JP2002001520A - はんだ付け方法及びはんだ付け構造 - Google Patents
はんだ付け方法及びはんだ付け構造Info
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Landscapes
- Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】フラックスフリ−のはんだ付け方法を提供す
る。 【解決手段】はんだ箔２を被接合部材１，１の被接合面
間に配し、常温またははんだ箔融点よりも低い予備加熱
のもとでの加圧治具３による加圧で被接合面とはんだ箔
との接触界面を緊圧密着させ、この緊圧密着状態を保ち
つつ加熱炉４によってはんだ箔を溶融させ、その加圧加
熱を所定時間保持し、而るのち、冷却する。
る。 【解決手段】はんだ箔２を被接合部材１，１の被接合面
間に配し、常温またははんだ箔融点よりも低い予備加熱
のもとでの加圧治具３による加圧で被接合面とはんだ箔
との接触界面を緊圧密着させ、この緊圧密着状態を保ち
つつ加熱炉４によってはんだ箔を溶融させ、その加圧加
熱を所定時間保持し、而るのち、冷却する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、はんだ付け構造及
びフラックスや還元性雰囲気を必要としないはんだ付け
方法に関するものである。
びフラックスや還元性雰囲気を必要としないはんだ付け
方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】はんだ付けにおいては、溶融はんだの濡
れを促すために、被接合面から酸化膜を排除することが
不可欠であり、従来では、フラックスを使用して被接合
面の酸化膜を除去すると共に被接合面及び溶融はんだを
空気から遮断して加熱中での酸化膜の生成を防止してい
る。従来、ＩＣの組立においては、リ−ドフレ−ムとし
てＮｉメッキやＡｕメッキを施したものを使用してＩＣ
組立工程での加熱によるリ−ドフレ−ムの酸化を防止し
ているが、リ−ドフレ−ムのアウタリ−ドを配線基板等
の外部回路にはんだ付けする際は、はんだ付け時の加熱
による酸化を防止するためにフラックスを使用してい
る。また、このフラックスの使用に代え、還元性雰囲気
内ではんだ付けすることも提案されている。最近、はん
だ箔を被接合面間に配し、これらを加熱加圧してはんだ
箔を溶融させ、金属間化合物を積極的に生成させてはん
だ付けを行うことが提案されているが（特開２０００−
５２０２７号公報）、この加圧式はんだ付け法において
も、フラックスを必要としている。
れを促すために、被接合面から酸化膜を排除することが
不可欠であり、従来では、フラックスを使用して被接合
面の酸化膜を除去すると共に被接合面及び溶融はんだを
空気から遮断して加熱中での酸化膜の生成を防止してい
る。従来、ＩＣの組立においては、リ−ドフレ−ムとし
てＮｉメッキやＡｕメッキを施したものを使用してＩＣ
組立工程での加熱によるリ−ドフレ−ムの酸化を防止し
ているが、リ−ドフレ−ムのアウタリ−ドを配線基板等
の外部回路にはんだ付けする際は、はんだ付け時の加熱
による酸化を防止するためにフラックスを使用してい
る。また、このフラックスの使用に代え、還元性雰囲気
内ではんだ付けすることも提案されている。最近、はん
だ箔を被接合面間に配し、これらを加熱加圧してはんだ
箔を溶融させ、金属間化合物を積極的に生成させてはん
だ付けを行うことが提案されているが（特開２０００−
５２０２７号公報）、この加圧式はんだ付け法において
も、フラックスを必要としている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、フラッ
クス使用のはんだ付け法では、フラックス残渣によるは
んだ付け個所の経時的特性低下を防止するために、洗浄
後処理が必要であり、フロン系洗浄液のオゾン層破壊の
問題もあって、近来では、フラックスフリ−のはんだ付
けが要請されている。また、他の環境問題として、廃棄
電子電気機器のはんだ付け個所から溶出する鉛イオンの
有害性の問題があり、これに対処するためにはんだの鉛
フリ−化も要請されている。
クス使用のはんだ付け法では、フラックス残渣によるは
んだ付け個所の経時的特性低下を防止するために、洗浄
後処理が必要であり、フロン系洗浄液のオゾン層破壊の
問題もあって、近来では、フラックスフリ−のはんだ付
けが要請されている。また、他の環境問題として、廃棄
電子電気機器のはんだ付け個所から溶出する鉛イオンの
有害性の問題があり、これに対処するためにはんだの鉛
フリ−化も要請されている。
【０００４】本発明の目的は、上述の点に鑑み、フラッ
クスフリ−のはんだ付け方法を提供することにある。本
発明の更なる目的は、鉛フリ−はんだであるＳｎ系はん
だを用いてフラックスフリ−のはんだ付けを可能とする
はんだ付け方法を提供することにある。
クスフリ−のはんだ付け方法を提供することにある。本
発明の更なる目的は、鉛フリ−はんだであるＳｎ系はん
だを用いてフラックスフリ−のはんだ付けを可能とする
はんだ付け方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明に係るはんだ付け
方法は、はんだ箔を被接合面間に配し、常温またははん
だ箔融点よりも低い予備加熱のもとでの加圧治具による
加圧で被接合面とはんだ箔との接触界面を緊圧密着さ
せ、この緊圧密着状態を保ちつつ加熱によってはんだ箔
を溶融させ、その加圧加熱を所定時間保持し、而るの
ち、冷却することを特徴とする構成であり、はんだ箔に
厚み２０μｍ〜２００μｍのＳｎ系はんだ箔を使用し、
加圧治具の加圧力を０．５〜４ｋｇ／ｍｍ２とし、予備
加熱の温度を２３０℃以下、好ましくは１００℃以下と
し、はんだ箔を溶融させるための加熱温度を２５０℃〜
４５０℃とし、加熱保持時間を５〜６００秒とすること
が適切であり、この場合、Ｓｎ系はんだには、Ｉｎを２
〜８０重量％含有するものをもの、または、Ａｕ、Ａ
ｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｉｎの何れか１種または２種以上を
０．１〜５重量％含有するものをものを使用することが
できる。
方法は、はんだ箔を被接合面間に配し、常温またははん
だ箔融点よりも低い予備加熱のもとでの加圧治具による
加圧で被接合面とはんだ箔との接触界面を緊圧密着さ
せ、この緊圧密着状態を保ちつつ加熱によってはんだ箔
を溶融させ、その加圧加熱を所定時間保持し、而るの
ち、冷却することを特徴とする構成であり、はんだ箔に
厚み２０μｍ〜２００μｍのＳｎ系はんだ箔を使用し、
加圧治具の加圧力を０．５〜４ｋｇ／ｍｍ２とし、予備
加熱の温度を２３０℃以下、好ましくは１００℃以下と
し、はんだ箔を溶融させるための加熱温度を２５０℃〜
４５０℃とし、加熱保持時間を５〜６００秒とすること
が適切であり、この場合、Ｓｎ系はんだには、Ｉｎを２
〜８０重量％含有するものをもの、または、Ａｕ、Ａ
ｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｉｎの何れか１種または２種以上を
０．１〜５重量％含有するものをものを使用することが
できる。
【０００６】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ本発明の
実施の形態について説明する。図１の（イ）〜（ハ）
は、本発明に係るはんだ付け方法を示す図面である。図
１の（イ）〜（ハ）において、１，１は被接合材を、２
ははんだ箔を、３は加圧治具（３１は圧子、３２は台）
を、４は昇降式の加熱炉（例えば、電気加熱式）をそれ
ぞれ示している。本発明によりはんだ付けを行うには、
まず、図１の（イ）に示すように、被接合材１，１の被
接合面間にはんだ箔２を配し、常温のもとでこれらを加
圧治具３で挾持加圧して被接合面とはんだ箔との接触界
面を緊圧密着させる。ついで、この緊圧密着状態を保ち
つつ、図１の（ロ）に示すように、加熱炉４を降下させ
ワ−クｗを加熱炉４で包囲してはんだ箔２を溶融させ、
この加熱炉４によるワ−クｗの加熱を所定時間保持し、
而るのち、図１の（ハ）に示すように加熱炉４を上昇さ
せてワ−クｗを常温にまで冷却し、これにて本発明によ
るはんだ付けを終了する。
実施の形態について説明する。図１の（イ）〜（ハ）
は、本発明に係るはんだ付け方法を示す図面である。図
１の（イ）〜（ハ）において、１，１は被接合材を、２
ははんだ箔を、３は加圧治具（３１は圧子、３２は台）
を、４は昇降式の加熱炉（例えば、電気加熱式）をそれ
ぞれ示している。本発明によりはんだ付けを行うには、
まず、図１の（イ）に示すように、被接合材１，１の被
接合面間にはんだ箔２を配し、常温のもとでこれらを加
圧治具３で挾持加圧して被接合面とはんだ箔との接触界
面を緊圧密着させる。ついで、この緊圧密着状態を保ち
つつ、図１の（ロ）に示すように、加熱炉４を降下させ
ワ−クｗを加熱炉４で包囲してはんだ箔２を溶融させ、
この加熱炉４によるワ−クｗの加熱を所定時間保持し、
而るのち、図１の（ハ）に示すように加熱炉４を上昇さ
せてワ−クｗを常温にまで冷却し、これにて本発明によ
るはんだ付けを終了する。
【０００７】上記において、加圧治具による常温でのワ
−クの挾持加圧で被接合面とはんだ箔との接触界面から
空気が排除され、この空気排除状態ではんだ箔の加熱溶
融が行われるから、加熱にもかかわらずエアレスのため
に、上記接触界面での酸化膜の生成を排除できる。常温
でワ−クを挾持加圧するのは、被接合面とはんだ箔との
接触界面を酸化膜を生成させることなくエアレスにする
ためであり、はんだ箔の融点よりも充分に低く実質的に
酸化を防止できる温度であれば、プレヒ−トしておくこ
とも可能である。上記加熱炉による加熱中も、加圧治具
による挾持加圧で被接合面とはんだとの界面が空気から
遮断されており、新たな酸化膜の生成が防止される。ま
た、被接合面に当初から存在する原始的酸化膜が、加圧
治具による挾持加圧で破壊されて被接合面とはんだとの
拡散反応が促進され、金属間化合物が成長していく。こ
の金属間化合物の成長は拡散反応支配であり、温度に依
存し、金属間化合物の厚みが温度と時間とによって定ま
る。而して、この所定の温度と所定の加熱時間とのもと
で金属間化合物の生成に消費されなかった溶融はんだ箔
部分は、その加熱保持時間中での加圧のために金属間化
合物層の間から追い出され、ほぼ１０μｍ程度の厚みが
はんだ層として残存される 尤も、はんだ箔を薄くしたり、上記所定の温度を高くし
たり、あるいは所定の加熱時間を長くして金属間化合物
の生成に溶融はんだ箔の全厚みを消費させれば、はんだ
層を実質的になくすることができる。
−クの挾持加圧で被接合面とはんだ箔との接触界面から
空気が排除され、この空気排除状態ではんだ箔の加熱溶
融が行われるから、加熱にもかかわらずエアレスのため
に、上記接触界面での酸化膜の生成を排除できる。常温
でワ−クを挾持加圧するのは、被接合面とはんだ箔との
接触界面を酸化膜を生成させることなくエアレスにする
ためであり、はんだ箔の融点よりも充分に低く実質的に
酸化を防止できる温度であれば、プレヒ−トしておくこ
とも可能である。上記加熱炉による加熱中も、加圧治具
による挾持加圧で被接合面とはんだとの界面が空気から
遮断されており、新たな酸化膜の生成が防止される。ま
た、被接合面に当初から存在する原始的酸化膜が、加圧
治具による挾持加圧で破壊されて被接合面とはんだとの
拡散反応が促進され、金属間化合物が成長していく。こ
の金属間化合物の成長は拡散反応支配であり、温度に依
存し、金属間化合物の厚みが温度と時間とによって定ま
る。而して、この所定の温度と所定の加熱時間とのもと
で金属間化合物の生成に消費されなかった溶融はんだ箔
部分は、その加熱保持時間中での加圧のために金属間化
合物層の間から追い出され、ほぼ１０μｍ程度の厚みが
はんだ層として残存される 尤も、はんだ箔を薄くしたり、上記所定の温度を高くし
たり、あるいは所定の加熱時間を長くして金属間化合物
の生成に溶融はんだ箔の全厚みを消費させれば、はんだ
層を実質的になくすることができる。
【０００８】このように、本発明に係るはんだ付け方法
によるはんだ付け構造では、図２に示すように、母材１
とはんだ層２０との間に金属間化合物層２１が形成さ
れ、優れた機械的強度を呈する。すなわち、金属間化合
物層２１のヤング率が高く、かつ充分に強靱であり、金
属間化合物層２１が力学的には母材１と同じように挙動
し、はんだ層２０に作用する引っ張り応力ｆｚに対し、
はんだ層２０のｘ方向縮みを防止しようとするｘ方向応
力ｆｘ及びはんだ層２０のｙ方向縮みを防止しようとす
るｙ方向応力ｆｙがはんだ層全体に発生し（はんだ層２
０の厚みｔ０が１０μｍ程度以下と薄いため）、はんだ
層２０に発生する応力が三次元応力となる結果、はんだ
層２０がはんだ自体の機械的強度以上の強度を呈するよ
うになる。従って、本発明に係るはんだ付け方法によれ
ば、フラックスを使用することなく、或は還元性雰囲気
を使用することなく、優れた強度のはんだ付けが可能と
なる。
によるはんだ付け構造では、図２に示すように、母材１
とはんだ層２０との間に金属間化合物層２１が形成さ
れ、優れた機械的強度を呈する。すなわち、金属間化合
物層２１のヤング率が高く、かつ充分に強靱であり、金
属間化合物層２１が力学的には母材１と同じように挙動
し、はんだ層２０に作用する引っ張り応力ｆｚに対し、
はんだ層２０のｘ方向縮みを防止しようとするｘ方向応
力ｆｘ及びはんだ層２０のｙ方向縮みを防止しようとす
るｙ方向応力ｆｙがはんだ層全体に発生し（はんだ層２
０の厚みｔ０が１０μｍ程度以下と薄いため）、はんだ
層２０に発生する応力が三次元応力となる結果、はんだ
層２０がはんだ自体の機械的強度以上の強度を呈するよ
うになる。従って、本発明に係るはんだ付け方法によれ
ば、フラックスを使用することなく、或は還元性雰囲気
を使用することなく、優れた強度のはんだ付けが可能と
なる。
【０００９】本発明において、はんだ箔には鉛フリ−は
んだ、例えばＳｎ系はんだを使用することが好ましい。
このはんだ箔の厚みは、通常、２０〜２００μｍとされ
る。２０μｍ未満では、加圧治具による加圧で破断し易
く、２００μｍを越えると、金属間化合物の生成に寄与
せずに加熱加圧保持中に金属間化合物層間から追い出さ
れる割合が多くなるからである。上記加圧治具の加圧力
は、通常、０．５〜４ｋｇ／ｍｍ２とされる。０．５ｋ
ｇ／ｍｍ2未満では、被接合面とはんだ箔との接触界面
の接触圧力が低すぎてその間の空気を満足に排除でき
ず、４ｋｇ／ｍｍ２を越えるとその接触圧力が高すぎて
はんだ箔が破断し、その破断個所に空気がトラップされ
る畏れがあるからである。上記ワ−クをプレヒ−トする
場合の予熱温度は、通常、２３０℃以下、好ましくは、
１００℃以下とされる。２３０℃を越えると、被接合面
とはんだ箔との接触界面を酸化膜の生成なく加圧治具の
加圧でエアレスにすることが実際上不可であるからであ
る。上記の加熱保持の温度及び時間が小さすぎると、金
属間化合物の成長が望めずに母材とはんだ層との実質的
な結合が得られず、他方、大きすぎると、はんだ付け部
の外表面の酸化や変形が避けられないので、温度が２５
０℃〜４５０℃で、加熱加圧保持時間が６００秒〜５秒
とされる。２５０℃未満では６００秒以上の時間を必要
とし、作業性に劣り、４５０℃を越えると、僅かの加熱
時間の誤差でも金属間化合物の成長量が大きく異なり、
加熱の時間管理が困難となるからである。
んだ、例えばＳｎ系はんだを使用することが好ましい。
このはんだ箔の厚みは、通常、２０〜２００μｍとされ
る。２０μｍ未満では、加圧治具による加圧で破断し易
く、２００μｍを越えると、金属間化合物の生成に寄与
せずに加熱加圧保持中に金属間化合物層間から追い出さ
れる割合が多くなるからである。上記加圧治具の加圧力
は、通常、０．５〜４ｋｇ／ｍｍ２とされる。０．５ｋ
ｇ／ｍｍ2未満では、被接合面とはんだ箔との接触界面
の接触圧力が低すぎてその間の空気を満足に排除でき
ず、４ｋｇ／ｍｍ２を越えるとその接触圧力が高すぎて
はんだ箔が破断し、その破断個所に空気がトラップされ
る畏れがあるからである。上記ワ−クをプレヒ−トする
場合の予熱温度は、通常、２３０℃以下、好ましくは、
１００℃以下とされる。２３０℃を越えると、被接合面
とはんだ箔との接触界面を酸化膜の生成なく加圧治具の
加圧でエアレスにすることが実際上不可であるからであ
る。上記の加熱保持の温度及び時間が小さすぎると、金
属間化合物の成長が望めずに母材とはんだ層との実質的
な結合が得られず、他方、大きすぎると、はんだ付け部
の外表面の酸化や変形が避けられないので、温度が２５
０℃〜４５０℃で、加熱加圧保持時間が６００秒〜５秒
とされる。２５０℃未満では６００秒以上の時間を必要
とし、作業性に劣り、４５０℃を越えると、僅かの加熱
時間の誤差でも金属間化合物の成長量が大きく異なり、
加熱の時間管理が困難となるからである。
【００１０】上記Ｓｎ系はんだとしては、加熱温度×保
持時間を３５０℃〜４００℃×１２０秒〜３００秒とす
るように、Ｓｎ系はんだに、Ｉｎを２〜８０重量％含有
するもの、例えばＩｎ−４８Ｓｎ、Ｓｎ−５ＩｎやＡ
ｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｉｎの何れか１種または２種以
上を０．１〜５重量％含有するもの、例えば、Ｓｎ−５
Ｃｕ−１Ｎｉ、Ｓｎ−１Ｎｉ、Ｓｎ−３Ａｇ−４Ｃｕ−
０．５Ｉｎ等を使用することができる。
持時間を３５０℃〜４００℃×１２０秒〜３００秒とす
るように、Ｓｎ系はんだに、Ｉｎを２〜８０重量％含有
するもの、例えばＩｎ−４８Ｓｎ、Ｓｎ−５ＩｎやＡ
ｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｉｎの何れか１種または２種以
上を０．１〜５重量％含有するもの、例えば、Ｓｎ−５
Ｃｕ−１Ｎｉ、Ｓｎ−１Ｎｉ、Ｓｎ−３Ａｇ−４Ｃｕ−
０．５Ｉｎ等を使用することができる。
【００１１】本発明に係るはんだ付けは、ＩＣのリ−ド
フレ−ム（例えば、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ材）のアウタリ−
ドと配線基板の外部導体（銅導体）とのはんだ付けやＩ
Ｃのセラミックスケ−スパッケ−ジでの蓋プレ−トのは
んだ付け封止等に使用できる。特に、後述の実施例から
明らかな通り、被接合面がＮｉメッキで、はんだ箔が前
記したＳｎ系はんだの場合、加熱温度×保持時間を３５
０℃〜４００℃×１２０秒〜３００秒として金属間化合
物の厚み(図２におけるｔ1とｔ1'との平均値。以下、同
じ)を１〜１５μｍ、好ましくは５〜１０μｍ、はんだ
層の厚みを２０μｍ以下、好ましくは５μｍ以下にで
き、優れた強度でのはんだ付けが可能である。また、後
述の実施例から明らかな通り、被接合面がＡｕメッキ
で、はんだ箔が前記したＳｎ系はんだの場合は、加熱温
度×保持時間を３５０℃〜４００℃×１２０秒〜３００
秒として金属間化合物の厚みを１〜１５μｍ、好ましく
は３〜８μｍ、はんだ層の厚みを２０μｍ以下、好まし
くは１０μｍ以下にでき、優れた強度でのはんだ付けが
可能である。また、後述の実施例から明らかな通り、被
接合面がＣｕメッキで、はんだ箔が前記したＳｎ系はん
だの場合は、加熱温度×保持時間を３５０℃〜４００℃
×１２０秒〜３００秒として金属間化合物の厚みを１〜
１５μｍ、好ましくは７〜１５μｍ、はんだ層の厚みを
２０μｍ以下、好ましくは８μｍ以下にでき、優れた強
度でのはんだ付けが可能である。
フレ−ム（例えば、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ材）のアウタリ−
ドと配線基板の外部導体（銅導体）とのはんだ付けやＩ
Ｃのセラミックスケ−スパッケ−ジでの蓋プレ−トのは
んだ付け封止等に使用できる。特に、後述の実施例から
明らかな通り、被接合面がＮｉメッキで、はんだ箔が前
記したＳｎ系はんだの場合、加熱温度×保持時間を３５
０℃〜４００℃×１２０秒〜３００秒として金属間化合
物の厚み(図２におけるｔ1とｔ1'との平均値。以下、同
じ)を１〜１５μｍ、好ましくは５〜１０μｍ、はんだ
層の厚みを２０μｍ以下、好ましくは５μｍ以下にで
き、優れた強度でのはんだ付けが可能である。また、後
述の実施例から明らかな通り、被接合面がＡｕメッキ
で、はんだ箔が前記したＳｎ系はんだの場合は、加熱温
度×保持時間を３５０℃〜４００℃×１２０秒〜３００
秒として金属間化合物の厚みを１〜１５μｍ、好ましく
は３〜８μｍ、はんだ層の厚みを２０μｍ以下、好まし
くは１０μｍ以下にでき、優れた強度でのはんだ付けが
可能である。また、後述の実施例から明らかな通り、被
接合面がＣｕメッキで、はんだ箔が前記したＳｎ系はん
だの場合は、加熱温度×保持時間を３５０℃〜４００℃
×１２０秒〜３００秒として金属間化合物の厚みを１〜
１５μｍ、好ましくは７〜１５μｍ、はんだ層の厚みを
２０μｍ以下、好ましくは８μｍ以下にでき、優れた強
度でのはんだ付けが可能である。
【００１２】
【実施例】〔実施例１〕被接合材にＮｉメッキリ−ドフ
レ−ム材（Ｎｉメッキ厚みほぼ２〜６μｍ、リ−ドフレ
−ム材質Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ）を、はんだ箔にＩｎ−４８
Ｓｎ，厚み６０μｍ，平面寸法１ｍｍ×２ｍｍを使用し
た。加圧治具には、先端外径φ１．２ｍｍのステンレス
製圧子とステンレス受台とからなるものを使用し、加熱
炉には加熱温度３５０℃の電気炉を使用した。この加圧
治具を用い被接合面間にはんだ箔を加圧力２．７ｋｇ／
ｍｍ２で挾持し、ついで加熱炉でワ−クを包囲し、この
加圧加熱を１５秒間保持し、而るのち、加熱炉を取り除
いてワ−クを冷却した。この実施例品のはんだ付け接合
部の常温２５℃での剥離強度は２３３ｇであり、はんだ
（Ｉｎ−４８Ｓｎ）自体の強度の１０倍以上であった。
また、はんだ付け接合部の金属間化合物層の厚みは５μ
ｍ、はんだ層の厚みは５μｍであった。
レ−ム材（Ｎｉメッキ厚みほぼ２〜６μｍ、リ−ドフレ
−ム材質Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ）を、はんだ箔にＩｎ−４８
Ｓｎ，厚み６０μｍ，平面寸法１ｍｍ×２ｍｍを使用し
た。加圧治具には、先端外径φ１．２ｍｍのステンレス
製圧子とステンレス受台とからなるものを使用し、加熱
炉には加熱温度３５０℃の電気炉を使用した。この加圧
治具を用い被接合面間にはんだ箔を加圧力２．７ｋｇ／
ｍｍ２で挾持し、ついで加熱炉でワ−クを包囲し、この
加圧加熱を１５秒間保持し、而るのち、加熱炉を取り除
いてワ−クを冷却した。この実施例品のはんだ付け接合
部の常温２５℃での剥離強度は２３３ｇであり、はんだ
（Ｉｎ−４８Ｓｎ）自体の強度の１０倍以上であった。
また、はんだ付け接合部の金属間化合物層の厚みは５μ
ｍ、はんだ層の厚みは５μｍであった。
【００１３】〔比較例〕実施例１に対し、加圧治具のス
テンレス製圧子にヒ−タを付加し、ステンレス受台上に
載置したワ−クを３５０℃に加熱したステンレス製圧子
で、加圧力を実施例１と同じ２．７ｋｇ／ｍｍ２とし、
加熱加圧保持時間を実施例１（加熱加圧保持時間１５
秒）よりも極めて長い１２０秒として加熱加圧し、而る
のち、ステンレス製圧子を逃がしワ−クを冷却した。
テンレス製圧子にヒ−タを付加し、ステンレス受台上に
載置したワ−クを３５０℃に加熱したステンレス製圧子
で、加圧力を実施例１と同じ２．７ｋｇ／ｍｍ２とし、
加熱加圧保持時間を実施例１（加熱加圧保持時間１５
秒）よりも極めて長い１２０秒として加熱加圧し、而る
のち、ステンレス製圧子を逃がしワ−クを冷却した。
【００１４】この比較例品のはんだ付け接合部の常温２
５℃での剥離強度は実質上零であった。かかる結果は、
ワ−クを加圧挾持すると同時に加熱しているために、は
んだ箔と被接合面との接触界面に、エア排除終了まえの
加熱によって酸化膜が形成されたものと推定される。こ
れに対し、実施例１では、接触界面からのエア排出終了
後に加熱が行われているために、前記酸化膜の形成なく
良好なはんだ付けが行われたと推定される。
５℃での剥離強度は実質上零であった。かかる結果は、
ワ−クを加圧挾持すると同時に加熱しているために、は
んだ箔と被接合面との接触界面に、エア排除終了まえの
加熱によって酸化膜が形成されたものと推定される。こ
れに対し、実施例１では、接触界面からのエア排出終了
後に加熱が行われているために、前記酸化膜の形成なく
良好なはんだ付けが行われたと推定される。
【００１５】〔実施例２〕実施例１（加圧加熱保持時間
１５秒）に対し、加圧加熱保持時間を３００秒とした以
外、実施例１と同じとした。この実施例２のはんだ付け
接合部の３００℃での剥離強度が９６ｇであった。この
実施例２では、はんだ付け接合部のはんだ層の厚みが２
μｍ、金属間化合物層の厚みが ８μｍであり、３
００℃でも充分な剥離強度を呈する理由は、はんだ付け
接合部が実質上金属間化合物層のみで構成されているた
めと推定される。
１５秒）に対し、加圧加熱保持時間を３００秒とした以
外、実施例１と同じとした。この実施例２のはんだ付け
接合部の３００℃での剥離強度が９６ｇであった。この
実施例２では、はんだ付け接合部のはんだ層の厚みが２
μｍ、金属間化合物層の厚みが ８μｍであり、３
００℃でも充分な剥離強度を呈する理由は、はんだ付け
接合部が実質上金属間化合物層のみで構成されているた
めと推定される。
【００１６】〔実施例３〕実施例２（被接合材がＮｉメ
ッキリ−ドフレ−ム材）に対し、被接合材としてＮｉ板
を使用した以外、実施例２に同じとした。この実施例３
のはんだ付け接合部の３００℃での剥離強度は実施例２
とほぼ等しく、また、はんだ付け接合部のはんだ層の厚
み、金属間化合物層の厚みも実施例２にほぼ等しいもの
であった。
ッキリ−ドフレ−ム材）に対し、被接合材としてＮｉ板
を使用した以外、実施例２に同じとした。この実施例３
のはんだ付け接合部の３００℃での剥離強度は実施例２
とほぼ等しく、また、はんだ付け接合部のはんだ層の厚
み、金属間化合物層の厚みも実施例２にほぼ等しいもの
であった。
【００１７】〔実施例４〕実施例２（はんだ箔の組成Ｉ
ｎ−４８Ｓｎ）に対し、はんだ箔の組成をＳｎ−５Ｉｎ
とした以外、実施例２に同じとした。この実施例３のは
んだ付け接合部の３００℃での剥離強度は４３ｇであ
り、また、はんだ付け接合部のはんだ層の厚みが３μ
ｍ、金属間化合物層の厚みが５μｍであった。
ｎ−４８Ｓｎ）に対し、はんだ箔の組成をＳｎ−５Ｉｎ
とした以外、実施例２に同じとした。この実施例３のは
んだ付け接合部の３００℃での剥離強度は４３ｇであ
り、また、はんだ付け接合部のはんだ層の厚みが３μ
ｍ、金属間化合物層の厚みが５μｍであった。
【００１８】〔実施例５〜７〕実施例２（はんだ箔の組
成Ｉｎ−４８Ｓｎ）に対し、表１に示す組成のはんだ箔
を使用した以外、実施例２に同じとした。実施例５〜７
のはんだ付け接合部の３００℃での剥離強度や金属間化
合物層の厚みは表１の通りであった。実施例４〜７のは
んだ付け接合部のはんだ層の厚みは２μｍであった。
成Ｉｎ−４８Ｓｎ）に対し、表１に示す組成のはんだ箔
を使用した以外、実施例２に同じとした。実施例５〜７
のはんだ付け接合部の３００℃での剥離強度や金属間化
合物層の厚みは表１の通りであった。実施例４〜７のは
んだ付け接合部のはんだ層の厚みは２μｍであった。
【表１】 表１（Ｎｉメッキ材のはんだ付け接合） はんだ箔の組成 ３００℃剥離強度 金属間化合物層の厚み 実施例２ Ｉｎ−４８Ｓｎ ９６ｇ ８μｍ 実施例５ Ｓｎ−５Ｃｕ−１Ｎｉ ３６ｇ ７μｍ 実施例６ Ｓｎ−１Ｎｉ ５９ｇ ８μｍ 実施例７ Sn−3Ag−4Au−0.5In ９０ｇ ８μｍ
【００１９】〔実施例８〜１０〕実施例２、実施例５〜
７のそれぞれ（被接合材にＮｉメッキリ−ドフレ−ム材
を使用）に対し、被接合材にＡｕメッキリ−ドフレ−ム
材を使用した以外、それぞれの実施例に同じとした。す
なわち、先端外径φ１．２ｍｍのステンレス製圧子とス
テンレス受台とからなる加圧治具を用い、厚み６０μ
ｍ，平面寸法１ｍｍ×２ｍｍの表２に示す組成のはんだ
箔をＡｕメッキリ−ドフレ−ム材間に加圧力２．７ｋｇ
／ｍｍ２で挾持し、ついで加熱温度３５０℃の電気炉で
ワ−クを包囲し、この加圧加熱を３００秒間保持し、而
るのち、電気炉を取り除いてワ−クを冷却した。この実
施例品のはんだ付け接合部の３００℃での剥離強度や金
属間化合物層の厚みは表２に示す通りであり、はんだ層
の厚みは５μｍであった。
７のそれぞれ（被接合材にＮｉメッキリ−ドフレ−ム材
を使用）に対し、被接合材にＡｕメッキリ−ドフレ−ム
材を使用した以外、それぞれの実施例に同じとした。す
なわち、先端外径φ１．２ｍｍのステンレス製圧子とス
テンレス受台とからなる加圧治具を用い、厚み６０μ
ｍ，平面寸法１ｍｍ×２ｍｍの表２に示す組成のはんだ
箔をＡｕメッキリ−ドフレ−ム材間に加圧力２．７ｋｇ
／ｍｍ２で挾持し、ついで加熱温度３５０℃の電気炉で
ワ−クを包囲し、この加圧加熱を３００秒間保持し、而
るのち、電気炉を取り除いてワ−クを冷却した。この実
施例品のはんだ付け接合部の３００℃での剥離強度や金
属間化合物層の厚みは表２に示す通りであり、はんだ層
の厚みは５μｍであった。
【表２】 表２（Ａｕメッキ材のはんだ付け接合） はんだ箔の組成 ３００℃剥離強度 金属間化合物層の厚み 実施例８ Ｉｎ−４８Ｓｎ ３０ｇ ５μｍ 実施例９ Ｓｎ−５Ｃｕ−１Ｎｉ ４０ｇ ５μｍ 実施例１０ Ｓｎ−１Ｎｉ ４５ｇ ６μｍ 実施例１１ Sn−3Ag−4Au−0.5In ６０ｇ ６μｍ
【００２０】〔実施例１２〜１５〕実施例２、実施例５
〜７のそれぞれ（被接合材にＮｉメッキリ−ドフレ−ム
材を使用）に対し、被接合材にＣｕ板材を使用した以
外、それぞれの実施例に同じとした。すなわち、先端外
径φ１．２ｍｍのステンレス製圧子とステンレス受台と
からなる加圧治具を用い、厚み６０μｍ，平面寸法１ｍ
ｍ×２ｍｍの表２に示す組成のはんだ箔をＣｕ板材間に
加圧力２．７ｋｇ／ｍｍ ２で挾持し、ついで加熱温度３
５０℃の電気炉でワ−クを包囲し、この加圧加熱を３０
０秒間保持し、而るのち、電気炉を取り除いてワ−クを
冷却した。この実施例品のはんだ付け接合部の３００℃
での剥離強度や金属間化合物層の厚みは表３に示す通り
であり、はんだ層の厚みは３μｍであった。
〜７のそれぞれ（被接合材にＮｉメッキリ−ドフレ−ム
材を使用）に対し、被接合材にＣｕ板材を使用した以
外、それぞれの実施例に同じとした。すなわち、先端外
径φ１．２ｍｍのステンレス製圧子とステンレス受台と
からなる加圧治具を用い、厚み６０μｍ，平面寸法１ｍ
ｍ×２ｍｍの表２に示す組成のはんだ箔をＣｕ板材間に
加圧力２．７ｋｇ／ｍｍ ２で挾持し、ついで加熱温度３
５０℃の電気炉でワ−クを包囲し、この加圧加熱を３０
０秒間保持し、而るのち、電気炉を取り除いてワ−クを
冷却した。この実施例品のはんだ付け接合部の３００℃
での剥離強度や金属間化合物層の厚みは表３に示す通り
であり、はんだ層の厚みは３μｍであった。
【表３】 表３（Ｃｕ材のはんだ付け接合） はんだ箔の組成 ３００℃剥離強度 金属間化合物層の厚み 実施例１２ Ｉｎ−４８Ｓｎ １６８ｇ １０μｍ 実施例１３ Ｓｎ−５Ｃｕ−１Ｎｉ １７４ｇ １０μｍ 実施例１４ Ｓｎ−１Ｎｉ １７８ｇ １２μｍ 実施例１５ Sn−3Ag−4Au−0.5In １９２ｇ １１μｍ
【００２１】
【発明の効果】本発明によれば、フラックスを使用する
ことなくはんだ付けすることができ、電子部品の実装や
組立工程でのフラックス残渣の洗浄処理工程を省略して
作業能率を向上でき、また洗浄液によるオゾン層破壊の
問題も解消できる。特に、請求項２〜４の発明によれ
ば、フラックスフリ−のはんだ付けをＳｎ系はんだによ
って行い得、はんだの鉛フリ−化の面からも環境保全を
促進できる。
ことなくはんだ付けすることができ、電子部品の実装や
組立工程でのフラックス残渣の洗浄処理工程を省略して
作業能率を向上でき、また洗浄液によるオゾン層破壊の
問題も解消できる。特に、請求項２〜４の発明によれ
ば、フラックスフリ−のはんだ付けをＳｎ系はんだによ
って行い得、はんだの鉛フリ−化の面からも環境保全を
促進できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るはんだ付け方法を示す図面であ
る。
る。
【図２】本発明に係るはんだ付け方法によるはんだ付け
接合構造を示す図面である。
接合構造を示す図面である。
１ 被接合材 ２ はんだ箔 ３ 加圧治具 ４ 加熱炉
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０５Ｋ 3/34 ５０７ Ｈ０５Ｋ 3/34 ５０７Ｃ ５１２ ５１２Ｃ
Claims (8)
- 【請求項１】はんだ箔を被接合面間に配し、常温、また
ははんだ箔融点よりも低い予備加熱のもとでの加圧治具
による加圧で被接合面とはんだ箔との接触界面を緊圧密
着させ、この緊圧密着状態を保ちつつ加熱によってはん
だ箔を溶融させ、その加圧加熱を所定時間保持し、而る
のち、冷却することを特徴とするはんだ付け方法。 - 【請求項２】はんだ箔に厚み２０μｍ〜２００μｍのＳ
ｎ系はんだ箔を使用し、加圧治具の加圧力を０．５〜４
ｋｇ／ｍｍ２とし、予備加熱の温度を１００℃以下と
し、はんだ箔を溶融させるための加熱温度を２５０℃〜
４５０℃とし、加熱保持時間を５〜６００秒とする請求
項１記載のはんだ付け方法。 - 【請求項３】Ｓｎ系はんだに、Ｉｎを２〜８０重量％含
有するものをものを使用する請求項２記載のはんだ付け
方法。 - 【請求項４】Ｓｎ系はんだに、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎ
ｉ、Ｉｎの何れか１種または２種以上を０．１〜５重量
％含有するものを使用する請求項２記載のはんだ付け方
法。 - 【請求項５】フラックスを使用しない請求項１〜４何れ
か記載のはんだ付け方法。 - 【請求項６】被接合面がＮｉ面で、かつはんだがＳｎ系
はんだであり、はんだ層とＮｉ面との間に厚み１〜１５
μｍの合金層が形成され、はんだ層の厚みが２０μｍ以
下とされているはんだ付け構造。 - 【請求項７】被接合面がＡｕ面で、かつはんだがＳｎ系
はんだであり、はんだ層とＡｕ面との間に厚み１〜１５
μｍの合金層が形成され、はんだ層の厚みが２０μｍ以
下とされているはんだ付け構造。 - 【請求項８】被接合面がＣｕ面で、かつはんだがＳｎ系
はんだであり、はんだ層とＣｕ面との間に厚み１〜１５
μｍの合金層が形成され、はんだ層の厚みが２０μｍ以
下とされているはんだ付け構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000181051A JP2002001520A (ja) | 2000-06-16 | 2000-06-16 | はんだ付け方法及びはんだ付け構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000181051A JP2002001520A (ja) | 2000-06-16 | 2000-06-16 | はんだ付け方法及びはんだ付け構造 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002001520A true JP2002001520A (ja) | 2002-01-08 |
Family
ID=18682038
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000181051A Withdrawn JP2002001520A (ja) | 2000-06-16 | 2000-06-16 | はんだ付け方法及びはんだ付け構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002001520A (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004296493A (ja) * | 2003-03-25 | 2004-10-21 | Mitsubishi Materials Corp | 放熱体及びパワーモジュール並びに放熱体の製造方法及びパワーモジュールの製造方法 |
| JP2005535460A (ja) * | 2002-08-21 | 2005-11-24 | エミテック ゲゼルシヤフト フユア エミツシオンス テクノロギー ミツト ベシユレンクテル ハフツング | ハニカム体の製造装置と方法およびハニカム体 |
| JP2006156975A (ja) * | 2004-10-25 | 2006-06-15 | Mitsubishi Materials Corp | 接合体、パワーモジュール用基板、及び、パワーモジュール並びに接合体の製造方法 |
| JP2011005542A (ja) * | 2009-06-23 | 2011-01-13 | Nihon Superior Co Ltd | Ｉｎ含有鉛フリーはんだ合金及び当該はんだを用いたはんだ接合部 |
| US20110139858A1 (en) * | 2009-12-15 | 2011-06-16 | Seong Min Cho | Carrier for manufacturing substrate and method of manufacturing substrate using the same |
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| US11285569B2 (en) | 2003-04-25 | 2022-03-29 | Henkel Ag & Co. Kgaa | Soldering material based on Sn Ag and Cu |
| CN114261156A (zh) * | 2021-12-28 | 2022-04-01 | 郑州机械研究所有限公司 | 一种钛合金钎焊用多层夹芯钎料箔及其制备方法 |
-
2000
- 2000-06-16 JP JP2000181051A patent/JP2002001520A/ja not_active Withdrawn
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| EP3499554A1 (de) * | 2017-12-13 | 2019-06-19 | Heraeus Deutschland GmbH & Co. KG | Verfahren zur herstellung einer sandwichanordnung aus zwei bauelementen mit dazwischen befindlichem lot mittels heisspressens unterhalb der schmelztemperatur des lotmaterials einer lotvorform |
| WO2019115081A1 (de) * | 2017-12-13 | 2019-06-20 | Heraeus Deutschland GmbH & Co. KG | Verfahren zur herstellung einer festen sandwichanordnung aus zwei bauelementen mit dazwischen befindlichem lot |
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| US11081465B2 (en) | 2017-12-13 | 2021-08-03 | Heraeus Deutschland GmbH & Co. KG | Method for producing a stable sandwich arrangement of two components with solder situated therebetween |
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