JP2002016353A

JP2002016353A - リフローはんだ付け方法及び実装基板

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Publication number: JP2002016353A
Application number: JP2000195103A
Authority: JP
Inventors: Ichiro Shimizu; 一郎清水
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2000-06-28
Filing date: 2000-06-28
Publication date: 2002-01-18

Abstract

(57)【要約】【課題】はんだ部分のみを局所的に加熱することができ
るリフローはんだ付け方法を提供する。【解決手段】プリント基板１の配線パターン２，３上に
供給された複数のはんだ４，５をリフローさせて配線パ
ターンに電子部品６をはんだ付けするためのリフローは
んだ付け方法において、複数のはんだ４，５に加熱片７
を用いて熱伝導により一括して熱を供給し、はんだをリ
フローさせる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はプリント基板上に部
品をはんだ付けするためのリフローはんだ付け方法及び
実装基板に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、リフロー実装では接合部の加熱は
輻射熱、又は対流熱伝達によるものが一般的であり、一
部に個別部品に熱伝導による加熱を行うものがあるが、
一括加熱ではない。従来のリフローでは、はんだの供給
をソルダーペーストを印刷することによって行い、それ
を全基板一括して前記加熱方法にて溶融した後、凝固さ
せ、接合部を形成する。図１２〜１５はそのようにして
得られる接合の状態を簡単に示した図である。

【０００３】図１２において、基板１に設けられたラン
ド２，３が示され、図１３はランド上にソルダーペース
ト４、５が印刷された状態を示す。図１４ではソルダー
ペースト上に部品６が搭載され、この状態でリフロー炉
に入れられ、加熱され、はんだが溶融し、その後リフロ
ー炉出口で冷却されて図１５に示すフィレット形状１１
が形成され、はんだ接合１０が達成される。

【０００４】また、個別の例では、例えばＴＣＰ実装で
は、接合ランド部にはんだ層を形成したプリント基板に
ＴＣＰを搭載し、加熱片をリード部に接触させ加熱、は
んだ溶融、加熱片接触解除、はんだ凝固と言う過程で接
合が達成される。しかし、ＴＣＰ実装ではＴＣＰの実装
の前に他の部品の実装は終了しており、同時ではない。
この理由はＴＣＰのリード部がテープ上に形成されたパ
ターンであり、部品搭載によるだけでは平坦性がなく、
はんだに完全に接触できないということ、部品本体が薄
型であり、耐熱性が低いということがあるためである。

【０００５】また、リフローにおける一括加熱を熱伝導
によって行ってこなかった理由は、雰囲気加熱による方
法が非常に簡単に熱の供給が行えると言うことによるも
のであった。熱伝導を行うには個々の部品の接合部に直
に接触しなければならないが、輻射、対流熱伝達、特に
対流熱伝達ではいかなる部分にも熱を容易に伝えること
ができるが、熱伝導の場合、機械的接触という伝熱手法
のため、精度ということが大きな問題となる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例では以下に述べるような問題点があった。

【０００７】即ち、輻射であるにせよ、対流熱伝達であ
るにせよ接合部のみ加熱することは困難で、接合部のみ
ならず、部品本体も高温にならざるを得なかった。ま
た、従来の部品はまだ耐熱性の点で現在の方式を許容で
きる範囲であり、いままでその方法で実装されていた
が、半導体特性からしても、熱ストレスからしても本質
的に信頼性上好ましいことではなかった。即ち、半導体
としては熱拡散による特性劣化、また、パッケージ本体
としては熱膨張によるクラック発生などの問題が存在す
る。このことは実装の高密度化でのパッケージの薄型
化、小型化によって問題として顕在化してきている。即
ち、薄型化により、リフロー加熱によるパッケージ割
れ、またその防止法として吸湿を防ぐため実装前までの
包装の密封性を厳重にすること、及び開封後の加熱まで
の時間を規定するなど実装現場にとっては作業上問題の
あるプロセスになっている。

【０００８】また、小型化は、一方で単純に小型化に適
応できない部品が存在するため部品サイズの多様性をも
たらし、サイズに伴う熱容量の範囲の拡大によりリフロ
ーにおける部品温度上昇範囲の広がりをもたらしてい
る。また、近年環境問題で廃却実装基板からの鉛の流出
可能性が取り上げられ、はんだにおける鉛フリー化が検
討されているが、この候補はんだの一つは融点が高く、
このことがリフロー温度の上昇をもたらし、これをどう
解決するかということも大きな課題の一つとされてい
る。

【０００９】更に実装基板全体が温度上昇するというこ
とは冷却時にも大きなエネルギーが必要になり、冷却時
間も長くかかることになる。このことははんだ結晶組織
の粗大化をもたらし、本来信頼性上は好ましいことでは
ない。このことは近年のはんだ接合の高信頼性化への要
求がより強まってくるに付けてその要因として結晶組織
の微細化が挙げられた場合、急速冷却が課題となる。

【００１０】従って、本発明は上述した課題に鑑みてな
されたものであり、その目的は、はんだ部分のみを局所
的に加熱することができるリフローはんだ付け方法及び
実装基板を提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決し、
目的を達成するために、本発明に係わるリフローはんだ
付け方法は、プリント基板の配線パターン上に供給され
た複数のはんだをリフローさせて前記配線パターンに電
子部品をはんだ付けするためのリフローはんだ付け方法
において、前記複数部品のはんだに熱伝導により一括し
て熱を供給し、前記はんだをリフローさせることを特徴
としている。

【００１２】また、この発明に係わるリフローはんだ付
け方法において、熱源に対して弾性変位可能且つ低抵抗
に接続された加熱片を前記はんだに接触させることによ
り熱を供給することを特徴としている。

【００１３】また、この発明に係わるリフローはんだ付
け方法において、前記はんだを、はんだチップの状態で
前記配線パターン上に供給することを特徴としている。

【００１４】また、この発明に係わるリフローはんだ付
け方法において、前記はんだを加熱するための加熱片を
熱風により加熱することを特徴としている。

【００１５】また、この発明に係わるリフローはんだ付
け方法において、前記熱風を循環させて前記加熱片を加
熱することを特徴としている。

【００１６】また、本発明に係わる実装基板は、上記の
リフローはんだ付け方法により電子部品を実装したこと
を特徴としている。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施形態に
ついて説明する。

【００１８】まず、本実施形態の概要について説明す
る。

【００１９】本実施形態では、加熱を熱伝導によって行
う。このようにすることで、加熱はすべての部品に局所
加熱することが可能になる。

【００２０】また、熱源と一体的又はそれに準ずるよう
に熱的に結合された加熱片ではんだの溶融の熱を供給す
ることが特徴である。このようにして加熱片ははんだ接
合部に対応する位置で主としてはんだ接合に係わる部材
のみに熱伝導にて熱を供給し、そしてそれぞれの接合部
での必要な熱量に応じた熱量を与えられる構造になって
いるものである。従って、熱は接合部のみに殆ど供給さ
れる。これはリフローでは勿論全体に加熱となるが、フ
ローでも接合のみならず、基板にも熱供給がなされてし
まうことに対して、殆ど完全に接合部のみの熱供給に制
限可能なものである。

【００２１】また、高密度実装で接合部が小型化し、相
対的に供給はんだ量のばらつきが大きくなる状況で信頼
性を保持あるいはより高度の信頼性を得るため、供給は
んだ量の精度を高める必要に応じる方法の一つとして、
はんだチップによるはんだ供給が有効であるが、これに
対する本加熱方式の方法に関するもので、実装における
各部品、及びその積み上げの総合精度に対応して、加熱
片が各接合部に均等に接触し、必要な熱量を正確に与え
ることを可能にするための手段に関するものである。即
ち、熱源に対して、加熱片は熱的には一体と同等の効率
で伝熱できるように結合し、位置的には接合部の位置精
度のばらつきを吸収できるように相対的に変位可能な構
造となっている。これは例えば、熱源と加熱片が十分な
嵌合長さで嵌合し、接合部に対し、接触熱伝導に必要な
接触が得られる力で接触部と接触するように加熱片を接
触部に押付ける力を熱源と加熱片の間に作用させること
で達成できる。

【００２２】また、本実施形態では、加熱片への熱供給
を熱風での対流熱伝達によって行う。このようにするこ
とで伝熱を効率的に行うための機械的な結合構造の解決
法とは別の伝熱の解決手段を与えることが可能となる。
即ちそれは例えば熱風の噴出ノズルと吸い込みノズルを
有し、それらの先端に加熱片を保持して、熱風を加熱片
に当て加熱片に熱を供給し、供給後の熱風は吸い込みノ
ズルで吸い込み、この吸い込んだ熱風を再度加熱し用い
るという循環をさせ、効率良く熱を加熱片に伝える構造
である。その噴出しノズルと吸い込みノズルは同軸でも
別軸でもよく、それは例えば、スペース、コスト等の様
々な要因にて決められる。こうした構造をとることによ
り、熱源と加熱片の機械的位置関係には自由度を持たせ
ることが可能となる。こうして機械的な構造とは別の方
法で実装の位置精度という問題を解決することが可能で
ある。

【００２３】以下、具体的な実施形態について説明す
る。

【００２４】図１乃至図６は本発明の第１の実施形態を
示す図である。

【００２５】図１において１は基板、２，３は基板上に
設けられたはんだ付けを行うパターンランド（以下ラン
ド）である。図２において、４，５はランド上に印刷さ
れたソルダーペーストである。図３において、６はソル
ダーペースト印刷後搭載された電子部品（以下部品）で
ある。図４において７はソルダーペーストを溶融させる
加熱片である。図５において８は溶融状態のはんだ、９
はその表面を示している。図６において１０は凝固後の
はんだ、１１はそのはんだの形状を示している。

【００２６】以上の構成においてそのプロセスを以下に
説明する。

【００２７】先ず基板１のランド２，３にソルダーペー
スト４，５を印刷する。勿論、ソルダーペーストは他の
例えばはんだペレット、或いははんだメッキ、或いは他
のコーティング（スーパーソルダーのようなもの）によ
るはんだ層の形成等によることで代替が可能である。そ
して次に部品を図３のように搭載する。この状態で図４
のように加熱片７をソルダーペーストに押し当てる。ソ
ルダーペーストに加熱片７の熱が伝熱され、はんだが融
点に達すると溶融し始める。この時、ソルダーペースト
中のフラックス成分の活性力がはんだ、部品電極及びラ
ンドに作用し、夫々の表面が活性状態となり、接合が達
成される。図５はその状態を示す。この状態で、図６に
示すように加熱片を取り去る。すると、はんだは表面張
力により図６の形状１１になり、冷却凝固し、はんだ接
合が形成される。

【００２８】図７乃至図１０は本発明における第２の実
施形態を示す図である。

【００２９】図７において１２はＩＣパッケージ本体、
１３はＩＣパッケージに設けられた電極のリードであ
る。図８において１４はＩＣのリードに対応する基板の
接合用のランドである。図９において１５はＩＣ用の或
いは基板全体用の加熱源或いは加熱伝達源、１６はバ
ネ、１７は加熱片、１８ははんだ接合部と接触する加熱
片先端、１９は加熱片１７の脱落防止用のストッパーで
ある。図１０において２０，２１は印刷されたソルダー
ペーストであり、代表例として示している。

【００３０】以上の構成において接合プロセスを説明す
る。ＩＣの電極は様々な形態があるが、ここで挙げてい
るガルウィングタイプもその代表例である。その電極の
隣接ピッチはいずれの例でも細かく、したがって、印刷
されたソルダーペーストも高さの差が隣接ピッチに比較
して大きい。

【００３１】このような場合、加熱片を用いて熱伝導で
加熱することを考えると、単一の加熱片で加熱すると加
熱片先端とはんだとの接触状態に差が出てくる。特に、
はんだの定量化を図るため、はんだチップを用いた場合
は固体と固体の接触になるので、高さの差をどのように
吸収するかは課題となる。これは、基板全体を考えた場
合もＩＣ程の顕著さはないとはいえ、高さの差というも
のは考慮すべき問題で、その対策は伝熱上より好ましい
ものといえる。

【００３２】ここではその対策として加熱源１５と加熱
片１７をバネを介在させて繋ぐ構造とする。勿論、バネ
に限定するものでなく加熱片を均一な圧力ではんだに接
触させれば良い。ここでは更に熱伝導性を確保するよう
に加熱源１５と加熱片１７を側面接触を保つようにす
る。ただし、摺動性が必要なので、摺動面の一部は接触
性を得られぬこともあり、その場合は片寄せ構造にする
とか、熱伝導性の潤滑剤を用いることが常識的に考えら
れる。こうしたものを基板上に印刷されたソルダーペー
ストに接触させたところを示すのが、図１０である。印
刷されたソルダーペーストの夫々の高さに応じて、加熱
片が接触していることが示されている。このようにして
加熱し、はんだを溶融、凝固させ、接合を達成する。

【００３３】図１１は本発明における第３の実施形態を
示す図である。

【００３４】図１１において２２は熱風、２２’は熱風
送風路、２３は熱風が個々のはんだ接合部にむけて分岐
して流れて行くことを示す矢印、２４は熱風吸引路で、
２５ははんだ接合部に当たった熱風が吸引され戻って行
くのを示す矢印、２７は熱源のコイル、２８は送風源の
ファンである。このようにして、熱風を個々の加熱片２
６に当てることにより、その熱ははんだへと伝えられ
る。上記はんだの高さの問題も解決される。また、ここ
では接合部に当てられた熱風は吸引され戻されるので、
ロスが少なく、また、送風路、吸引路を夫々断熱壁にす
る、或いは吸引路、または送風路のどちらかを覆い外側
の壁を断熱壁にする等行うことで熱ロスが少なく、接合
部の温度制御が容易で、部品本体への熱的影響も少なく
なる。また、加熱片を取れば、直接の熱風により局所加
熱を行なうこともできる。このとき、冷却と熱風を遮断
すべきであるが、これは例えば送風路にシャッターを設
けるなどして実施が可能である。

【００３５】以上説明したように、上記の第１乃至第３
の実施形態によれば、局所熱伝導方式で加熱するため、
部品本体を過度に熱することなく接合部に熱を供給する
ことが可能である。このことにより部品の熱容量の大小
に関わらず、一定した接合部の温度設定が可能になる。
また、はんだの鉛フリー化により使用はんだによっては
融点が上昇し、部品の熱信頼性に影響を及ぼすことが考
えられるが、それに対しても、解決することが可能であ
る。即ち、局所加熱であることによって、温度上昇はほ
とんど接合部で起こり、部品本体への影響は少なくて済
むのである。

【００３６】また、はんだチップによりはんだ供給する
ことではんだ定量供給の高精度化を達成できる。このこ
とは先ず接合信頼性のばらつきを抑えることに有効であ
る。これは接合設計品質の向上につながる。また、プロ
セスの改善、即ち生産性の向上をも果たせることにな
る。その意味は先ず生産性の向上ということは、ばらつ
きが大きいならば、通常接合部をより強くして信頼性を
増す。強くするためにはそのひとつの方法として接合部
を大きくする。このことは、接合過程で隣接接合部同士
がつながってしまう可能性が出ることを意味する。この
二つの問題をどう調整するかに接合サイズを設定する問
題のひとつがある。このことに対して、はんだ量を定量
化できることは、より上記の調整が容易になるばかりで
なく、現在の調整工程をなくすことも可能となり、有意
義なのである。また、調整の容易性という消極的な意味
に留まらず、製品の均質性という意味で高品質化を達成
できる。どうして均質なのかというと、調整を行ったも
のは調整と言うファクターが入る。ここで、調整してな
いこととしたことの不均質性が生じ、また、調整と言う
ことの中で、そのばらつきがあり、ここでも不均質性が
生じるのである。

【００３７】次に加熱片を接合部から離し、冷却するこ
とにより急速冷却可能である。更に、このことは接合部
冷却による加熱片冷却を防ぐことができ、省エネルギー
効果があり、また、加熱片冷却での温度低下を再上昇さ
せるための時間ロスを防ぐことも可能となる。

【００３８】また、断熱系での熱風循環による高効率：
加熱片の接合部に対する接触性が優れている。

【００３９】従来ソルダーペーストに対して固定加熱ブ
ロック：熱源からの熱伝導性に優れている。はんだチッ
プに対し弾性変位可能な加熱片：加熱片の接合部に対す
る接触性に優れている。

【００４０】以上のように、はんだの加熱を熱伝導で行
うことで伝熱が現象として簡単で、効率もよいという効
果がある。

【００４１】また、弾性変位可能な加熱片を用いること
により、個々の接合部におけるはんだ高さの差を吸収出
来る効果がある。

【００４２】また、はんだチップを用いることによりは
んだ量の定量化の効果がある。

【００４３】また、加熱片を熱風で加熱することによ
り、個々の接合部におけるはんだ高さの差を吸収できる
効果がある。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
はんだ部分のみを局所的に加熱することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態の説明図である。

【図２】第１の実施形態の説明図である。

【図３】第１の実施形態の説明図である。

【図４】第１の実施形態の説明図である。

【図５】第１の実施形態の説明図である。

【図６】第１の実施形態の説明図である。

【図７】第２の実施形態の説明図である。

【図８】第２の実施形態の説明図である。

【図９】第２の実施形態の説明図である。

【図１０】第２の実施形態の説明図である。

【図１１】第３の実施形態の説明図である。

【図１２】従来例を示す図である。

【図１３】従来例を示す図である。

【図１４】従来例を示す図である。

【図１５】従来例を示す図である。

【符号の説明】

１基板２，３ランド４，５ソルダーペースト６電子部品７加熱片１０凝固後のはんだ１２ＩＣパッケージ本体１３リード１４ランド１５加熱源１６バネ１７加熱片１８加熱片先端１９ストッパー２０，２１ソルダーペースト２２熱風２４熱風吸引路２７熱源コイル２８送風ファン

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）Ｂ２３Ｋ 3/04 Ｂ２３Ｋ 3/04 Ｘ // Ｂ２３Ｋ 101:42 101:42

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プリント基板の配線パターン上に供給さ
れた複数のはんだをリフローさせて前記配線パターンに
電子部品をはんだ付けするためのリフローはんだ付け方
法において、前記複数のはんだに熱伝導により一括して熱を供給し、
前記はんだをリフローさせることを特徴とするリフロー
はんだ付け方法。
【請求項２】熱源に対して弾性変位可能且つ低抵抗に
接続された加熱片を前記はんだに接触させることにより
熱を供給することを特徴とする請求項１に記載のリフロ
ーはんだ付け方法。
【請求項３】前記はんだを、はんだチップの状態で前
記配線パターン上に供給することを特徴とする請求項１
に記載のリフローはんだ付け方法。
【請求項４】前記はんだを加熱するための加熱片を熱
風により加熱することを特徴とする請求項１に記載のリ
フローはんだ付け方法。
【請求項５】前記熱風を循環させて前記加熱片を加熱
することを特徴とする請求項４に記載のリフローはんだ
付け方法。
【請求項６】請求項１乃至５のいずれか１項に記載の
リフローはんだ付け方法により電子部品を実装したこと
を特徴とする実装基板。