Fluxless Solder Joining Using Alkane

論文

「回 路 実 装 学 会 誌 」13〔2〕103∼108(1998) 研 究論文

ア ル カ ン を 用 い た フ ラ ッ ク ス レス は ん だ 接 続 法

三 宅 敏 広*,近 藤 宏 司**,小 原 文 雄*,奥 村 望**

Fluxless Solder Joining Using Alkane

Toshihiro MIYAKE *, Koji KONDO * *, Fumio OHARA * and Nozomu OKUMURA * *

*株 式 会 社 デ ン ソー デ ィス プ レ イ事 業 部 製 造 部(〒470-0111愛 知 県 日進 市 米野 木 町 南 山500-1) **株 式 会 社 デ ンソ ー 生 産 技 術 開 発2部(〒448-0029愛 知 県 刈 谷 市昭 和 町1-1)

* Flat Panel Display Division, Denso Corporation (500-1 Minamiyama, Komenoki-cho, Nisshin-shi, Aichi 470-0111) **Production Engineering Department, Denso Corporation (1-1Showa-cho, Kariya-shi, Aichi 448-0029)

概 要 電 子 製 品 の 小 型 高 密 度 化 に伴 い,微 細 電極 の 接 続 技 術 が 重 要 な課 題 とな っ て き て い る 。 本 研 究 で は}表 示 素 子 等 の 取 り出 し電 極 の接 続 に お い て,FPC(Flexible Printed Circuit)の は ん だ 接 続 法 を検 討 した 。 は ん だ 接 続 方 法 と して,絶 縁 特 性 を劣 化 させ る フ ラ ッ クス を使 用 し な い接 続 技 術 の 確立 を 目指 した 。 従 来 は 接 続 不 良 に よ り困 難 で あ った が,酸 化 膜 溶 解 作 用 の な い ア ル カ ン類 をは ん だめ っ き した接 続 電 極 間 に介 在 させ,沸 騰 に よ る体 積 膨 張 エ ネ ル ギ に よ って は ん だ の酸 化 膜 を 物 理 的 に破 壊 す る こ とで,は ん だの 清 浄 面 の接 触 と流 動 を引 き起 こ し,フ ラ ッ クス を用 い た場 合 と同 等 の 接 続 面 積 率 が 得 られ た 。

Abstract

Electronics products are becoming smaller these days. Thus the technology to connect fine pitch electrodes are very important. We developed the new soldering method for connecting FPC (flexible printed circuit) and display device without applying any flux which deteriorates the insulation property between electrodes. In the ordinary soldering method, flux was used to dissolve the oxide film which interfere the soldering process. In new method , we have intro-duced alkane to remove oxide film by physical reaction not by chemical reaction. When heat is applied and alkane is boiled, volume expansion energy breaks the oxide film and desirable clean solder surface is obtained. As a result, the connecting are become as much as the ordi-nary method does.

Key Words: Fluxless Soldering, Alkane, Volume Expansion Energy

1.緒 言 電 子 製 品 の 小 型 高 密 度 化 の流 れ の 中で,高 機 能 化 に よ る 素 子 数 増 加 に 伴 っ て 電 極 接 続 の 微 細 化 が 進 ん で い る 。 プ リ ン ト配 線 板 問 の 電 極 接 続 や 表 示 素 子 の 電 極 接 続 に お い て も,微 細 な ピ ッチ の接 続 技 術 が 重 要 な課 題 と な っ て きて い る。は ん だ付 け に お い て は,良 好 な 電 極 接 続 を得 る た め に, フ ラ ック ス を用 い て 被 接 続 材 表 面 の 酸 化 膜 を 除去 す る必 要 が あ る。 しか し,フ ロ ンの 使 用 規 制 か ら洗 浄 が 十 分 で きず, 特 に微 細 ピ ッチ の 電 極 接 続 に お い て,フ ラ ック ス残 渣 は耐 湿 絶 縁 特 性 を低 下 させ る と い う問 題 が あ る'}。した が っ て, フ ラ ッ クス を用 い な い は ん だ 付 け技 術 が 必 要 とな るが,被 接 続 材 表 面 の 酸 化 膜 が 除去 され ず,電 極 接 続 不 良 の 発 生 が 避 け られ な い状 況 で あ っ た 。 この よ うな 問 題 を 克 服 す る た め,ア ル ゴ ン ビ ー ム ス パ ッ タ リ ン グ に よ る 酸 化 膜 除 去2)や プ ラズ マ に よ る濡 れ 性 付 与2}などが 研 究 さ れ て い る が,実 用 化 に は至 っ て い な い。 そ こ で,本 研 究 で は,微 細 ピ ッチ 電 極 のFPC(Flexible Printed Circuit)は ん だ 接 続 に お け る 耐 湿 絶 縁 特 性 の 向 上 を 目的 と し,炭 化 水 素 化 合 物 を用 い た新 規 な無 フ ラ ッ ク ス 接 続 法 を検 討 した 。 接 続 方 式 と して は,表 示 素 子 等 の 取 り 出 し電 極 接 続 に お け るFPCは ん だ接 続技 術 を対 象 と して検 討 を進 め た。Fig.1に 試 料 の構 成 を示 した 。 2.実 験 方 法 2.1は ん だ 付 け方 法 お よ び試 料 は ん だ付 け に は,上 下 可 動 の 加 圧 機 構 を持 つ ヒー タ ツ ー ル と,下 部 治 具 板 と か ら構 成 さ れ る は ん だ付 け 装 置 を使 用 し た 。 試 料 は,ガ ラ ス エ ポ キ シ 基 材 のPWB(Printed Wiring Board)と ポ リ イ ミ ド基 材 のFPCを 使 用 した 。 両 基 板 に は,一 定 ピ ッチ で 並 ん だ複 数 の 電 極(露 出 した銅 配 線)が 設 け て あ り,電 極 に は そ れ ぞ れ3μm,10μm厚 の は ん だ(Sn60%,Pb40%)が 被 覆 し て あ る 。 こ の 両 電 極 を Fig.1に 示 す よ う に 向 か い 合 わ せ て 重 ね,加 熱 加 圧 し て は ん だ リ フ ロ ー 接 続 し た 。Table1に は ん だ付 け 条 件 を示 し た 。 こ こ で 加 圧 力 は,試 料 に加 え た 加 圧 力 を 電 極 の総 面積 で 除 し た 値 を 示 し た 。 な お,電 極 接 続 性 の 評 価 に は 0.75mmピ ッチ,耐 湿 絶 縁 特 性 の 評 価 に は0.3mmピ ッチ の Vol.13No.2(1998) 103

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Fig.1 Arrangement of heating tool and specimens Table 1 Soldering conditions

試 料 を そ れ ぞ れ 使 用 した 。 ま た,比 較 評 価 す る フ ラ ッ ク ス と して,カ ル ボ ン酸 系 活 性 剤 を 含 む市 販 の低 活 性 フ ラ ッ ク ス を用 い た。 2.2評 価 方 法 2.2.1接 続 面 積 率 の 評 価 電 極 接 続 性 は,電 極 接 続 部 の 引 きは が し試 験 を し,接 続 面 積 を比 較 し た 。PWBとFPCの 電 極 重 な り面 積 に対 す る 被 接 続 面積 の 割 合 を電 極 接 続 面 積 率 と した 。 2.2.2は ん だ流 動 解 析 良 好 な 電 極 接 続 を 得 る た め に は,PWB電 極 とFPC電 極 の は ん だ が 互 い に よ く流 動 し,混 合 す る こ とが 必 要 と考 え られ る。そ こ で,接 続 過 程 に お け る は ん だ の流 動 に着 目 し, これ をモ ニ タ す る 方 法 を 考 え た 。Fig.2に そ の概 略 を示 し た 。 こ こ で は,電 極 を対 向 させ て接 続 す る と き に,銅 粉 を 挟 み 込 ん だ状 態 で 加 熱 溶 融 電 極 接 続 した 。 この 電 極 接 続 部 の 断 面 を研 磨 し,断 面 に お け る 銅 の 分 布 状 態 を 分 析 した 。 こ の 分 布 状 態 が,電 極 接 続 過 程 に お け る は ん だ の 流 動 状 態 を表 して い る。 は ん だ の流 動 が 活 発 で な い場 合 は,は ん だ と銅 粉 が接 触 す る 機 会 が 少 な い た め,は ん だ 中へ 溶 解 す る 銅 の 量 は少 な く,は ん だ 中 へ の銅 の 拡 散 も不 十 分 に な り, はん だ 中 の一 部 の 領 域 にの み 銅 が 存 在 す る こ と に な る と考 え られ る 。 これ に対 して,は ん だ の 流 動 が 活 発 な場 合 は 溶 解 す る銅 の 量 が 多 く,拡 散 が よ り進 む た め,は ん だ 中 の 銅 の 分 布 は よ り均 一 に な る と考 え られ る。 す な わ ち,銅 が均 一 に 分 布 して い る ほ どは ん だ は よ く流 動 して混 合 して い る と言 え る。 こ こ で,銅 粉 は250メ ッシ ュ(直 径0.06mm以 下) の 球 状 の もの をPWB電 極 が 隠 れ て 見 え な くな る 程 度 に PWB電 極 上 に 置 い て 使 用 し た(約50μ9/cm2)。 ま た,銅 の 分 布 状 態 の 分 析 に は,走 査 電 子 顕 微 鏡(日 立 電 子 製;S-570)に 接 続 し た 波 長 分 散 型X線 分 光 分 析 装 置 (Microspec製WDX-2A)を 使 用 し,面 分 析 を行 っ た 。 2.2.3表 面 の 酸 化 膜 分 析 は ん だ 表 面 の 酸 化 膜 分 析 に は オ ー ジ ェ電 子 分 光 分 析 装 置 (日本 電 子 製;JAMP-7100)を 用 い た 。 2.2.4電 極 接 続 品 の 引 き はが し強 度 試 験 電 極 接 続 部 のFPC部 の み を銅 導 体 に 沿 っ て 短 冊 状 に切 り,こ の 短 冊 状 のFPCをPWBの 銅 導 体 と90度 の 角 度 で 引 っ 張 っ た と き の 強 度 を測 定 した 。 引 っ張 り速 度 は10mm/ 秒 と した 。 2.2.5電 極 接 続 品 の 耐 湿 絶 縁 試 験 FPCとPWBを は ん だ 付 け し,65℃,95%の 高 温 高 湿 槽 中 で 隣 り合 う接 続 電 極 間 に60Vの 電 圧 を 印 加 し(電 極 数 167個),絶 縁 抵 抗 の経 時 変 化 を 測 定 した。 3.実 験 結 果 と考 察 3.1電 極 接 続 面 積 率 の 比 較 まず,電 極 に フ ラ ック ス を塗 布 した 場 合 と しな い場 合 で 電 極 接 続 面 積 率 を比 較 した 。 そ の結 果,フ ラ ッ クス を塗 布

Fig.2 Monitoring method of solder flow

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Fig.3 WDX analysis of copper powder distribution in joined solder

Fig.4 WDX analysis of copper powder distribution in joined solder using alkane

した 場 合 は 電 極 接 続 面 積 率 が80%確 保 で き るの に対 して 塗 布 しな い場 合 は25%と 低 く,面 全 体 で は な く部 分 的 な 電 極 接 続 に な る こ とが わ か っ た。 す なわ ち,フ ラ ック ス を塗 布 しな い場 合 は 電 極 接 続 信 頼 性 が 低 い と い う問 題 が あ る。 そ こ で,フ ラ ッ クス を塗 布 した 場 合 と し な い場 合 で の 電 極 接 続 状 態 の 差 を解 析 す る た め に,2.2.2項 に 示 した 方 法 に よ り電 極 接 続 時 の は ん だ の 流 動 を 調 べ た 。Fig.3に 分 析 結 果 を 示 した(上 下 に銅 電 極 が あ り,中 央 が は ん だ 部 分 で あ る 。 白 い 点 が 銅 を 表 す 。;銅 分 布 はWDXの 面 分 析 に よ る)。 この 結 果,フ ラ ッ ク ス を 塗 布 した場 合 に は,銅 が は ん だ全 体 に均 一 に 分 布 して い る の に対 して,塗 布 し な い場 合 で は 銅 分 布 は不 均 一 で あ る。 す な わ ち,無 フ ラ ッ ク ス で はPWBとFPCの 電 極 の は ん だ 双 方 の 動 きが 少 な く,は ん だ が 十 分 混 合 され て い な い と言 え る 。 この 違 い が 生 じる理 由 は,フ ラ ッ ク ス を用 い た 場 合 で は,は ん だ 表 面 の 酸 化 膜 が 全 体 的 に 除 去 され る の に 対 して,無 フ ラ ッ クス で は は ん だ 流 動 な どの 力 の 作 用 に よ って 局 部 的 に酸 化 膜 が 破 壊 され る に す ぎ な い た め と推 定 で き る 。 な お,フ ラ ッ ク ス を塗 布 し な か っ た 場 合 に 銅 がPWB端 子 側 に 集 中 して い る の は, は ん だ流 動 が 不 十 分 な た め に重 力 の 影 響 を受 け て は ん だ よ り比 重 の 大 きい 銅 が 下 に 移 動 した た め と考 え られ る。ま た, 銅 の 絶 対 量 に 差 が 見 られ る の は,は ん だ 中 に 溶 解 した銅 の 量 が 異 な る た め と推 定 で きる。 さ て,絶 縁 性 能 を維 持 す る た め に,は ん だ を溶 か さず に 物 理 的 に 酸 化 膜 を破 壊 して双 方 の 電 極 の は ん だ を十 分 混 合 させ る必 要 が あ る 。 一 般 的 に,溶 融 した は ん だ に挟 まれ た 酸 化 膜 は は ん だ の 流 動 に よって 破 壊 され る と言 わ れ て い る3) こ と か ら,無 フ ラ ッ ク ス で も酸 化 膜 の破 壊 は起 こ る と考 え られ る。 しか し,は ん だ流 動 の 分 析 結 果 に 示 した よ う に 十 分 な は ん だ 混 合 が 起 こ らな い こ とか ら,は ん だ流 動 に よ る 酸 化 膜 破 壊 は 良 好 な電 極 接 続 を させ る に は 不 十 分 で あ る と い え る。 した が っ て,は ん だ 自身 の流 動 に 加 え て,物 理 的 な外 力 に よ る補 助 が 必 要 で あ る。 そ こで,こ の外 力 と して は ん だ 間 に介 在 させ た流 体 の 流 動 エ ネ ル ギ に着 目 した。 す な わ ち,流 体 の 動 きが は ん だ 表 面 の酸 化 膜 破 壊 を 促 進 す る 可 能性 が あ る と考 え た。 3.2流 体 を介 在 さ せ た は ん だ付 けの 検 討 使 用 す る流 体 は,絶 縁 特 性 を劣 化 さ せ な い 物 質 で なけ れ ば な らな い。 官 能 基 と して カ ルボ キ シ ル 基,水 酸 基,お よ び ア ミ ノ基 を持 つ 物 質 は は ん だ 表 面 の 酸 化 膜 を 溶解 す る性 質が あ り,フ ラ ッ ク ス の活 性 剤 と して 用 い られ て い る。 し か し,フ ラ ック ス残 渣 は絶 縁 特 性 を劣 化 させ る。 そ こ で, こ の よ う な官 能 基 を 持 た ず,絶 縁 抵 抗 の 高 い 物 質 と して, ア ル カ ン(官 能 基 を 持 た な い 炭 化 水 素;CnH2n+2)を 選 定 し,検 討 した 。 各 種 分 子 量 の ア ル カ ン を電 極 に 塗 布 して 電 極 接 続 を行 い,は ん だ流 動 解 析 に よ り電 極 接 続 状 態 を比 較 した 。 そ の 結 果 をFig.4に 示 した 。 一 部 の ア ル カ ン を用 い た場 合 に,は ん だ が 十 分混 合 さ れ,酸 化 膜 が破 壊 さ れ て い る こ とが 確 認 で きた 。 電 極 接 続 温 度 に 着 目す る と,ま ず, 低 分 子 量 ア ル カ ンで あ るC6(ヘ キ サ ン;n-C6H14)は 電 極 接 続 温 度 で は 気 化 して お り,流 動 エ ネ ル ギ は得 られ な い と 考 え られ る 。 一 方,電 極 接 続 温 度 に お い て 液体 と して存 在 す るC30(ト リ ア コ ン タ ン;n-C30H62)は,流 動 エ ネ ル ギ が 期 待 で き,酸 化 膜 を破 壊 しやす い と考 え られ るが,予 想 に 反 して 酸 化 膜 の破 壊 効 果 が 小 さい こ とが わ か っ た。 これ に 対 し て,中 間 的 な 分 子 量 のCl4(テ ト ラ デ カ ン;n-C14H30)は,電 極 接 続 温 度 に お い て 沸 騰 し,こ の場 合 に 効 果 的 に 酸 化 膜 の破 壊 が 起 こ っ て い る。 この 結 果 よ り,流 体 の 流 動 エ ネ ル ギ だ け で は酸 化 膜 を破 壊 す るの に不 十 分 で あ り,沸 騰 の よ う な 相 転 移 を伴 う変 化 に よ って,酸 化 膜 は物 理 的 に破 壊 さ れ る の で は な い か と推 測 で き る。そ こで 次 に, 流 体 の 沸 点 と電 極 接 続 性 の 関 係 に つ い て 調 べ た。 3.3流 体 の 沸 点 と電 極 接 続 性 との 関 係 流 体 の 沸 点 と電 極 接 続 性 の 関 係 を 調 べ た 結 果 をFig.5に 示 した 。流 体 と して,こ こで は ア ル カ ンの他 に ア ル コー ル, お よび シ リ コ ン オ イ ル も加 え て 比 較 した 。 横 軸 に 流 体 の 沸 点,縦 軸 に電 極 接 続 面 積 率 を と っ た。 は ん だ の 融 点 よ り も 低 い 沸 点 を持 つ 流 体 を用 い た 場 合 は,電 極 接 続 面積 率 は低 い レベ ル で あ る が,は ん だ の 融 点 を越 え る と急 激 に電 極 接 続 面 積 率 が増 大 す る こ とが わ か る。 これ は酸 化 膜 が 破 壊 さ れ て い る た め に,電 極 接 続 面 積 率 が 向 上 して い る と考 え ら れ る 。 ま た,さ ら に流 体 の 沸 点 が 電極 接 続 温 度 以 上 の 場 合 Vol.13No.2(1998) 105

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Fig.5 Relationship between ratio of joined area and boiling point of fluid は,電 極 接 続 面 積 率 が 減 少 す る こ とが わ か る。 こ れ らの こ と よ り,は ん だ が 溶 融 して い る温 度 範 囲 で沸 騰 す る流 体 を 使 用 した 場 合 に お い て,電 極 接 続 性 が 良 好 で あ る こ とが わ か っ た 。 3.4電 極 接 続 メ カ ニ ズ ム の考 察 流 体 の 沸 点 と電 極 接 続 性 との 関係 は,以 下 の よ う に推 定 で きる 。 流 体 の 沸 点 が は ん だ 溶 融 温 度 よ り低 い と き は,は ん だ が 溶 融 す る 前 に 蒸 発 し,は ん だ 溶 融 時 に は 流 体 は存 在 せ ず,酸 化 膜 は破 壊 さ れ な い と考 え られ る。 一 方,電 極 接 続 温 度 の 範 囲 内 に 沸 点 を持 つ 流 体 で は,は ん だ 溶 融 時 に沸 騰 が 起 こ り,溶 融 した は ん だ と は ん だ との 問 に拘 束 さ れ た 流 体(液 体)が 気 体 に変 化 す る こ とに よ り著 しい体 積 膨 張 を起 こ す 。 この と き,流 体 を拘 束 して い る は ん だ 表 面 の 酸 化 膜 を破 壊 す る と考 え ら れ る 。 そ の 結 果,酸 化 膜 が破 壊 さ れ た は ん だ 間 で は活 発 な流 動 が 起 き る た め,良 好 な 電 極 接 続 が 得 られ る 。 さ らに 沸 点 が 高 い 場 合 は,流 体 が 沸 騰 しな い た め に著 しい 体 積 変 化 は起 こ らず,流 体 は,液 体 の ま ま 電 極 の 外 へ 流 れ 出 る こ と に な る 。 こ の 体 積 膨 張 に よ る仕 事 に つ い て さ ら に 考 察 を進 め る と,電 極 間 に 存 在 す る 液 体 が 電 極 接 続 温 度 に お い て 沸 騰 し た 場 合,体 積 膨 張 が 起 こ り,こ の 体 積 膨 張 に 伴 う 仕 事 (△E)は,式(1)で 表 さ れ,こ れ が はん だ に 作 用 す るエ ネ ル ギ とい え る。 〓(1) こ こで,V1は 液 体 の 体 積,V2は 気 体 の 体 積,Tは 気 体 の 温 度,nは モ ル 数,Rは 気 体 定 数 で あ る 。 さ ら にaEを エ ネ ル ギ を 作 用 させ る 表 面 積Sで 除 す と単 位 面 積 当 た りに 作 用 す る エ ネ ル ギ が 求 め られ る 。△E/Sの 計 算 結 果 をFig.6に 示 した 。一 方,は ん だ の 酸 化 膜 の 強 度 は は ん だ の表 面 張 力 で 見 積 もる こ とが で きる 。 表 面 に 酸 化 膜 の あ る は ん だ の 表 面 張 力 は,は ん だ の酸 化 膜 を破 壊 して 表 面 積 を増 大 させ るの に 必 要 な エ ネ ル ギ で あ る 。 そ して,そ の 単 位 は,△E/Sの 値 と同 じ次 元 で あ る。 は ん だ の 表 面 張 力 は,一4乗 オー ダ で あ る3)のに対 して,△E/Sは0乗 オ ー ダで あ り,は ん だ の 表 面 張 力 よ りは るか に 大 きい こ とが わ か る。 した が っ て, 沸 騰 に よ る体 積 変 化 が 電 極 間 で 起 こ れ ば,は ん だ 表 面 の 酸 化 膜 は破 壊 可 能 で あ る と考 え られ る。 3.5電 極 接 続 メ カ ニ ズ ム の検 証 まず,ア ル カ ン類 が フ ラ ック ス の よ うに は ん だ を溶 か す 作 用 を して い な い か を確 認 し た 。 は ん だ を 流 体 に浸 して 200℃ で 加 熱(30分)し,流 体 中 の 鉛 を 原 子 吸 光 分 析 に よ り分 析 した 。 そ の 結 果 をFig.7に 示 した 。 流 体 が 水 酸 基 を 持 つ ポ リエ チ レ ン グ リ コー ル の と きに 鉛 が 検 出 され た の に 対 して,Cl4,お よ びC20(エ イ コサ ン;n-C20H42)で は検 出 され なか っ た 。 は ん だ と化 学 反 応 す る水 酸 基 を持 つ ポ リ エ チ レ ン グ リ コ ー ル で の 鉛 検 出 レベ ル とC14お よ びC20の レ ベ ル は ま っ た く異 な る と言 え る 。 ま た ,Cl4お よびC20を用 い て は ん だ 付 け した 試 料 の 電極 間(複 数 配 列 さ れ た 電 極 と 電 極 の 問 のPWB表 面 で あ り,残 留 したC14お よ びC20が付 着 して い る)に 存 在 す る 元 素 の 定 性 分 析 をWDXに よ り行 っ た 結 果,ス ズ お よ び 鉛 は検 出 され なか っ た 。 以 上 の こ とか

Fig.6 Calculated boiling energy of fluid

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Fig.7 Solubility of lead for alkane Fig.8 Experiment against-glass-board condition

Fig.9 Experiment in free condition ら,C14お よ びC20は は ん だ を 溶 か す 作 用 を し な い と 考 え ら れ る 。 次 に,は ん だ被 覆 され たFpc電 極 にCl4を 塗 布 し,Fig.8 に示 した よ う に ガ ラ ス板 と重 ね た状 態 で ヒ ー タ ツー ル に よ り加 熱 加 圧(は ん だ 温 度290℃,10秒)し て は ん だ を溶 融 させ,放 冷 凝 固 させ た後,は ん だ の 表 面 か ら深 さ方 向へ の 酸 素 の 分 布 を オ ー ジ ェ電 子 分 光 分 析 法(AES)に よ り分 析 した 。 こ の場 合 は,は ん だ とガ ラス 板 問 に 拘 束 さ れ た 流 体 の体 積 膨 張 エ ネ ル ギ が 溶 融 は ん だ に作 用 す る と考 え られ る 。 ま たFig.9に 示 した よ う に,は ん だ 被 覆 さ れ たFPC電 極 にC14を塗 布 し開 放 状 態 で 加 熱 し(290℃ オ ー ブ ン 中 で10 秒 加 熱),同 様 に 分 析 した 。 開放 状 態 で は,流 体 の 沸 騰 エ ネ ルギ は蒸 発 す る た め だ け に消 費 され 酸 化 膜 は破 壊 しな い と考 え られ る 。 分 析 結 果 をFig.10に 示 した 。 流 体 を拘 束 し た 場 合 は,酸 素 が 深 く侵 入 して い るが,開 放 状 態 で は,酸 素 が 最 表面 の み に存 在 して お り,酸 化 膜 が 表 面 に残 存 して い る こ とが わ か る。 これ は,流 体 を拘 束 した 場 合 に お い て は ん だ 表 面 の 酸 化 膜 が 物 理 的 に 破 壊 さ れ て,そ れ が 内 部 に 分 散 して い る結 果 で あ る と解 釈 で き る。 す な わ ち,沸 騰 エ ネ ル ギ(体 積 膨 張 に よ る仕 事)に よ っ て 酸 化 膜 の破 壊 が 生 じて い る こ と を示 して い る。 以 上,電 極 接 続 メ カニ ズ ム と して は,は ん だ 溶 融 時 に 流 体 が 沸 騰 して 酸 化 膜 を破 壊 し,は ん だ 混 合 が 進 行 して 電 極 接 続 が 完 了 す る と推 定 で き る。Fig.11に 模 式 図 を示 した 。 3.6電 極 接 続 部 の 評 価 電 極 接 続 部 の 評 価 と して,接 続 部 の引 きは が し強 度 を測 定 し た 。Fig.12に 結 果 を 示 し た 。C14お よ びC20を 用 い た 場 合 は,フ ラ ック ス を用 い た場 合 と同 等 の 強 度 が あ る こ とが わ か る 。 ま た,C20を 用 い た 電 極 接 続 部 の 断 面 をFig.13に 示 した。 は ん だ部 に 大 き な欠 陥 が ない こ とが わ か る 。 ア ル カ ン の 沸 騰 エ ネ ル ギ は,は ん だ 表 面 の 酸 化 膜 を破 壊 す るが, 溶 融 は ん だ を飛 散 させ る こ とは な い と考 え られ る 。最 後 に, 電 極 接 続 部 の 耐 湿 絶 縁 特 性 を 評 価 した 。 電 極 接 続 時 の ア ル カ ン はC20を 使 用 し,フ ラ ッ ク ス を使 用 し た場 合 と比 較 し た 。 そ の結 果 をFig.14に 示 した 。 フ ラ ッ ク ス を使 用 した 電 極 接 続 品 にお い て 絶 縁 抵 抗 が 低 下 傾 向 に あ る の に 対 して, C20を使 用 した 電 極 接 続 品 は安 定 して い る こ とが わ か る。

Fig.10 Depth profile of tin and oxygen in solder (AES analysis)

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Fig.11 Mechanism of soldering process using alkane

Fig.12 Force applied to FPC strip in pull test of solder joint

Fig.13 SEM photograph of solder joint using C20

Fig.14 Relationship between insulation resistance and time in humidity test

4.ま と め 微 細 ピ ッ チFPC電 極 接 続(は ん だ-は ん だ 電 極 接 続)に お け る耐 湿 絶 縁 特 性 の 向 上 を 目的 と し,無 フ ラ ッ クス は ん だ接 続 法 を検 討 した結 果,以 下 の 知 見 を 得 た 。 (1)酸 化 膜 溶 解 作 用 の な い ア ル カ ン類 の う ち,は ん だ 電 極 接 続 温 度 に お い て 沸 騰 す る ア ル カ ンを は ん だ 間 に 介 在 さ せ る こ とで,フ ラ ッ ク ス を用 い た 場 合 と 同 等 の 電 極 接 続 特 性 が 得 ら れ る こ と を 見 い だ し た 。 (2)ア ル カ ン の 沸 騰 に よ る 体 積 膨 張 エ ネ ル ギ が,溶 融 は ん だ の 酸 化 膜 を 物 理 的 に 破 壊 す る こ と で,電 極 接 続 が 実 現 さ れ る と 考 え ら れ る 。 (1997.8.27-受 理1997.11.28-再 受 理) 文 献 1) 山 口 政 義:“ プ リ ン ト 配 線 板 の 無 洗 浄 技 術 ”,表 面 技 術, Vol.44, No.2, 108, (1993). 2) 渥 美 幸 一 郎:“ 半 導 体 に お け る マ イ ク ロ ボ ン デ ィ ン グ”,溶 接 学 会 誌, Vol.61, No.6, 519, (1992). 3) R.J.Klein Wassink(竹 本 正,藤 内 伸 一 監 訳):“ ソ ル ダ リ ン グ ・ イ ン ・エ レ ク ト ロ ニ ク ス ”,日 刊 工 業 新 聞 社, (1986) . 108 回路実装学会誌