉛との合金の成長を抑制することができ、はんだ付けの接合強度の低下も発生しにくい亜鉛系鉛フリーはんだのはんだ付け接続を実現することができる。
【００４１】
請求項１１に記載の発明は、プリント基板と、このプリント基板上の銅箔によって形成されたはんだ付けパッドと、このはんだ付けパッド上とこのはんだ付けパッド上に装着される電子部品とを錫・亜鉛系の第１の鉛フリーはんだで接続するはんだ付け接続において、前記はんだ付けパッド上に錫と銅との第１の合金層を形成するとともに、この合金層の上に錫・銀が主成分の第２の鉛フリーはんだ層を形成させる第１の工程と、この第１の工程の後で前記第２の鉛フリーはんだ層の前記第１の鉛フリーはんだを供給する第２の工程と、この第２の工程の後で前記電子部品のリード部を前記パッドの略中央に形成された孔に挿入する第３の工程と、この第３の工程の後で加熱することによって前記第１の鉛フリーはんだの層と前記第２の鉛フリーはんだの層との間に第２の合金層を形成する第４の工程とを有したものである。
【００４２】
これによって、はんだ付けパッド上には第１の工程によって錫・銅とからなる第１の合金層と第２の鉛フリーはんだとからなる合金層が形成される。さらに、第２の鉛フリーはんだと第１の鉛フリーはんだとの間に第２の合金層が形成されるので、第１の合金層と第２の合金層が形成される。従って、これらの合金層によって第１の鉛フリーはんだに含まれる亜鉛はんだ付けパッドに到達することを妨げる。従って、高温環境下において銅と亜鉛との合金の生成・成長が抑制されることとなり、はんだ付けの接合強度の低下を発生しにくい亜鉛系鉛フリーはんだのはんだ付け接続を実現することができる。
【００４３】
請求項１２に記載の発明における第１の工程は、スクリーンによってはんだ付けパッド上にクリームはんだを印刷する印刷工程と、この印刷工程の後で前記クリームはんだを加熱して溶融させる溶融工程とからなる請求項１１に記載のはんだ付け方法であり、これにより錫・銅合金と錫との層を容易に形成することができる。
【００４４】
請求項１３に記載の発明におけるスクリーンには、はんだ付けパッドと対向して形成された開口部と、前記はんだ付けパッドの略中央に設けられた孔に対向して形成されるとともに前記孔を覆うように形成された遮蔽部とを有する請求項１２に記載のはんだ付け方法であり、これにより孔にははんだが供給されないので、孔がはんだで塞がれてしまうことはない。
【００４５】
請求項１４に記載の発明における開口部に架設されるとともに遮蔽部に連結される連結部の幅は、クリームはんだを加熱したときには、前記クリームはんだが連結部に対向するクリームはんだ不塗布部を覆うことができる程度に細くした請求項１３に記載のはんだ付け方法である。
【００４６】
これによりクリームはんだははんだ付けパッドの略全面を覆うので、はんだ付けパッドが露出せず、この上から供給される錫・亜鉛系の鉛フリーはんだ中の亜鉛とはんだ付けパッドの銅との合金の生成は少なくなる。従って、高温環境下において錫と銅との第１の合金層と第２の鉛フリーはんだとの間に銅と亜鉛との合金が生成され難くなり、その成長も小さくなる。これにより、はんだ付けの接合強度の低下を発生しにくい亜鉛系鉛フリーはんだのはんだ付け接続を実現することができる。
【００４７】
また、はんだ付けパッドが露出しないので、亜鉛系鉛フリーはんだのはんだ付け性も良くなる。
【００４８】
請求項１５に記載の発明における印刷工程と溶融工程との間には、実装部品をプリント基板の所定の位置へ装着する部品装着工程が挿入された請求項１２に記載のはんだ付け方法であり、これにより第１の工程においてはんだ付けパッド上に第１の合金層を形成すると同時に実装部品の装着を行うことができる。
【００４９】
請求項１６に記載の発明における第２の合金層は、第１の工程で第１の鉛フリーはんだ中に銅箔より拡散した銅分子と第１の鉛フリーはんだとの合金層とした請求項１１に記載のはんだ付け方法であり、これにより鉛フリーはんだ中の亜鉛と第１の工程によって第２の鉛フリーはんだ内に拡散された銅分子とが結合し、第１の鉛フリーはんだと第２の鉛フリーはんだとの間で銅と亜鉛の合金による第２の合金層が形成される。そして、第２の鉛フリーはんだより銅が供給されなくなると、それ以上銅・亜鉛層が成長することは少なくなる。つまり、第２の合金層が形成されることによって、第２の鉛フリーはんだ中の銅濃度が低下し、それ以上第１の鉛フリーはんだ中の亜鉛が第２の鉛フリーはんだに拡散することを抑制する。
【００５０】
従って、高温環境下において銅と亜鉛との合金の成長を抑制することができ、はんだ付けの接合強度の低下を発生しにくい亜鉛系鉛フリーはんだのはんだ付け接続を実現することができる。
【００５１】
請求項１７に記載の発明における第１の合金層のはんだは、錫・インジウム系鉛フリーはんだとした請求項１１に記載のはんだ付け方法であり、これにより低温ではんだ付けできるので、非耐熱部品のはんだ付けに有効である。
【００５２】
また、錫・亜鉛系の鉛フリーはんだである第１の鉛フリーはんだの融点と第２の鉛フリーはんだの融点とを近くすることができる。従って、低い温度で双方の鉛フリーはんだを溶融させることができ、低温で第２の合金層を得ることが出来る。これによって、低熱温度の低い電子部品が熱によって破壊されることなく、はんだ付けを行うことが出来る。
【００５３】
さらに、第１の合金層の錫・インジウム系の鉛フリーはんだであるので融点は亜鉛系の鉛フリーはんだと近く、第１の鉛フリーはんだを溶融時の熱で第２の鉛フリーはんだも溶融し、第１の鉛フリーはんだと第２の鉛フリーはんだとを確りとはんだ付けすることができる。
【００５４】
請求項１８に記載の発明における第４の工程では、第１の鉛フリーはんだと第２の鉛フリーはんだとを共に溶融させる請求項１１に記載のはんだ付け方法であり、これにより第１の鉛フリーはんだ中の亜鉛と第１の合金層内に拡散された銅分子とが結合し、第１の鉛フリーはんだと第２の鉛フリーはんだとの間で銅と亜鉛の合金による第２の合金層が形成される。しかしながら、第２の鉛フリーはんだ中に拡散された銅分子が消費されると、それ以上にこの銅・亜鉛層が成長することは少なくなるので、第２の合金層が成長することは少ない。つまり、第２の合金層が形成されることによって、第２の鉛フリーはんだ中の銅濃度を低くし、それ以上第１の鉛フリーはんだ中の亜鉛が第１の合金層に拡散することを抑制する。
【００５５】
従って、高温環境下において銅と亜鉛との合金の成長を抑制することができ、はんだ付けの接合強度の低下を発生しにくい亜鉛系鉛フリーはんだのはんだ付け接続を実現することができる。
【００５６】
請求項１９に記載の発明は、電子部品は非耐熱部品であるとともに、第４の工程では、第２の鉛フリーはんだを予め定められた温度まで予熱する予熱工程と、この予熱の後に前記第１の鉛フリーはんだと前記第２の鉛フリーはんだとを溶融させる加熱工程と、この加熱工程の後に前記加熱工程で溶融した前記第１の鉛フリーはんだと前記第２の鉛フリーはんだとを冷却する第１の冷却工程とを有し、前記予熱工程と前記加熱工程との間には第２の冷却工程を有した請求項１１に記載のはんだ付け方法である。
【００５７】
これにより加熱工程では、第１の鉛フリーはんだと第２の鉛フリーはんだは共に溶融されることとなる。このとき第１の鉛フリーはんだ中の亜鉛と第１の合金層内に拡散された銅分子とが結合し、第１の鉛フリーはんだと第１の合金層との間で銅と亜鉛の合金による第２の合金層が形成される。そして、この第２の合金層形成のために第１の合金層中に拡散された銅分子が消費され、第１の合金層中の銅濃度が低くなり、それ以上にこの銅・亜鉛層が成長することは少なくなる。
【００５８】
これによって、第２の合金層が形成されることによって、第１の鉛フリーはんだ中の亜鉛が第１の合金層に拡散されることを抑制することができる。
【００５９】
一方、非耐熱部品の装着されたプリント基板は、加熱手段に入る前にこの第２の冷却手段で非耐熱部品の温度を一旦下げるので、加熱手段における電子部品の温度を低くすることができる。従って、第２の鉛フリーはんだとして錫・銀・銅のような融点の高い鉛フリーはんだを用いても、その熱により非耐熱部品が壊れることなく、第２の合金層を形成させることができる。
【００６０】
従って、高温環境下において銅と亜鉛との合金の成長を抑制することができ、はんだ付けの接合強度の低下を発生しにくい亜鉛系鉛フリーはんだのはんだ付け接続を実現することができる。
【００６１】
請求項２０に記載の発明は、第２の冷却工程では、加熱工程内での非耐熱部品のピーク温度が、予め定められた温度以下となるように冷却する請求項１９に記載のはんだ付け方法であり、これにより第２の冷却部にて予め非耐熱部品のピーク温度を、部品の品質保証の限界温度以下となるように冷却しておけば、非耐熱部品が保証温度を超えることはなく、品質や特性や信頼性を劣化させることなくリフローはんだ付けを行うことができる。
【００６２】
請求項２１に記載の発明は、加熱工程にて第１の鉛フリーはんだがピーク温度に達した後であって、非耐熱部品が予め定められた温度以上となる前に、第１の冷却工程では、前記非耐熱部品の冷却を開始する請求項１９に記載のはんだ付け方法であり、これにより非耐熱部品の品質保証の限界温度以上となる前に冷却が開始されるので、品質保証の限界温度が低い非耐熱部品とか、融点の高いはんだであっても品質、特性や信頼性を劣化させないリフローはんだ付けを行うことができる。
【００６３】
請求項２２に記載の発明は、加熱工程から第１の冷却工程への搬送は、第１の鉛フリーはんだが固相線温度より下回った温度で行う請求項２１に記載のはんだ付け方法であり、これにより加熱手段から冷却手段への移動ははんだが固体化してからとなるので、搬送による振動などによる界面剥離や、部品の傾きなどは生じない。従って、良好なはんだ付けを実現することができる。
【００６４】
請求項２３に記載の発明における第１の鉛フリーはんだは、フラックス成分とはんだ粉にて形成され、予熱手段において、前記第１の鉛フリーはんだの温度は前記フラックス成分が活性化するとともに、溶剤が揮発する温度以上とし、このときの非耐熱部品の温度は、予め定められた温度以下とした請求項１９に記載のはんだ付け方法であり、これにより第１の鉛フリーはんだ中のフラックスが予熱手段で活性化し、プリント基板や部品リードなどのはんだ付け面を覆っている酸化膜等の皮膜を除去するので良好なはんだ付けを実現することができる。
【００６５】
また、この予熱温度は、非耐熱部品の品質保証の限界温度以下であるので、予熱手段で非耐熱部品の品質・特性や信頼性は劣化することはない。
【００６６】
請求項２４に記載の発明における予熱工程は、第１の鉛フリーはんだ面と対向する面側から予熱する請求項１９に記載のはんだ付け方法であり、これにより予熱手段では、非耐熱部品側は加熱されないので、非耐熱部品の温度が高くなることはない。従って、第２の冷却手段でプリント基板を冷却する場合、短時間で温度を下げることができる。つまり、非耐熱部品を効果的に冷却することができるので、加熱手段では、第１の鉛フリーはんだの温度を容易に上昇させることができる。従って加熱手段での電力を小さくすることができる。
【００６７】
また、非耐熱部品の温度も高くならないので、冷却手段で充分に冷却させることができ、加熱手段での非耐熱部品の温度が品質保証の限界温度を超えないようにすることができる。
【００６８】
請求項２５に記載の発明における予熱工程では、非耐熱部品が搭載された面側から冷却する請求項１９に記載のはんだ付け方法であり、これによりプリント基板が、予熱手段を通過中でも、非耐熱部品は冷却されているので、加熱手段での部品の温度をさらに低く抑えることができる。従って、さらに部品の品質保証の限界温度が低い部品や融点の高いはんだに対してもリフローはんだ付けをすることができる。
【００６９】
請求項２６に記載の発明における加熱工程では、非耐熱部品が植設された面側から冷却する請求項１９に記載のはんだ付け方法であり、これによりはんだの加熱中においても非耐熱部品を冷却しているので、非耐熱部品の温度を上昇させないようにすることができる。従って、第１の冷却手段での冷却が開始されるまでに、部品保証の限界温度を超してしまうことはなく、部品の特性が悪化することはない。
【００７０】
請求項２７に記載の発明における加熱工程では、第１の鉛フリーはんだ塗布面に対向する面側から加熱する請求項１９に記載のはんだ付け方法であり、これにより非耐熱部品側は加熱されないので加熱手段中で、非耐熱部品の温度が品質保証の限界温度を超えないようにすることができる。
【００７１】
請求項２８に記載の発明は、加熱工程を構成する加熱部には、プリント基板の第１の鉛フリーはんだ塗布面に対向した複数個のパイプが設けられ、このパイプから噴出す熱風により加熱する請求項２７に記載のはんだ付け方法であり、これにより局所的に熱量を与えることができるので、加熱時間を短くすることができ、加熱手段の電力を少なくすることができる。
【００７２】
請求項２９に記載の発明は、パイプの根元に設けられた空気室と、この空気室内に設けられるとともに、熱風を遮蔽する遮蔽板とを有し、この遮蔽板にはプリント基板のはんだ付け箇所に対応する位置に孔が設けられた請求項２７に記載のはんだ付け方法であり、これにより遮蔽板のみを交換すれば、容易にはんだ付け位置の異なるプリント基板をはんだ付けするはんだ付け装置とすることができる。
【００７３】
請求項３０に記載の発明におけるパイプは、熱容量の大きな非耐熱部品の第１の鉛フリーはんだに対向した箇所を大きな径とした請求項２７に記載のはんだ付け方法であり、これにより部品の熱容量の大きさに応じて、パイプの径を変えることによって、加熱手段での加熱時間を同一にすることができ、パイプからの熱風を同時に停止することができるので、容易にはんだ付けすることができる。
【００７４】
請求項３１に記載の発明におけるパイプは、熱容量の大きい非耐熱部品の第１の鉛フリーはんだに対向した箇所に多数本設けられた請求項２７に記載のはんだ付け方法であり、これにより部品の熱容量の大きさに応じてパイプの本数を変えることで、加熱手段での加熱時間を同一にすることができ、パイプからの熱風を同時に停止することができるので、容易にはんだ付けすることができる。
【００７５】
請求項３２に記載の発明における第２の冷却工程では、プリント基板の非耐熱部品が搭載された面側から冷却する冷却部を有する請求項１９に記載のはんだ付け方法であり、これにより非耐熱部品は冷却部によって強制的に冷却されるので、充分に冷却させることができ、加熱手段での部品の温度をさらに低く抑えることができる。従って、部品の品質保証の限界温度が低い部品や融点の高いはんだを用いてリフローはんだ付けをすることができる。
【００７６】
請求項３３に記載の発明における第２の冷却工程には、複数個のパイプが設けられ、このパイプから噴出す冷風により非耐熱部品を選択的に冷却する請求項３０に記載のはんだ付け方法であり、これにより非耐熱部品のみを選択的に冷却することができる。
【００７７】
つまり、金属製のフレームなどは、その熱容量が大きく、温度を下げると加熱工程での温度が充分に上がりにくくなり、はんだ付けができなくなる。そこで、このような熱容量の大きな部品は冷却しないようにすることができるので、良好なはんだ付けをすることができる。
【００７８】
請求項３４に記載の発明は、パイプの根元に設けられた空気室と、この空気室内に設けられるとともに、冷風を遮蔽する遮蔽板とを有し、この遮蔽板には非耐熱部品が搭載されている位置に対応した孔が設けられた請求項３２に記載のはんだ付け方法であり、これによりこの遮蔽板で冷却不要な箇所には冷風が当たらないので、必要な箇所のみを効率よく冷却することができる。また、遮蔽板のみを交換すれば、容易にはんだ付け位置の異なるプリント基板のはんだ付けをすることもできる。
【００７９】
請求項３５に記載の発明におけるパイプは、熱容量の大きな非耐熱部品に対向した箇所では径を大きくした請求項３２に記載のはんだ付け方法であり、これにより熱容量の大きな部品の温度も下げることができる。
【００８０】
請求項３６に記載の発明におけるパイプは、熱容量の大きい非耐熱部品に対向した箇所には多数本設けられた請求項３２に記載のはんだ付け方法であり、これにより熱容量の大きな部品の温度も下げることができる。
【００８１】
請求項３７に記載の発明における非耐熱部品は、熱容量の大きい本体部と、この本体部の径に比べて充分に小さい径であるとともに、前記本体部に接続して設けられたリード部からなる請求項１９に記載のはんだ付け方法であり、これにより非耐熱部品はその本体部が大きな熱容量を有し、はんだ付け部が本体部の径に比べて充分に小さい径となっているので、加熱手段で加熱したリード部の熱は、本体へ伝導しにくい。従って、加熱手段中においても本体部の温度を低く保つことができ、部品が破壊温度や特性の保証温度を超えてしまうことはない。
【００８２】
請求項３８に記載の発明は、プリント基板の所定の位置に設けられるとともに銅箔によって形成されたはんだ付けパッドに第１の鉛フリーはんだを印刷する印刷手段と、この印刷手段の下流に設けられるとともに前記第１の鉛フリーはんだと前記銅箔との第１の合金層を形成させる第１の加熱手段と、この第１の加熱手段の下流に設けられるとともに前記はんだ付けパッド上に前記第１の鉛フリーはんだよりも融点が低い第２の鉛フリーはんだを転写する転写手段と、この転写手段の下流に設けられるとともに前記はんだ付けパッドの略中央に設けられた孔に電子部品のリード部を挿入する挿入手段と、この挿入手段の下流に設けられた第２の加熱手段とを備え、前記第２の加熱手段には、前記第２の鉛フリーはんだを予め定められた温度まで予熱する予熱部と、この予熱部の下流に設けられた第１の冷却部と、この第１の冷却部の下流に設けられた加熱部と、この加熱部の下流に設けられるとともにこの加熱部で溶解した前記第２の鉛フリーはんだを冷却する第２の冷却部とを有し、前記加熱部では前記第１の鉛フリーはんだと第２の鉛フリーはんだとを溶融させて前記第１の合金層と前記第１の鉛フリーはんだとの間に第２の合金層を形成させる電子部品の製造装置である。
【００８３】
これにより加熱部では、第１の鉛フリーはんだと第２の鉛フリーはんだは共に溶融することとなる。このとき第１の鉛フリーはんだ中の亜鉛と第１の合金層内に拡散された銅分子とが結合し、第１の鉛フリーはんだと第１の合金層との間で銅と亜鉛の合金による第２の合金層が形成される。これにより、第１の合金層中に拡散された銅分子が消費され、第１の合金層中の銅濃度が低くなり、それ以上にこの銅・亜鉛層が成長することは少なくなる。つまり、第２の合金層が形成されることによって、第１の鉛フリーはんだ中の亜鉛が第１の合金層に拡散されることを抑制することができる。
【００８４】
従って、高温環境下において銅と亜鉛との合金の成長を抑制することができ、はんだ付けの接合強度の低下を発生しにくい亜鉛系鉛フリーはんだのはんだ付け接続を実現することができる。
【００８５】
さらに、加熱手段の第１の冷却部で一旦電子部品の温度が下がるので、加熱部において第１の鉛フリーはんだの温度を、第２の鉛フリーはんだが溶融する温度まで上げても、電子部品の温度上昇を小さくすることが出来る。従って、電子部品（例えば電解コンデンサ）の耐熱温度よりも第１の鉛フリーはんだの融点の方が温度の高いはんだ（例えば錫・銀・銅系の鉛フリーはんだなど）を用いるような場合においても、電子部品の耐熱温度以下ではんだ付けすることができる。
【００８６】
請求項３９に記載の発明における第１の鉛フリーはんだは錫・亜鉛系の鉛フリーはんだとするとともに、第２の鉛フリーはんだは錫・インジウム系の鉛フリーはんだとした請求項３８に記載の電子部品の製造装置であり、これにより低温ではんだ付けできるので、非耐熱部品のはんだ付けに有効である。
【００８７】
また、錫・亜鉛系の鉛フリーはんだである第１の鉛フリーはんだの融点と第２の鉛フリーはんだの融点とを近くすることができる。従って、低い温度で双方の鉛フリーはんだを溶融させることができ、低温で第２の合金層を得ることが出来る。これによって、低熱温度の低い電子部品が熱によって破壊されることなく、はんだ付けを行うことが出来る。
【００８８】
（実施の形態１）
以下、本実施の形態について図１と図２を用いて説明する。図１は本実施の形態におけるはんだ付け接続の断面模式図を示したものであり、図２はその要部拡大図である。図１と図２において従来例と同じものについては同じ番号を付しその説明は簡略化する。
【００８９】
なお、図２に示した模式図では、各層間に明らかな境界線があるが、これは説明を判りやすくするために便宜上このような境界線を設けたものであり、実際にはこのように明確な境界はなく、徐々にその成分比率が変化するものである。ただし本発明においては、一般的にＳＥＭ写真などによって判別できる範囲を層として境界線を設けて表している。
【００９０】
図１と図２において、３０は、はんだ付けパッド２上に形成された第１の合金層であり、この第１の合金層３０のはんだ付けパッド２側には、Ｃｕ３Ｓｎ合金／Ｃｕ６Ｓｎ５合金で形成された錫・銅合金層３１が略３μｍの厚みで形成されている。そしてこの第１の合金層３０の表層面側には、錫・銀・インジウムが主体となる錫・銀・インジウム系鉛フリーはんだ（第２の鉛フリーはんだの一例として用いた。以降インジウム系鉛フリーはんだという）の層３２が形成されている。
【００９１】
そしてはんだ付けパッド２から最も離れた最表層には、錫と亜鉛とが主成分の鉛フリーはんだ３３（以降、亜鉛系鉛フリーはんだという。第１の鉛フリーはんだの一例として用いた）の層３４が形成されている。そして、第１の合金層３０と、亜鉛系鉛フリーはんだ３３との間には、銅と亜鉛とからなる第２の合金層３５が形成されている。
【００９２】
なお、本実施の形態において各層の厚みは、錫・銅合金層３１の厚みが略３μｍであり、その上に形成されたインジウム系鉛フリーはんだの層３２の厚みは略５０μｍであり、第２の合金層３５の厚みが約４μｍである。
【００９３】
本実施の形態における被はんだ付け物である電解コンデンサ４（電子部品の一例として用いた）は、リード部５を有した電解コンデンサであり、従来と同様にプリント基板１に設けられた孔３にリード部５（電解コンデンサ４のはんだ付け箇所）が挿通され、亜鉛系鉛フリーはんだ３３によって電気的に接続されることとなる。
【００９４】
次に、本実施の形態におけるはんだ付け接続の工程について図面を用いて説明する。図３は、本実施の形態におけるはんだ付けのフローチャートである。図３において本実施の形態におけるはんだ付けは、はんだ付けパッド２上に第１の合金層３０を形成する合金層形成工程４１と、この合金層形成工程４１の後で亜鉛系の鉛フリーはんだ３３を第１の合金層３０上へ供給するはんだ塗布工程４２と、このはんだ塗布工程４２の後で耐熱温度が低い電解コンデンサ４をプリント基板１の孔３へ挿入する部品挿入工程４３と、そしてこの部品挿入工程４３の後で前記亜鉛系の鉛フリーはんだを加熱・溶融するはんだ付け工程４４とによって構成されている。
【００９５】
なお、合金層形成工程４１は、はんだ付けパッド２上にインジウム系鉛フリーはんだ３２を印刷する印刷工程４５と、この印刷工程４５の後で自動装着機等によってチップ部品を装着する部品装着工程４６と、この部品装着工程４６の後で前記インジウム系の鉛フリーはんだを加熱・溶融させるリフロー工程４７とから構成されている。
【００９６】
以下各工程について図面を用いて順次説明する。まず図４は、印刷工程４５の説明図である。プリント基板１上には複数のはんだ付けパッド２、５１ａや５１ｂが形成されている。なおこれらのはんだ付けパッド２は、電子部品４のリード部５とはんだ付け接続されるものである。また、はんだ付けパッド５１ａや５１ｂは図６に示されるようにチップ部品６１の電極に対向するような位置に形成されている。
【００９７】
そしてこのプリント基板１の上にメタルスクリーン５２（図４）が載置され、このメタルスクリーン５２上に錫が８８重量％、銀が３．５重量％、インジウムが８重量％、ビスマスが０．５重量％の比率であるインジウム系の鉛フリーはんだ５３が供給される。このインジウム系の鉛フリーはんだ５３は、スキージ５４によってメタルスクリーン５２に設けられた開口部５５や５６ａ、５６ｂに刷り込まれ、所定のはんだ付けパッド２、５１ａ、５１ｂ上へ供給される。なお開口部５５は、はんだ付けパッド２と対向し、開口部５６ａ、５６ｂは、はんだ付けパッド５１ａ、５１ｂと対向するように設けられている。
【００９８】
ここで、メタルスクリーン５２の厚みは、１２０μｍであり、その開口部５５の中心には図５に示すように孔３を覆うように円形の遮蔽部５７が形成されている。この遮蔽部５７の径は、孔３の径よりも約０．４ｍｍ大きな径とすることで、たとえスクリーンの印刷がずれたとしても、インジウム系の鉛フリーはんだ５３が孔３内に付着しないようにしてある。
【００９９】
また、開口部５５は、４つの架設部５８ａ、５８ｂ、５８ｃ、５８ｄによって開口部５５ａ、５５ｂ、５５ｃ、５５ｄの四つに分割される。これは、遮蔽部５７を確りと保持できるように架設部５８ａ、５８ｂ、５８ｃ、５８ｄを４箇所に設けている。しかしながら、プリント基板１にはこれらの架設部５８ａ、５８ｂ、５８ｃ、５８ｄによるインジウム系の鉛フリーはんだ５３の不形成部６２（図６）が生じるために、この架設部５８ａ、５８ｂ、５８ｃ、５８ｄの幅はできる限り細いほうが望ましい。
【０１００】
そこで、本実施の形態においては、これら架設部５８ａ、５８ｂ、５８ｃ、５８ｄの幅はそれぞれ約０．２ｍｍとしてある。こうしておけば、インジウム系の鉛フリーはんだ５３を溶融させることによって、この不形成部６２（図６）にも容易に第１の合金層３０を形成することができる。なお、本実施の形態において、架設部は４箇所としているが、少なくとも２箇所以上設けてやれば良い。架設部の数を少なくすれば、インジウム系の鉛フリーはんだ５３の不形成部６２（図６）を小さく出来るので、さらに確実に第１の合金層３０を形成させることができる。
【０１０１】
次に図６は、部品装着工程４６にてチップ部品を装着した状態を示す図である。この部品装着工程４６では、印刷工程４５で供給されたインジウム系の鉛フリーはんだ５３上にチップ部品６１が自動装着機等によって装着される。なお、このインジウム系の鉛フリーはんだ５３の融点は２０６℃あり、従来の錫・鉛共晶系のクリームはんだに比べて約３４℃融点が高い。従ってこの部品装着工程４６では、このインジウム系の鉛フリーはんだ５３に適したリフロー温度に耐えることができる部品のみが装着される。ただし、インジウム銀系のクリームはんだ５３に適したリフロー温度は一般的に２２５℃から２３０℃程度であるが、一般のチップ部品６１はこれ以上の耐熱を有しているので、この工程でほとんどの装着部品を装着することができる。
【０１０２】
また、このとき一般的にはこの装着が全て完了するまでには、前記印刷工程４５から数分以上が経過するので、インジウム系の鉛フリーはんだ５３にはダレが発生し、不形成部６２の間隔は小さくなる。本実施の形態においては、架設部５８の幅が０．２ｍｍであるので、この部品装着工程４６においてその不形成部の幅６４は０．１ｍｍ程度にまで小さくなる。
【０１０３】
その次に図７は、溶融工程４７においてインジウム系のクリームはんだ５３が加熱された状態を示す説明図であり、図８はこの溶融工程４７の温度プロファイルを示したものである。図８において、横軸７０は時間であり、縦軸７１が温度を表している。
【０１０４】
７２はインジウム系の鉛フリーはんだ５３における温度プロファイルを示している。ここで、７３は予備加熱であり、この予備加熱７３の予備加熱温度７４は１６０℃としている。この予備加熱７３では、インジウム系の鉛フリーはんだ５３中の溶剤成分を蒸発させるとともに、フラックス成分を活性化し、被はんだ付け物（はんだ付けパッド２表面や電子部品４の電極など）の表面を清浄化するものである。この予備加熱７３で加熱されるとインジウム系の鉛フリーはんだ５３の粘度が小さくなり、ダレが生じるために、不形成部６２上もインジウム系の鉛フリーはんだ５３によって覆われることとなる。
【０１０５】
そして７５が本加熱であり、この本加熱７５にてインジウム系の鉛フリーはんだ５３の融点を超えるまで加熱し、インジウム系の鉛フリーはんだ５３を溶融させる。この本加熱工程７５のピーク温度７６は、２２５℃とすることで、インジウム系鉛フリーのはんだ５３の温度を融点である２０６℃よりも高い温度へと確実に上昇させることができる。なお、７７は、本加熱７５で溶融されたインジウム系の鉛フリーはんだ５３を略常温まで冷却し、固める冷却工程である。これによってチップ部品６１のはんだ付けと同時に、はんだ付けパッド２上へ第１の合金層３０を形成することができる。
【０１０６】
次に図９はインジウム系鉛フリーはんだ５３の冷却後の状態を示す図面である。図９において、インジウム系鉛フリーはんだ５３が溶融すると、溶剤分容積が減少しその容積は約半分となる。しかし印刷工程４５でのメタルスクリーン５２の開口部５５を本実施の形態のような寸法とすることにより、孔３を除いてインジウム系鉛フリーはんだ５３がはんだ付けパッド２の略全面に広がって覆い、第１の合金層３０を形成するわけである。
【０１０７】
ここで、図８における７８は錫・鉛の共晶はんだにおける温度プロファイルである。この温度プロファイル７８のピーク温度７９は、インジウム系の鉛フリーはんだ５３のピーク点温度７６に比べても約１０℃低い。つまり、耐熱温度が１６０℃と耐熱性が低い電解コンデンサ４などをはんだ付けする場合には、従来の錫・鉛の共晶はんだと近い融点のはんだを用いることが必要となる。そこで、本実施の形態１においては、融点が比較的錫・鉛の共晶はんだの融点に近い亜鉛系の鉛フリーはんだを使用することとなる。本実施の形態１において用いられる亜鉛系鉛フリーはんだは、錫が８９重量％、亜鉛が８重量％、ビスマスが３重量％であり、その融点は１９７℃である。
【０１０８】
そこで図１０に示すように、はんだ塗布工程４２では、亜鉛系の鉛フリーはんだ３３をインジウム系の鉛フリーはんだ５３上に供給する。なお、亜鉛系の鉛フリーはんだ３３のプリント基板１への供給は、厚さ１．２ｍｍのプレート８２上にはんだ付けパッド２と対向する位置に設けられた刷り込み孔８３を形成し、この刷り込み孔８３へ亜鉛系鉛フリーはんだ３３が刷り込まれる。そして、その刷り込み孔８３の径より若干小さな径のピン８４によって亜鉛系の鉛フリーはんだ３３が押し出されてインジウム系の鉛フリーはんだ５３上へ転写される。
【０１０９】
なお、ピン８４によって亜鉛系の鉛フリーはんだ３３が押さえつけられると横へ膨らむ。この膨らみによって、隣接した部品等とはんだショートしないように、前記刷り込み孔８３の径は、はんだ付けパッド２の径に比べて約０．２ｍｍ小さくしてある。
【０１１０】
次に部品挿入工程４３は、図１１に示されるように、はんだ塗布工程４２で亜鉛系の鉛フリーはんだ３３が転写されたはんだ付けパッド２の孔３に電解コンデンサ４（耐熱の低い電子部品の一例として用いた）のリード部５を挿入する工程である。
【０１１１】
そしてはんだ付け工程４４は、亜鉛系の鉛フリーはんだ３３を溶解させて電解コンデンサ４のリード部５のはんだ付けを行う工程である。なお、本実施の形態においては一般のリフロー炉が用いられる。
【０１１２】
図１２は、本実施の形態１におけるはんだ付け工程４４の温度プロファイルを示している。図１２において横軸が時間であり、縦軸は温度を表している。図１２において、はんだ付け工程４４では、まず亜鉛系鉛フリーはんだ３３を温度９４まで加熱し、はんだ付けを行う。なお、予備加熱９１の温度９２は１５０℃であり、本加熱９３のピーク温度９４は２１５℃としている。そして、略常温まで冷却９５され、はんだ付けが完了する。
【０１１３】
次に、図１３において以上のようなはんだ付け方法における各工程での合金層の生成について説明する。まず、合金層形成工程４１では、はんだ付けパッド２上に１２０μｍのスクリーンを用いてインジウム系鉛フリーはんだ５３がはんだ付けされる。この場合、はんだ付けパッド２の銅とインジウム系鉛フリーはんだ５３中の錫とが結合し、Ｃｕ３ＳｎとＣｕ６Ｓｎ５とによる銅・錫合金層３１が形成される。そしてこの銅・錫合金層３１の上に、インジウム系鉛フリーはんだ５３の層３２が形成され、第１の合金層３０が形成されることとなる。なお、それぞれの層の厚みは、錫・銅合金層３１が３μｍであり、インジウム系鉛フリーはんだ層３２の厚みが５０μｍである。
【０１１４】
次に、はんだ塗布工程４２によって、インジウム系鉛フリーはんだ３２上に亜鉛系鉛フリーはんだ３３を塗布し、その後部品挿入工程４３で電解コンデンサ４を挿入し、はんだ付け工程４４によってはんだ付けする。これによって、図１に示されるように、はんだ付けパッド２上に錫・銅合金層３１が形成され、その錫・銅合金層３１上にインジウム系鉛フリーはんだ３２の層が形成され、このインジウム系鉛フリーはんだ３２と亜鉛系鉛フリーはんだ３３との間に銅と亜鉛とによると第２の合金層３５が出来上がる。
【０１１５】
以上の構成によって、亜鉛系鉛フリーはんだ３３とはんだ付けパッド２との間には、第１の合金層３０と第２の合金層３５とを有することとなる。これによって、亜鉛系鉛フリーはんだ３３中の亜鉛が、これらのバリヤ層を通過して銅箔に達することは困難となる。これにより、はんだ付け工程４４において、合金層３１とインジウム系の鉛フリーはんだ３２との間に銅と亜鉛との合金層が生成され難くなる。そしてさらに高温環境下においては、銅と亜鉛との合金層のさらなる生成や成長が抑制されることが確認されている。
【０１１６】
なお発明者らは、本実施の形態によるはんだ付け接続によるはんだ付け箇所を、１２５℃１０００時間経過後にＳＥＭ解析したが、インジウム系鉛フリーはんだ３２と錫と銀との合金層３１との間での銅・亜鉛の合金層の生成は見られなかった。
【０１１７】
以上のように発明者らの実験によれば、本発明におけるはんだ付け接続を用いることにより、第１の合金層３０と第２の合金層３５が亜鉛系鉛フリーはんだ３３中の亜鉛の進入を確りと阻止することは確認されている。なお、インジウム系の鉛フリーはんだ３２と亜鉛と銅との合金である第２の合金層３５がそのようにして亜鉛系鉛フリーはんだ３３中の亜鉛を阻止するのかについてその理由は明らかではないが、発明者らはその作用を以下の理由によるものであると推定している。
【０１１８】
はんだ付け工程４４ではインジウム系鉛フリーはんだ３２と亜鉛系鉛フリーはんだ３３の双方ともに２１５℃まで加熱されることとなる。これによって融点が高いインジウム系鉛フリーはんだ３２も溶融されることとなる。このとき亜鉛系鉛フリーはんだ３３中の亜鉛と、リフロー工程４７において銅箔より第１の合金層３０に拡散した銅分子は、お互いに活性化された状態にあり、互いに結合し易い状態にあると考えられる。そこで、それらが結合し、インジウム系鉛フリーはんだ３２の層と、亜鉛系鉛フリーはんだ３３の層との境界近傍に第２の合金層３５が形成される。
【０１１９】
そして次第に、第１の合金層３０中に拡散された銅分子が消費され、第１の合金層３０内における銅濃度は低くなり、最終的に第１の合金層３０からの銅の供給が途絶える。すると、これ以上銅が供給されないので、銅・亜鉛の第２の合金層３５の成長は緩和されてくる。そして第２の合金層３５の成長が緩和された状態で冷却されることとなり、この状態のまま凝固するので亜鉛系鉛フリーはんだ３３中の亜鉛がはんだ付けパッド２にまで到達しないものと考えられる。
【０１２０】
つまり、本実施の形態におけるはんだ付け接続においては、はんだ付け工程４４においてインジウム系鉛フリーはんだ３２と亜鉛系鉛フリーはんだ３３とを共に溶融させることによって、インジウム系鉛フリーはんだ３２中の銅濃度を低下させるとともに、第２の合金層３５を生成させている。
【０１２１】
以上のような作用によってインジウム系鉛フリーはんだ３２と合金層３１との間で銅と亜鉛の合金の生成が抑制されると考えている。
【０１２２】
次に、このようにしてはんだ付けされたはんだ付け接続を、高温条件下で長時間放置した場合について説明する。１２５℃で１０００時間の放置後における発明者らのＳＥＭ解析結果では、第２の合金層３５の成長は見られなかった。この理由についても明らかではないが、発明者らはこの理由を以下によるものであると推定している。
【０１２３】
第２の合金層３５が生成されることによって、インジウム系鉛フリーはんだ３２中の銅濃度は低くなっている。これによって、亜鉛はインジウム系鉛フリーはんだ３２に含まれる銅と結合しようとしても、インジウム系鉛フリー内に結合できる銅の量は非常に少ない状態となっており、高温下で長時間放置されても第２の合金層に成長は見られないものと考えられる。
【０１２４】
以上のように、はんだ付けパッド２の上に第１の合金層３０を形成し、さらにこの第１の合金層３０と亜鉛系鉛フリーはんだ３３との間に第２の合金層３５を形成することによって、亜鉛系の鉛フリーはんだ３３中の亜鉛が第１の合金層３０を通過しはんだ付けパッド２まで達することを抑制するとともに、高温環境下において第２の合金層３５自体の成長も抑制するものであると考える。これによって、はんだ付けの接合強度の低下を発生しにくい亜鉛系鉛フリーはんだ３３のはんだ付け接続を実現することができる訳である。
【０１２５】
なお、本実施の形態１においては、インジウム系の鉛フリーはんだ３２を用いたが、錫・銀・銅系の鉛フリーはんだを用いた場合においても、同様に第２の合金層を形成させることは可能である。発明者らは、錫・銀・銅系の鉛フリーはんだを用い、はんだ付け工程４４における温度を約２４０℃程度まで上げることで、亜鉛系鉛フリーはんだ中の亜鉛と錫・銀・銅系の鉛フリーはんだ内の銅とが結合し、第２の合金層が形成されることを確認している。
【０１２６】
これは、インジウム系の鉛フリーはんだ３３を用いた場合と同様に、亜鉛系鉛フリーはんだと錫・銀・銅系の鉛フリーはんだの双方を溶融状態となることによって、亜鉛系鉛フリーはんだの亜鉛と錫・銀・銅系の鉛フリーはんだの銅などとが結合することによるものであると考える。
【０１２７】
しかしながら、錫・銀・銅系の鉛フリーはんだには約０．５重量％程度の銅が含まれており、その銅と亜鉛とが結合するので、錫・銀・銅系の鉛フリーはんだにおける第２の合金層の幅は広くなっている。そこで本実施の形態１においては、銅の含有量を減らすとともにインジウムを入れたインジウム系の鉛フリーはんだを用いている。これによって鉛フリーはんだ自体に含まれる銅は少ないので、第２の合金層３５の幅を小さくすることができる。従って、はんだ付けの接合強度の低下し難いはんだ付け接続を実現することができる。
【０１２８】
なお、本実施の形態１におけるはんだ付け方法によれば、はんだ付けパッド２上に第１の合金層３０を形成すると同時に、チップ部品６１をはんだ付け接続することができるので、第１の合金層３０を形成するためにメッキ工程等、別途工程を設ける必要がないので、鉛フリーはんだ付けに対して、安価にはんだ付け接続を行うことができる。
【０１２９】
さらに、亜鉛系の鉛フリーはんだ３３を含め一般的に鉛フリーはんだのはんだ付け性は悪い。しかしながら、本実施の形態においてはんだ付けパッド２は、予めインジウム系の鉛フリーはんだ５３によってその表面が覆われることとなるので、はんだ付け性は良くなる。
【０１３０】
本実施の形態においては、プリント基板１のはんだ付けパッド２に関してのみ記載したが、これは電解コンデンサ４のリード部５側に対しても同様に第１の合金層を形成しておくと良い。ただし、リード部５の表面積ははんだ付けパッド２に比べて非常に小さいので、第１の合金層３０の厚みは、薄くても良く、メッキ等で形成しても良い。
【０１３１】
（実施の形態２）
以下実施の形態２について図面を用いて説明する。図１４（ａ）は、本実施の形態２におけるはんだ付け方法における加熱工程の正面図を示し、図１４（ｂ）ははんだ付け部の拡大断面図を示す。なお、本実施の形態２において従来例や実施の形態１と同じものについては同じ番号を付しその説明は簡略化している。また本実施の形態２におけるはんだ付け工程４４ａ以外は実施の形態１（図３）と同じであり、ここでは実施の形態１のリフロー工程４４に対応するはんだ付け工程４４ａについて詳細に説明している。
【０１３２】
本実施の形態２においては、第２の鉛フリーはんだとして錫・銀・銅系の鉛フリーはんだを用いている。そこで本実施の形態２では、この錫・銀・銅系の鉛フリーはんだについて第２の合金層を形成させるために、はんだ付け工程４４ａの加熱温を高くする一方で、電解コンデンサ４に代表される非耐熱部品１２３の耐熱温度より高くならないようにするものである。
【０１３３】
図１４（ａ）と図１４（ｂ）において、１は、合金形成工程４１によって予め錫・銀・銅系の鉛フリーはんだ１００によって面実装部品（図示せず）が両面にはんだ付けされるとともに、はんだ付けパッド２上には錫・銀・銅系の鉛フリーはんだ１００と錫と銅との合金とからなる第１の合金層１０１が予め形成されたプリント基板である。
【０１３４】
そして、はんだ塗布工程４２ではんだ付けパッド２に転写等により亜鉛系の鉛フリーはんだ１２２が供給され、部品挿入工程４３で電解コンデンサやＩＦトランスなどの品質保証の限界温度が低い非耐熱部品１２３が孔３へ挿入される。そして、このプリント基板１を金属製のシールドケース１２４内に収納させている。
【０１３５】
なお、この非耐熱部品１２３には、比較的大きな形状であり、大きな熱容量を有した本体部１２３ａと、この本体部１２３ａに接続されたリード部１２３ｂとから構成されている。このはんだ付け部はその直径が０．３ｍｍ程度の銅線等であり、その径は本体部１２３ａの径に比べて充分に細くなっている。これはリード部１２３ｂ自体は熱が伝わり易く、はんだ付けし易いように熱伝導の良い銅線を用いている。
【０１３６】
１２５は、プリント基板１を搬送する搬送手段であり、その搬送面１２６が垂直になるように立設され、水平方向に移動する構造となっている。また、搬送手段１２５はスチールコンベアであり、一定の間隔で磁石１２７が取り付けられている。この磁石１２７によってシールドケース１２４は、クリームはんだ塗布面側を下として、搬送手段１２５に仮設されることとなる。
【０１３７】
これにより、プリント基板１の上下方向は、ともに開放されているので、本実施の形態２におけるはんだ付け装置において熱風や冷風などを遮るものが存在しないこととなる。従って、プリント基板１や非耐熱部品１２３に対して、熱風や冷風を効率良くはんだに与えることができるので、熱源の電力を小さくし、はんだ付け装置の消費電力を小さくすることができる。
【０１３８】
１２８は、搬送手段１２５によってプリント基板１が最初に搬送される予熱手段である。この予熱手段１２８の搬送手段１２５の下方には、亜鉛系鉛フリーはんだ１２２を予熱する加熱部１２９ａを有しており、亜鉛系鉛フリーはんだ１２２の温度を約１２０度から約１５０度にまで予熱する。この予熱温度は、加熱手段での電力を小さくするためにはできる限り高くすることが望ましいが、部品の品質保証の限界温度を超えないように設定することが必要である。
【０１３９】
そこで、予熱手段１２８には、搬送手段１２５の上方に設置された冷却部１３０が設けられている。この冷却部１３０では、非耐熱部品１２３側にのみ冷風を当てるものであり、その温度が上昇しないようにしている。
【０１４０】
１３１は、予熱手段１２８から搬出されるプリント基板１が、搬入されるように連結された冷却手段である。この冷却手段１３１においても、搬送手段１２５の上方には冷却部１３０が設けられている。この冷却部１３０は予熱手段１２８に使用しているものと同じであり、非耐熱部品１２３の温度が上昇しないようにしている。
【０１４１】
１３２は、冷却手段１３１から搬出されるプリント基板１が搬入されるように連結された加熱手段である。この加熱手段１３２では、亜鉛系鉛フリーはんだ１２２を溶融させ、はんだ付けするものであり、搬送手段１２５の下方には加熱部１２９ｂを有している。
【０１４２】
ここで、一般的にクリームはんだは、その温度を液相線温度より約３０度高い温度にまで加熱しはんだ付けされる。従って、亜鉛系鉛フリーの亜鉛系鉛フリーはんだ１２２の液相線温度は１９７℃であるので、加熱手段１３２において通常であれば亜鉛系鉛フリーはんだ１２２は約２３０度にまで加熱されなければならないこととなる。しかしながら、一般的な電解コンデンサやＩＦトランスにおける品質保証の限界温度は約１６０度である。そこで本実施の形態２において、加熱手段１３２によるクリームはんだ２２の温度を出来る限り低く設定し、２１０℃程度に抑えなければならない。
【０１４３】
しかしながら、実施の形態１でも述べたように、錫・銀・銅系の鉛フリーはんだ１００と亜鉛系の鉛フリーはんだ１２２との間に銅と亜鉛の合金である第２の合金層を形成させるためには、はんだ付け工程４４ａでこの融点の高い錫・銀・銅系の鉛フリーはんだ１００を溶融させてやることが必要であると考える。しかしながら、錫・銀・銅系の鉛フリーはんだ１００の融点は約２１７℃であるので、はんだ付け工程４４ａでは少なくとも２３０℃以上の温度まで加熱することが望ましくなる。
【０１４４】
ここで、加熱手段１３２では２２０℃まで加熱する代わりに、本体部１２３ａの温度がこの加熱手段１３２による加熱によって、限界温度以上とならないように、予備加熱手段１２８と加熱手段１３２との間に冷却手段１３１を設け、その冷却手段１３１の冷却部１３０で本体部１２３ａ側を一旦冷却する構成としている。
【０１４５】
さらに、加熱手段１３２にも、プリント基板１の上方に予熱手段１２８と同じ冷却部１３０を有しており、この加熱手段１３２中においても、非耐熱部品１２３を冷却している。
【０１４６】
次に、加熱手段１３２から搬出されるプリント基板１が搬入されるように連結された冷却手段１３３によって、溶融したクリームはんだは略外気温まで冷却され、出口から搬出される。
【０１４７】
図１５は本実施の形態２における加熱部１２９ａ、１２９ｂと冷却部１３０の断面図である。まずは、搬送手段１２５の上方に設けられた冷却部１３０について図１５を用いて説明する。
【０１４８】
１４０はエアー供給装置であり、１４１はこのエアー供給装置１４０に接続して設けられたエアー導管であり、エアーはこのエアー導管１４１内を通って空気室１４２へ導かれる。この空気室１４２には非耐熱部品１２３の装着位置に対応して、複数個のパイプ１４３が植設されている。このパイプ１４３の径は、耐熱温度の低い部品に対しては径を大きくしている。これにより、非耐熱部品１２３の温度上昇を効果的に抑えることができるので、さらに熱に対する限界温度の低い部品についてもリフローはんだ付けすることができる。
【０１４９】
なお、本実施の形態２においては、パイプ１４３の径を大きくしたが、パイプ１４３の本数を多くしても同様の効果を得ることができる。
【０１５０】
さらに空気室１４２とパイプ１４３との間には、エアーを遮蔽する遮蔽板１４４が設けられている。この遮蔽板１４４には、非耐熱部品１２３が配置された箇所に当たる位置にのみエアーが通過するように孔１４５が設けられている。これにより非耐熱部品１２３に対してのみ効率的に冷却することができる。また、この遮蔽板１４４を変更するだけで容易に非耐熱部品１２３の位置が異なるプリント基板に対しての対応が可能である。
【０１５１】
なお、全てのパイプ１４３を等間隔に植設し、遮蔽板１４４の孔１４５のみで冷却部分を制御することも可能である。このようにすることにより、どんなプリント基板にも遮蔽板１４４の交換のみで対応することができる。
【０１５２】
次に加熱部１２９ａ、１２９ｂについて説明する。１４６は、エアー供給機であり、１４７はこのエアー供給機１４６に接続されるとともに、その外部に発熱体１４７ａを有したエアー導管である。このエアー導管１４７を通過することでエアーは所定の温度に加熱される。この加熱されたエアーは、空気室１４８へ導かれ、遮蔽板１５０上に設けられた孔１５１からパイプ１４９を通り亜鉛系鉛フリーはんだ１２２を加熱するものである。
【０１５３】
なお、このパイプ１４９の径は、フレーム等の熱容量の大きな部品については大きくし、大きな熱量を供給できるようにしてある。また、耐熱温度の高い部品に対してもパイプ１４９の径は大きくしている。
【０１５４】
また、本実施の形態２においては、パイプ１４９の径を大きくしたが、パイプ１４９の本数を多くしても同様の効果を得ることができる。
【０１５５】
遮蔽板１５０は、空気室１４８内に設けられており、必要な箇所にのみ加熱されたエアー（温風）を供給するものである。従って、この遮蔽板１５０には、非耐熱部品１２３が装着された箇所に当たる位置にのみエアーが通過するように孔１５１が設けてある。これにより亜鉛系鉛フリーはんだ１２２に対してのみ効率的に加熱することができる。また、この遮蔽板１５０を変更するだけで容易に非耐熱部品１２３の位置の異なるプリント基板に対しての対応が可能である。
【０１５６】
なお、全てのパイプ１４９を等間隔に植設し、遮蔽板１５０の孔１５１のみで加熱部分を制御することも可能である。このようにすることにより、どんなプリント基板にも遮蔽板１５０の交換のみで対応することができる。
【０１５７】
さらに、プリント基板１には温度測定用の銅箔１５２が設けられており、この銅箔１５２上にもクリームはんだ１５３が塗布される。１５４は、このクリームはんだ１５３の温度を測定する非接触の温度測定器であり、この測定器１５４に接続された計算部１５５で非耐熱部品１２３の本体部１２３ａの温度を計算し、算出する。これによりクリームはんだ１５３の温度を実際に測定することができるので、容易に本体部１２３ａの温度を管理することができるので、非耐熱部品１２３が限界温度を超えてしまうことはない。
【０１５８】
なお、予熱手段１２８における加熱部１２９ａと、加熱手段１３２中における加熱部１２９ｂとは発熱体１４７ａの容量を除いて同じものであり、発熱体１４７ａの容量変更により温度を変えるだけで対応することができる。
【０１５９】
次に図１６は、本実施の形態２における非耐熱部品１２３の本体部１２３ａと亜鉛系鉛フリーはんだ１２２との温度プロファイルを示す図であり、本実施の形態２におけるはんだ付けについて図１６を用いて説明する。
【０１６０】
予熱手段１２８では時間１６０の間予熱し、亜鉛系鉛フリーはんだ１２２を温度１６１まで加熱する。このとき本体部１２３ａの温度は限界温度１６２以下の温度になるようにしておく。すなわち１２０度から１５０度程度の温度としておく。これによって、亜鉛系鉛フリーはんだ１２２中のフラックス成分（樹脂、活性剤、チキソ剤、溶剤）が活性化し、またその溶剤が揮発する。つまり、亜鉛系鉛フリーはんだ１２２中のフラックスは予熱により活性化し、プリント基板１の銅箔やリード部１２３ｂなどを覆っている酸化膜等の皮膜を除去するので、良好なはんだ付けができる。また、予熱によって溶剤を揮発させるのは、後の加熱手段１３２における急激な加熱で溶剤中に溶けていた気体が爆発することを防ぎ、はんだボールの飛散や、はんだ付けフィレット内のボイド（ピンホール、ブローホール）を防ぐものである。
【０１６１】
次に冷却手段１３１では時間１６３の間冷却され、本体部１２３ａの温度は略外気温にまで落としている。なお、予熱手段１２８、冷却手段１３１共に、非耐熱部品１２３側のみに冷却部１３０を有しているので、亜鉛系鉛フリーはんだ１２２の温度はあまり下げないで、本体部１２３ａの温度は短時間の間に大きく下げることができる。このことは次の加熱手段１３２による加熱が開始される時点での本体部１２３ａと亜鉛系鉛フリーはんだ１２２との温度差１６６を大きくしておけるものである。
【０１６２】
そして加熱手段１３２では、時間１６５の間加熱することにより、錫・銀・銅系の鉛フリーはんだ１００と亜鉛系鉛フリーはんだ１２２の双方の温度を、錫・銀・銅系の鉛フリーはんだ１００の液相線温度１６８より高くし溶融させる。一方、非耐熱部品１２３の本体部１２３ａは、加熱手段１３２中においても冷却部１３０で冷却することで、温度を低く保つことができる。さらに、本体部１２３ａは大きな熱容量を有し、リード部１２３ｂが本体部１２３ａの径に比べて充分に小さい径となっているので、加熱手段１３２で加熱したリード部１２３ｂへの熱は、本体部１２３ａへ伝導しにくいこととなる。
【０１６３】
従って、加熱手段１３２中において、本体部１２３ａの温度が上昇する速度は、亜鉛系鉛フリーはんだ１２２あるいはリード部１２３ｂに比べて遅くなる。つまり亜鉛系鉛フリーはんだ１２２の温度が下降してもしばらくは本体部１２３ａの温度は上昇を続ける。また、加熱手段１３２での加熱開始時点において、本体部１２３ａと亜鉛系鉛フリーはんだ１２２との温度差が大きくなる分、亜鉛系鉛フリーはんだ１２２を規定のピーク温度１６７になるまで加熱したとしても、本体部１２３ａのピーク温度は限界温度１６２より低くすることができる。
【０１６４】
また、加熱手段１３２での加熱時間１６５経過後に、冷却手段１３３による冷却が開始されることとなる。このときの本体部１２３ａの温度は限界温度１６２以下の温度にて冷却を開始している。さらに、冷却開始時点においては亜鉛系鉛フリーはんだ１２２が固相線以下の温度となってから搬送手段１２５でプリント基板１を搬送することにしている。
【０１６５】
これにより、本体部１２３ａの温度が限界温度１６２を超える前に冷却を開始するので、本体部１２３ａが破壊温度や特性の保証限界温度１６２を超えてしまうことはない。また、完全に亜鉛系鉛フリーはんだ１２２が固体化してから移動するので、移動等に伴う振動等による、界面剥離等が発生することはない。
【０１６６】
以上の構成により、錫・銀系や、錫・銀・銅系等の高融点鉛フリーはんだによる合金層の上に、低融点の鉛フリーはんだを塗布しはんだ付けする場合においても、第２の合金層を形成させることが出来るとともに、非耐熱部品１２３の本体部１２３ａの温度を限界温度１６２以下に保つことができるので、高融点鉛フリーはんだで非耐熱部品１２３のリフローはんだ付けすることも可能となる。従って、非耐熱部品１２３の限界温度１６２を超えることはなく、鉛フリーはんだ等によって非耐熱部品１２３のはんだ付けをすることができるので、環境保護に対して有効なはんだ付け装置を提供することができる。
【０１６７】
以上のように、本実施の形態のはんだ付け装置を用いてリフローはんだ付けを行えば、たとえＩＦトランス等の非耐熱部品１２３であっても鉛フリーはんだではんだ付け品質の良い装着が可能になる。
【０１６８】
なお、本実施の形態２においては錫・銀・銅系の鉛フリーはんだ１００を用いたが、これはインジウム系の鉛フリーはんだを用いても良い。インジウム系の鉛フリーはんだは、錫・銀・銅系の鉛フリーはんだ１００に比べ融点が低く、亜鉛系の鉛フリーはんだの融点との温度差も小さい。したがってより低い温度で第２の合金層を形成することができるので、さらに耐熱温度の低い部品等のはんだ付けを行うことが出来る。
【０１６９】
（実施の形態３）
以下、本発明の実施の形態３について説明する。図１７、図１８は本発明の実施の形態３におけるはんだ付け装置の正面図と要部断面図である。
【０１７０】
図１７、図１８において、プリント基板１や、そのプリント基板１上に搭載される非耐熱部品１２３や、錫・銀系の鉛フリーはんだによってパッド上に形成された第１の合金層３０などは本発明の実施の形態２と同一のものであり、同じ符号を付してその説明は簡略化している。
【０１７１】
２００は、非耐熱部品１２３が搭載されたプリント基板１を搬送する搬送手段であり、２本のチェーンにより構成されており、リフロー炉２０１の中央部付近を貫いて設けられている。
【０１７２】
２０２は、この搬送手段２００上に架設されるパレットである。このパレット２０２上には、金属製のシールドケース１２４内に収められるとともに、非耐熱部品１２３が搭載されたプリント基板１が設置されている。また、このパレット２０２には非耐熱部品１２３のリード部１２３ｂの位置には孔２０３が設けられており、これによりリフロー炉２０１内でこのリード部１２３ｂに対して局部的に加熱することが可能となる。
【０１７３】
このリフロー炉２０１は、予熱手段２０４、冷却手段２０５、加熱手段２０６と冷却手段２０７がこの順に設けられている。
【０１７４】
まず、予熱手段２０４では、搬送手段２００の下方に加熱部２０８が設けられ、この加熱部２０８は、遠赤外線ヒータや熱風ブロワーを複数個併設して構成され、予備加熱するものである。なお、本実施の形態３における予熱手段２０４中には、搬送手段２００の上方に冷却部２０９を設けてある。これにより本体部１２３ａの温度を上げないようにしている。
【０１７５】
しかし、リフロー炉２０１が一般的に市販されているものである場合には、予熱手段２０４の搬送手段２００の上方にも遠赤外線のランプが複数個併設されている。そこで、このランプには電源をオフにして、発熱させないようにしておくことで、本体部１２３ａの温度を上げないようにすることもできる。
【０１７６】
次に、冷却手段２０５では、搬送手段２００の上方に冷却部２１０を有し、この冷却部２１０で本体部１２３ａの温度を略外気温になるまで下げている。
【０１７７】
なお、リフロー炉２０１が一般的に市販されているものである場合にはこのときは、搬送手段２００の上方、下方ともに遠赤外線のランプを有した構造となっている。その場合には少なくともその上方のランプの電源を切っておくことで、本体部１２３ａの温度を下げることができる。
【０１７８】
次に、加熱手段２０６においては、搬送手段２００の下方には加熱部２１１を有しており、この加熱部２１１には、遠赤外線ランプが複数個併設して構成され、亜鉛系鉛フリーはんだ１２２を加熱し、はんだ付けするものである。なお、本実施の形態３における加熱手段２０６中にも、搬送手段２００の上方に冷却部２０９を設けている。これにより本体部１２３ａの温度を上げないようにしている。
【０１７９】
しかし、リフロー炉２０１が一般的に市販されているものである場合には、加熱手段２０６の搬送手段２００の上方にも遠赤外線のランプが複数個併設されている。そこで、このランプには電源をオフにして、発熱させないようにしておくことで、本体部１２３ａの温度を上げないようにすることができる。
【０１８０】
そして、本体部１２３ａの温度が部品の限界温度に達する前に、冷却手段２０７で冷却するものである。
【０１８１】
以上のような構成により、本発明の実施の形態２同様に、非耐熱部品１２３の温度を低く抑えることができるので、錫・銀・銅系の鉛フリーはんだ１００と亜鉛系の鉛フリーはんだ１２２との両方を溶融させることによって第２の合金層を形成させるとともに、非耐熱部品１２３が限界温度を超えることはなく、鉛フリーはんだではんだ付けすることができる。
【０１８２】
さらにまた、本実施の形態３におけるはんだ付け装置は、一般の市販されているリフロー炉からの変更は容易であるので、大きな変更費用等を発生させずに鉛フリーはんだ等のはんだ付けを行うことが出来る。
【０１８３】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、プリント基板上の所定の位置に設けられるとともに銅箔によって形成されたはんだ付けパッドと、このはんだ付けパッドと接続される電子部品と前記はんだ付けパッドとを錫・亜鉛を主成分とした第１の鉛フリーはんだによってはんだ付けするはんだ付け接続であって、前記第１の鉛フリーはんだの層と前記はんだ付けパッド間には、前記はんだ付けパッド上に形成された錫と銅との合金層とこの合金層の上に設けられる錫・銀を主成分とする第２の鉛フリーはんだの層とから構成された第１の合金層と、この第１の合金層と前記第１の鉛フリーはんだとの間に設けられた第２の合金層とを有するものである。
【０１８４】
この構成によって、第１の合金層と第２の合金層とを有することとなり、亜鉛がこれらのバリア層を超えて銅箔と合金化することは少なくなる。つまり、接合強度低下の要因となる銅と亜鉛との合金層が第１の鉛フリーはんだとはんだ付けパッドとの間に生成されにくくなるので、はんだ付けの接合強度の低下を発生しない亜鉛系鉛フリーはんだのはんだ付け接続を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態におけるはんだ付け接続の断面模式図
【図２】同、要部の断面模式図
【図３】同、フローチャート
【図４】同、印刷工程の説明図
【図５】同、スクリーンの開口部の詳細図
【図６】同、部品装着工程の説明図
【図７】同、溶融工程の加熱状態における説明図
【図８】同、本実施の形態における溶融工程の温度プロファイル図
【図９】同、本実施の形態の第１の工程終了状態の断面図
【図１０】同、第２の工程の説明図
【図１１】同、第３の工程の説明図
【図１２】同、第４の工程の温度プロファイル図
【図１３】同、第１の工程によって形成される層の要部の断面模式図
【図１４】（ａ）は、本発明の実施の形態２におけるはんだ付け装置の正面図（ｂ）は、同要部拡大図
【図１５】同、加熱部ならびに冷却部とその近傍の断面図
【図１６】同、温度プロファイル図
【図１７】本発明の実施の形態３におけるはんだ付け装置の正面図
【図１８】同、要部断面図
【図１９】従来のはんだ付け接続の断面図
【図２０】同、フローチャート
【図２１】同、要部の断面模式図
【符号の説明】
１  プリント基板
２  はんだ付けパッド
４  電解コンデンサ
５  リード部
３０  第１の合金層
３１  銅と錫との合金層
３２  第２の鉛フリーはんだ
３４  第１の鉛フリーはんだの層
３５  第２の合金層
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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