JP2000068637A - 電子部品の半田付け方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 リフロー半田付けによって電子部品を基板に
実装する場合、その半田付け部にボイドが発生すること
を極力防止する。 【解決手段】 基板１に半田ペースト８を供給した後、
半田ペースト８上に融点が互いに異なる半田チップ９，
１０であって、半田ペースト８中の半田よりも融点が高
く、且つ高さが半田ペースト８の厚さよりも高い半田チ
ップ９，１０によってパワートランジスタ５の両側を支
え、この状態でリフロー加熱を行って半田ペースト８お
よび半田チップ９，１０を加熱する。すると、まず半田
ペースト８が溶融し、このとき発生する蒸気は、半田チ
ップ９，１０によってパワートランジスタ５と半田ペー
スト８との間に確保されている空間から外部に逃げ出
る。次に、半田チップ９，１０のうち、融点の低い側の
一方の半田チップ９が溶融し、次いで他方の半田チップ
１０が溶融するので、パワートランジスタ５は傾いた状
態で溶融半田面に接するようになり、空気は排除され、
半田付け部に空気がボイドとして残ることがなくなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子部品をリフロ
ー半田付けによって半田付けする方法に係り、特にリフ
ロー半田付け時に半田ペーストから発生する蒸気がボイ
ドとして残ることを防止しようとしたものに関する。

【０００２】

【従来の技術】半田付け部にボイドが残留することを防
止する技術として特開昭６３−３００５１９号公報に開
示されたものがある。これは、半導体チップを半田付け
によってヒートシンクにダイボンディングしてなる半導
体装置において、ダイボンディング面を、その縁部より
も中央部ほど隆起した傾斜面として形成するというもの
である。

【０００３】このようにすれば、半導体チップとダイボ
ンディング面との間に介装された半田の厚みは、ダイボ
ンディング面の中央部から縁部側にいくほど厚くなる。
このため、ダイボンディング作業時における半田の溶融
および凝固は、まず、ダイボンディング面の中央部付近
から始まり、その縁部へと徐々に進んで行くことにな
る。このため、半導体チップとヒートシンクとの間に存
在していた空気は順次押し出されて外部に放出されるこ
ととなり、半導体チップとヒートシンクとの間の隙間に
存在する空気がボイドとして半田付け部に残留すること
を防止できるというものである。

【０００４】また、特開平８−２９３６７０号公報に
は、回路基板に電子部品を半田付けする場合、回路基板
の上に、半田箔と、この半田箔よりも融点が高く且つ高
さが高い４個の半田チップとを置き、半田チップにて電
子部品の四隅を支え、この状態で加熱を行うことが記載
されている。

【０００５】これによれば、加熱が行われると、まず半
田箔が溶融し、このとき半田箔から発生する蒸気は半田
チップによって確保されている空間から外部に逃げ出
る。その後、半田チップが溶融し、電子部品が基板に半
田付けされるため、蒸気がボイドとして半田付け部に残
留することがない、というものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】例えば、リフロー半田
付けによって電子部品を回路基板に実装する場合、従来
では、まず、回路基板に半田ペーストをスクリーン印刷
或いはノズル等により塗布し、その後、半田ペーストの
塗布部に電子部品を搭載し、そして、リフロー半田付け
を行う。

【０００７】上記半田ペーストは、粉末半田とフラック
スとを混練したもので、そのフラックス中には、ロジ
ン、活性剤、増粘剤、チクソ剤、溶剤などの様々な成分
が含まれている。このため、リフロー半田付け時に、半
田ペーストが加熱されると、フラックス中の低沸点の成
分が蒸発し、半田付け部にいわゆるボイドとして残留す
るという問題を生ずる。特に、電子部品がパワートラン
ジスタのような比較的大きな半田付け面積をもったもの
では、リフロー半田付け時に発生した蒸気は電子部品と
基板との間から抜け出し難く、ボイドとして残留する傾
向が高い。

【０００８】このように、半田ペースト中の低沸点成分
が蒸発することによって発生した蒸気は、特開昭６３−
３００５１９号公報に開示された構成では、外部に逃が
すことはできない。また、特開平８−２９３６７０号公
報に開示された構成では、４個の半田チップの融点が同
じであるため、その４個の半田チップが同時に溶融し、
その結果、電子部品の半田付け面が水平に下がって溶融
半田面に接するようになり、このとき空気を巻き込み易
く、ボイドとして残留し易くなるというあらたな問題を
生ずる。

【０００９】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、電子部品をリフロー半田付けする場合
に、その半田付け部にボイドが発生することをより効果
的に防止できる電子部品の実装方法を提供するにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、電子部品を半田付けしようとする部材
に半田ペーストを供給し、その後、リフロー加熱するこ
とにより前記半田ペーストを溶融させて前記電子部品を
前記部材に半田付けする方法において、融点が互いに異
なる半田材であって、前記部材に供給された前記半田ペ
ースト中の半田よりも融点が高く且つ高さが前記半田ペ
ーストの厚さよりも高い半田材によって前記電子部品の
両側を支え、この状態で前記リフロー加熱を行って前記
半田ペーストおよび前記半田材を溶融させることを特徴
とするものである。

【００１１】この構成によれば、加熱が行われると、ま
ず半田ペーストが溶融し、このとき発生する蒸気は、半
田材によって確保されている空間から外部に逃げ出る。
次に、半田材のうち、融点の低い側の一方の半田材が溶
融し、これに遅れて他方の半田材が溶融するので、電子
部品は傾いた状態で溶融半田面に接するようになる。こ
のため、空気は排除され、半田付け部に空気がボイドと
して残ることがなくなる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を電子部
品をセラミック基板にリフロー半田付けによって実装す
る場合に適用して図面を参照しながら説明する。

【００１３】図１は電子部品を実装した後のセラミック
基板（以下、基板）１を示すもので、基板１上の導体２
に例えばセラミックコンデンサ３、ＩＣ４、パワートラ
ンジスタ５、ターミナル６等が半田７によって接続され
ている。

【００１４】これらの電子部品のリフロー半田付けによ
る実装方法を説明するに、基板１には、図２に示すよう
に、導体２が予め所定の回路パターンで形成されてお
り、第１工程（ペースト塗布工程）では、その導体２上
に半田ペースト８をスクリーン印刷手段、ノズル等によ
る供給手段によって塗布する。この場合、半田ペースト
８は、１００μｍ程度の厚さで塗布される。

【００１５】次の第２工程（半田材搭載工程）では、図
３および図４に示すように、半田付け面積の比較的大き
なパワートランジスタ５を接続する導体２上の半田ペー
スト８に半田材としての半田チップ９，１０を載せる。
この場合、その半田ペースト８が図４に示すように矩形
状であったとすると、導体２上の半田ペースト８の一方
側の２隅部に半田チップ９を搭載し、他方の側の２隅部
に半田チップ１０を搭載する。これら半田チップ９，１
０の表面には、粘着材が塗布されており、これにより、
半田チップ９，１０を安定的に固定できるようにしてい
る。

【００１６】ところで、半田ペースト８の両側の半田チ
ップ９，１０は、融点が互いに異なり、半田ペースト８
中の半田の融点よりも１０℃〜５０℃程度高い半田によ
って形成されている。この場合、リフロー炉への基板１
の侵入方向が矢印Ａ方向であるとすると、低融点側の半
田チップ９は、先にリフロー炉内に侵入する側である図
示右側の２隅部に搭載される。また、半田チップ９，１
０の高さＨは、互いに同じか、若しくは多少の違い（数
十μｍ）はあるが、半田ペースト８の厚さＴよりも高く
形成されている。

【００１７】具体的には、低融点側の半田チップ９は、
半田ペースト８中の粉末半田（共晶半田）の融点よりも
約２０℃高い半田材料（Ｓｎ７３重量％、Ｐｂ２７重量
％またはＳｎ５６重量％、Ｐｂ４４重量％等）により形
成され、高融点側の半田チップ１０は、半田ペースト８
中の半田の融点よりも約４０℃高い半田材料（Ｓｎ８２
重量％、Ｐｂ１８重量％ またはＳｎ５３重量％、Ｐｂ
４７重量％等）により形成されている。なお、半田チッ
プ９，１０の融点の差は、１０℃〜３０℃が好ましい。
また、半田チップ９，１０の高さＨは、１５０μｍ程度
に形成されている。

【００１８】さて、パワートランジスタ５の半田ペース
ト８上に半田チップ９，１０を搭載した後の第３工程
（電子部品搭載工程）では、図５に示すように、半田チ
ップ９，１０上にパワートランジスタ５を搭載すると共
に、他の半田ペースト８上にセラミックコンデンサ３、
ＩＣ４、ターミナル６等を搭載する。

【００１９】その後の第４工程（リフロー加熱工程）で
は、基板１をリフロー炉内に入れて加熱する。ところ
で、半田ペースト８は、粉末半田とフラックスとを混練
したもので、そのフラックス中には、ロジン、活性剤、
増粘剤、チクソ剤、溶剤などの様々な成分を含んでい
る。

【００２０】そして、リフロー炉での加熱により、ま
ず、半田ペースト８中に含まれている上記のような成分
のうち、低沸点成分（１５０℃よりも低い温度で蒸発す
る成分）が蒸発する。また、半田ペースト８中には、吸
湿した水分が含まれているが、この水分も蒸発する。こ
のとき、半田チップ９，１０により半田ペースト８とパ
ワートランジスタ５との間には、図６に示すように、空
間Ｇが確保されているため、半田ペースト８から蒸発し
た蒸気は、矢印Ｂで示すように、半田ペースト８とパワ
ートランジスタ５との間の空間Ｇから外部に逃げ出る。
なお、上記の低沸点成分とは、ロジンなどの常温固体成
分を溶解し、ペースト化するために用いられる溶剤（従
って、導体２への印刷後は不要）や、部品粘着性、リフ
ロー特性に影響を与えない成分である。

【００２１】次いで、図７に示すように、半田ペースト
８（粉末半田）が溶融する。その後、半田ペースト８の
次に融点の低い半田チップ９が溶融し、最後に半田チッ
プ１０が溶融する。このように、半田チップ９，１０が
時間的に前後して溶融するので、半田チップ９の溶融時
には、パワートランジスタ５は、一方側が自重により下
がって図８に示すように傾いた状態となり、そして、半
田チップ１０が溶融する際には、他方が自重により下が
って行き、図９に示すように、溶融半田にパワートラン
ジスタ５の接続面全体が接するようになる。

【００２２】このため、パワートランジスタ５の下面
（接続面）は、溶融半田面に対して低融点側の半田チッ
プ９側から高融点側の半田チップ１０側に向かって順次
接触してゆくようになるので、溶融半田面との間にある
空気は、溶融半田内に巻き込まれることなく、円滑に外
部に排除される。従って、パワートランジスタ５の半田
付け部にボイドが残ることなく、良好に半田付けでき
る。

【００２３】もちろん、パワートランジスタ５以外の他
のセラミックコンデンサ３、ＩＣ４、ターミナル６は、
半田付け面積が小さいので、半田チップ９，１０のよう
なものがなくても、リフロー加熱によってボイドを発生
させることなく、良好に半田付けできる。

【００２４】なお、本発明は、上記し勝つ図面に示す実
施例に限定されるものではなく、次のような変形或いは
拡張が可能である。半田材は、半田チップ９，１０に代
えて、半田ボールであっても良く、その形状は問わな
い。半田チップ９，１０は、両側に２個ずつに限られ
ず、３個ずつでも良い。棒状のものでは、１個ずつで済
む。電子部品を半田付けする対象物は基板１に限られな
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す実装後の基板の断面図

【図２】基板に半田ペーストを塗布した状態で示す断面
図

【図３】半田ペースト上に半田チップを搭載した状態で
示す断面図

【図４】半田ペースト上に半田チップを搭載した状態で
示す平面図

【図５】電子部品を搭載した状態で示す断面図

【図６】リフロー加熱の初期の状態を説明するための拡
大断面図

【図７】リフロー加熱時の半田ペーストが溶融した状態
で示す断面図

【図８】一方の半田チップが溶融した状態で示す断面図

【図９】他方の半田チップが溶融した状態で示す断面図

【符号の説明】

図中、１は基板、２は導体、５はパワートランジスタ
（電子部品）、８は半田ペースト、９，１０は半田チッ
プ（半田材）である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子部品を半田付けしようとする部材に
   半田ペーストを供給し、その後、リフロー加熱すること
   により前記半田ペーストを溶融させて前記電子部品を前
   記部材に半田付けする方法において、 融点が互いに異なる半田材であって、前記部材に供給さ
   れた前記半田ペースト中の半田よりも融点が高く且つ高
   さが前記半田ペーストの厚さよりも高い半田材によって
   前記電子部品の両側を支え、この状態で前記リフロー加
   熱を行って前記半田ペーストおよび前記半田材を溶融さ
   せることを特徴とする電子部品の半田付け方法。