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【発明の名称】 実装部品のはんだ濡れ性評価試験方法および装置
【発明者】 【氏名】大澤 義征
【住所又は居所】東京都日野市日野本町１丁目１５番地１７ 株式会社レスカ内

【氏名】福谷 京子
【住所又は居所】東京都日野市日野本町１丁目１５番地１７ 株式会社レスカ内

【氏名】竹内 敦史
【住所又は居所】東京都日野市日野本町１丁目１５番地１７ 株式会社レスカ内
【要約】 【課題】電子・電気製品の小型化に対応して微小化した表面実装部品など、実装部品のはんだ濡れ性を的確に測定できる方法と装置を提供する。

【解決手段】試験治具板４の上面にはんだペーストが溶融したときに濡れ広がらないで球が出来るようにレジスト膜１５を形成した後、レジスト膜１５の内側にはんだペースト３を印刷または塗布し、加熱して溶融したはんだ球を作り、該小球と実装部品１とを接触させ、チャック２を上部に移動させる時に要する力を検出して実装部品１のはんだ濡れ力を求める。溶融したはんだが任意に広がらない様に施すレジスト膜１５は測定する実装部品の大きさに合わせて試験治具板４の中心に直径１ｍｍ、２ｍｍ、４ｍｍなど、任意の大きさに施す。また、印刷または塗布するはんだペースト３の量は、溶融時の球の大きさを考慮して実装部品１の大きさに合わせレジスト膜１５の直径を決める。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
はんだペーストと微小な実装部品との濡れ性評価を、加熱装置を備えた試験治具の表面に、該鉛フリーはんだが溶解して形成された小球状の溶融はんだと実装部品とを接触させた後、実装部品を引き上げる力を検出することを特徴とする、はんだ濡れ性の測定方法および装置。
【請求項２】
試験治具板にレジスト膜を形成し、試験治具板にはんだペーストを印刷または塗布した後、加熱してはんだペーストを溶解してはんだ小球を作り、溶融はんだ小球を利用して実装部品のはんた濡れ性の評価をおこなうことを特徴とする、はんだ濡れ性の測定方法及び装置。
【請求項３】
実装部品の大きさに合わせレジスト膜径、ソルダペースト印刷量を決めて溶融はんだ小球を作り、はんだ濡れ性を評価することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のはんだ濡れ性の測定方法及び装置。
【請求項４】
実装部品が表面実装部品であり、はんだペーストが鉛フリーはんだであることを特徴とする、請求項１または請求項２または請求項３の何れか一項に記載のはんだ濡れ性の測定方法及び装置。
【請求項５】
試験治具板上に形成するレジスト膜の形成およびはんだペースト膜の印刷または塗布をスクリーン印刷法、ロール塗布法で行うことを特徴とする請求項２に記載のはんだ濡れ性の測定方法及び装置。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【０００１】
この発明は、電子・電気製品に使用される実装部品のはんだ濡れ性を評価する方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話、デジタルカメラなど、電子・電気製品の高機能化と共に小型化が進み、それに伴って製品に使用される実装部品の微小化も進み、１００５や０６０３型などのコンデンサーや抵抗などが使用されるようになってきた。微小化した実装部品のはんだ濡れを評価することも極めて重要なことであり、いろいろな測定法が開示されている（例えば、特許文献１、２、３参照）。また、基板に実装部品を結合するときに使用される、はんだの鉛フリー化が進んでいる。プリント配線基板や実装部品と鉛フリーはんだペーストの濡れ性が重要で有り，鉛フリーはんだの代表的な錫（Ｓｎ）とビスマス（Ｂｉ）系のＳｎ−Ｂｉ共晶はんだの銅板上での濡れ性についても詳細に検討されている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
国内規格では、はんだペーストの濡れ性評価試験方法として、電気・電子機器製造関係の団体である、（社）日本電子機械工業会（現在、日本電子情報産業協会）では規格（ＥＩＡＪ ＥＴ−７４０４）を制定している。この規格には図１に示した急速加熱試験方法と、図３に示したプロフアイル昇温試験方法が定められている。図３に示したプロフアイル試験方法は、温度条件を実際の製造ラインと同じ温度で試験する試験方法であるため、試験時間が掛かることと、はんだペーストが溶融される時の濡れ出力が安定しないこと、などの理由から図１に示した急速加熱試験方法が一般的に簡便な試験方法として使用されている。
【０００４】
図１の急速加熱試験方法を説明すると（１）は実装部品、（２）は濡れ力を測定する荷重計に接続された実装部品チャック、（３）は印刷されたはんだペースト、（４）は試験治具板、（５）は試験治具板保持機構、（６）は溶融はんだポットをそれぞれ表す。試験方法は図１（ａ）のように試験治具板（４）にはんだペースト（３）を印刷し、実装部品（１）をはんだペースト（３）に任意の深さ浸せきさせる。次に図１（ｂ）のように溶融ポット（６）、または試料側を移動させ、溶融はんだに試験治具板（４）を浸せきさせる。この時に試験治具板（４）は７０℃／秒以上の昇温速度で昇温されなければならない、と定められている。
【０００５】
図２は急速加熱方法で試験した一般的な濡れ出力の波形で、図中、ｔ０は実装部品をはんだポットに浸せきした時、ｔ１は実装部品にはんだペーストが溶融して濡れが発生して濡れ上がりゼロを超えた時である。規格では、濡れ性評価はｔ０〜ｔ１の時間を濡れが始まる時間Ｔ０として測定すること、また、ｔ１〜２／３Ｆｍａｘに到達した時までの時間Ｔ１を計測し、部品毎に相対比較して濡れの評価を行おうとしている。但し、この規格では昇温が７０℃／秒以上であるから鉛フリーはんだペーストでは錫（Ｓｎ）＋銀（Ａｇ）＋銅（Ｃｕ）系のはんだで溶融温度が２１７℃、Ｓｎ＋Ａｇ系はんだでは更に高温となり、はんだポット温度は２４５℃から２５０℃が必要となるために濡れが始まる時間Ｔ０は３秒以上となる。また、試験治具板（４）の温度は試験治具板保持機構（５）の熱伝導により熱の影響を受ける。しかし、ＪＩＳ Ｃ００５３はんだ付け試験方法（平衡法）では溶融はんだに試料を浸せきし、濡れの評価を行っているがＪＩＳ Ｃ００５３の解説ＩＩでは濡れが始まる時間は１〜２．５秒が望ましいが、はんだめっきされた電子部品などにおいては０．３〜０．６秒を要することがあるので、ぬれが始まる時間を２．５秒以下が望ましい、と表記されている。
【０００６】
実際の実装部品について、濡れの始まる時間は部品のメッキ種類の違い、酸化度合いの差、各種はんだペーストの差などの違いは大きくても０．５秒前後であることが知られている。ゆえに濡れが始まる時間ＴＯはＪＩＳ Ｃ００５３では試料が溶融はんだに接触してからはんだがはんだ槽の表面レベル以上に上昇しようとする点までの時間としている。これに対し急速加熱試験方法は試験治具板がはんだポット浴面に接触してから供試品とはんだ合金が９０°の接触角を生じるまでの時間と定義されている。また、急速加熱試験方法の実際の測定においては，はんだペーストを溶融するためには試験治具板を通して加熱されるため、試験治具板保持治具の温度影響を直接受けて濡れが始まる時間Ｔ０が長くなり、相対比較ではあるが測定されたＴ０が実装部品の違いに寄るものか、熱容量・熱伝導等によるものか見極めることが極めて難しい。
【０００７】
実装部品の濡れ性評価方法の国際規格として、はんだペーストでなく、はんだペレットを使用したものとしてＩＥＣ６００６８−２−６９（Ｓｏｌｄｅｒａｂｉｌｉｔｙ Ｔｅｓｔｉｎｇ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｆｏｒ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｍｏｕｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｂｙ ｔｈｅ Ｗｅｔｔｉｎｇ Ｂａｌａｎｃｅ Ｍｅｔｈｏｄ）がある（例えば、非特許文献２参照）。この規格では図４に示したようなはんだ小球法が規格されている。一方、国内規格でも（社）日本電子機械工業会より、ＥＩＡＪ ＥＴ−７４０１として、ＩＥＣ ６００６８−２−６９と同じようにはんだペレットを使用したはんだ小球法が規格されている。図４で（８）はピンセット、（９）は２５ｍｇまたは２００ｍｇのはんだペレット、（１０）は溶融されたペレット、（１１）はアルミブロック、（１２）は直径２ｍｍまたは４ｍｍの鉄心、（１３）はヒータ、（１４）は制御用熱電対を表す。はんだ小球法は、アルミブロック（１１）をヒーター（１３）にて２３５℃または２４５℃など、任意の温度に加熱制御する。次に実装部品の大きさに合わせた重量が２５ｍｇまたは２００ｍｇのはんだペレット（９）を鉄心（１２）の上に置く。はんだペレット（９）は溶融され、（１０）に示したような直径２ｍｍまたは４ｍｍの溶融したはんだ球とする。次に実装部品及びはんだ球にフラックスを塗布し、実装部品をはんだ球に任意の量浸せきさせ濡れ力を測定する。しかし、このはんだ小球法規格は、はんだペレットでの測定法であり、はんだペーストの測定はできない。
【特許文献１】特開２００１−０７４６３０
【特許文献２】特開２００２−２８６６１２
【特許文献３】特開２００３−１６８６９９
【非特許文献１】田辺晃生、水谷承靖、朝木善次郎、資源処理技術、Ｖｏｌ．４８，Ｎｏ．３，ｐ．１８４（２００１）
【非特許文献２】Ｈ．Ｙｏｓｈｉｄａ，Ｍ．Ｅ．Ｗａｒｗｉｃｋ，ａｎｄ Ｓ．Ｐ．Ｈａｗｋｉｎｓ，Ｉｎｔｅｒ．Ｔｉｎ Ｒｅｓ．Ｉｎｓｔ．（Ｅｎｇｌａｎｄ），Ｐｕｂ．Ｎｏ．６８６．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
はんだペーストを使用した実装部品の濡れ性評価試験に関し、ＥＩＡＪ ＥＴ−７４０４で規格化されている方法は急速加熱試験方法とプロファイル試験方法のみである。急速加熱試験方法での試験治具板を浸せきさせ、はんだペーストを溶融すると、温度管理を厳密に行う必要があるにもかかわらず試験治具板・保持金具などの熱容量の関係で温度が不安定となり、データの再現性が乏しくなるという問題があり、プロフアイル法は温度条件を実際の製造ラインと同じ温度で試験する試験方法であるため、試験時間が掛かることと、はんだペーストが溶融される時の濡れ出力が安定しないという問題がある。複雑な温度管理をしなくても簡便に測定ができて、しかも安価にはんだペーストと実装部品の濡れ力を測定する方法および装置の開発が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
係る事情に鑑み、発明者らは鋭意研究の結果、先ずはんだペーストで小球を作り、ＩＥＣ ６００６８−２−６９に規定されたはんだペレット測定法に準じて溶融したはんだペーストの小球と実装部品との濡れ力を求めることから実装部品のはんだ濡れ力を求める方法を発明するに至った。従来から、はんだ小球法の測定方法では同一サンプルであればはんだ球が小さければ小さいほど濡れ力は表面張力のため大きく出力される事が知られている。このためＩＥＣ ６００６８−２−６９では実装部品の大きさとはんだ球の大きさを決めている。この発明は、溶融はんだ球の大きさを実装部品の大きさに合わせて変えることにより、試験治具板上に作製したはんだ小球を用いてはんだペーストと実装部品の濡れ力を測定する方法および装置に関する。
【発明の効果】
【００１０】
この発明は、各種はんだペーストを用いた表面実装部品のはんだ付け性試験を、はんだペーストを実装部品に合わせた大きさの溶融はんだ球にして測定するので、従来の測定方法に比較して外部からの熱の影響を無くした方法であり、簡便に精度良く測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
この発明を実施するための最良の形態を、図面を用いて説明する。図５は使用する試料治具板の平面図（ａ）および側面図（ｂ）である。図５（ｂ）中、（４）は治具板で上面ははんだペーストが溶融したときに濡れ広がらないで球が出来るようにレジスト膜（１５）が形成されている。このレジスト膜（１５）は、測定する実装部品の大きさに合わせて治具板の中心に直径１ｍｍ、２ｍｍ、４ｍｍなど、任意の円の外側の部分に施す。また、印刷するはんだペーストの量は溶融時の球の大きさを考慮してスクリーン印刷またはロールコーターで塗布して行う。ここで重要なことは実装部品の大きさに合わせレジスト膜径、スクリーンの大きさを決める事である。図６は実際の測定手順を示している。図６（ａ）のようにはんだペーストが印刷された試験治具板を加熱コントロールされたアルミブロックの上に置く。はんだペーストは溶融され、球形を形成する（図６（ｂ））。次に実装部品をはんだ球に浸せきさせ、濡れ力を測定する。図７は濡れ出力の波形の説明図である。ｔ０は実装部品が溶融はんだ球に接触した時でｔ１は実装部品とはんだが９０°の接触角を生じた時で、Ｔ１＝ｔ１−ｔ０を濡れが始まる時間として評価する。
【産業上の利用可能性】
【００１２】
この発明の実装部品のはんだ濡れ性評価試験方法および装置は、電子・電気製品の小型化に対応して微小化が進む実装部品のはんだ濡れ性を比較的短時間に、簡便に精度良く測定できる方法であり、かつ従来の装置を一部改造するたけで容易に利用できる利点があり、当該産業に於いて利用価値が非常に高い。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】急速加熱試験法の概念図である。
【図２】急速加熱試験法を用いた濡れ力の出力波形の説明図である。
【図３】プロフアイル試験法の概念図である。
【図４】はんだ小球法の概念図である。
【図５】試験治具板の説明図である。
【図６】実際の測定方法の説明図である。
【図７】はんだ小球法を用いた濡れ力の出力波形の説明図である。
【符号の説明】
【００１４】
１ 表面実装部品
２ 接続チャック
３ 印刷されたはんだペースト
４ 試験治具板
５ 治具板保持機構
６ 溶融はんだポット
７ ホットプレート
８ ピンセット
９ はんだペレット
１０ 溶融されたはんだ小球
１１ アルミニウムブロック
１２ 鉄芯
１３ ヒータ
１４ 制御用熱電対
１５ レジスト膜
【出願人】 【識別番号】５９２１５８２０２
【氏名又は名称】株式会社レスカ
【住所又は居所】東京都日野市日野本町１ー１５−１７
【出願日】 平成１５年７月１１日（２００３．７．１１）
【代理人】
【公開番号】 特開２００５−３３１４９（Ｐ２００５−３３１４９Ａ）
【公開日】 平成１７年２月３日（２００５．２．３）
【出願番号】 特願２００３−２９３６１２（Ｐ２００３−２９３６１２）