JP2005310893A - はんだ吸引冶具およびはんだ除去方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＢＧＡ／ＣＳＰパッケージのリペア作業において、回路基板上の残留はんだ除去する際に、熱的に回路基板を損傷させるという不具合を低減させる。
【解決手段】はんだ吸引穴３を有するはんだ吸引部１が設けられたはんだ吸引冶具を加熱した状態で回路基板に接触させ、回路基板上の残留はんだを溶融させながら毛細管現象によって吸引する。このとき、はんだ吸引冶具は十分に加熱されているため、はんだは短時間で吸引されるため、基板への熱的損傷を低減できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、回路基板上に残留した不要なはんだ合金の除去に用いるはんだ吸引冶具形状およびはんだ除去方法に関するものである。

回路基板は、回路電極が形成された基板上に電子部品をはんだ付けすることにより、様々な機能を有する。この場合、はんだ粉末とフラックスを混練したソルダペーストを回路基板上に印刷し、そのソルダペーストが印刷された回路基板上に電子部品を搭載し、リフロー炉で加熱することによりはんだ付けは行われる（例えば、特許文献１参照）。

はんだ付け後、回路基板の電気特性に異常が認められた場合には、その原因となっている電子部品の付け替えを行う。この場合の作業手順の一例を以下に示す。

図７は回路基板から電子部品を取り外す工程を示す説明図であり、まず回路基板全体１６をはんだの融点以下に加熱しておき、電子部品１５のみに熱風を吹き付けて電子部品１５を回路基板１６に接合させているはんだを融点以上に加熱して取り外す。このとき、はんだの一部は電子部品の電極に残留し、一部は残留はんだ１７として回路基板１６の電極に残留する。次に、回路基板の電極に残留したはんだを除去し、回路基板表面を平坦化する。

このはんだの除去には様々な方法があるが、例えば金属繊維を織り込んだ材料を回路基板上のはんだに接触させ、上方からはんだこてなどで加熱することではんだを溶融させながら吸い取る方法がある。あるいは回路基板をはんだの融点以上に加熱し、回路基板上のはんだをノズルなどで吸引する方法もある。

はんだ除去作業後、フラックスを回路基板に塗布し、その上に電子部品を搭載し、回路基板および電子部品を加熱することではんだ付けを終了する。
特開平０２−０５０４４７号公報

回路基板上のはんだを除去する作業においては、以下の問題があった。

まず、金属繊維を用いる方法では、金属繊維が回路基板と接触するため、回路基板表面に形成されているソルダレジストを損傷する場合があり、電子部品を再度実装するときにショート不良が発生する場合があった。

次に、はんだを吸引する方法では、はんだの溶融状態を維持するために、回路基板をはんだの融点以上に加熱する必要がある。除去するはんだ量が少ない場合には比較的短時間で作業が終了するが、多くのはんだを除去する場合には、長時間にわたって回路基板を高温状態に保つ必要があるため、回路基板に熱的な悪影響を及ぼす場合があった。

またこれらの問題点を補うべく、部品を取り外した後、回路基板をはんだの融点以下に加熱しながら回路基板上にはんだぬれ性の良好な金属板を載置し、この回路基板をツールで加熱することで、金属板にはんだを転写することによりはんだを除去する方法が提案されている。この方法は比較的短時間で、一括してはんだの除去が可能であるため、加熱時の回路基板の熱損傷は低減できるが、金属板が回路基板と直接接触するために、ソルダレジストの破損が認められる場合があった。

本発明は、このような問題点を解決し、リペア時に回路基板表面のレジストを破損させることなく、また加熱による回路基板への悪影響を低減したはんだ除去作業を実現可能とするはんだ吸引冶具およびはんだ除去方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明は、回路基板上に複数の電子部品がはんだ付けにより取り付けられたモジュールから、特定の電子部品のみを加熱して取り除いた後、回路基板上に残留するはんだを取り除くための冶具であって、複数個のはんだ吸引穴を有する吸引部を備え、この吸引部におけるはんだに接する側に、はんだと接合しない耐熱樹脂膜を形成し、前記はんだ吸引穴から毛細管現象によりはんだを吸引することを特徴とする。

また本発明は、回路基板上に複数の電子部品がはんだ付けにより取り付けられたモジュールから、特定の電子部品のみを加熱して取り除いた後、請求項１記載のはんだ吸引冶具によって回路基板上に残留するはんだを取り除く工法において、前記吸引冶具をはんだの融点以上に加熱し、はんだと接触させることによりはんだを吸引することを特徴とする。

このように構成することにより、はんだ吸引冶具のみを加熱した状態で、残留しているはんだを短時間で一括して除去する方法であるため、加熱によって回路基板を劣化させる可能性が低い。

また、回路基板と接触する箇所に有機材料を用いているため、回路基板を機械的に損傷することがなく、はんだと反応しないため、はんだ除去後の、回路基板からのはんだ吸引冶具の取り外しが容易に行える。

本発明によれば、リペア時に回路基板表面のレジストを破損させることなく、加熱による回路基板への悪影響を低減したはんだ除去作業が可能となる。

また本発明によれば、回路基板上にはんだ付けされた電子部品を取り外したときに、回路基板上に残留するはんだを取り除くための冶具であり、はんだを吸引する穴を設けた金属を加熱し、その金属を接触させてはんだを溶融させながら除去することが可能である。

図１は本発明の実施形態におけるはんだ吸引冶具の構成を示す説明図であり、はんだ吸引冶具ははんだ吸引部１とはんだ押し出し部２から構成されている。はんだ吸引冶具は、各半導体部品のサイズおよび電極配置毎に作製する必要がある。

図２は図１のはんだ吸引部の詳細図である。はんだ吸引部１は、はんだとのぬれ性が良い金属、好ましくはＣｕなどで作製する。形状は直方体で、底面は対応する半導体部品と同サイズであり、対応する半導体部品の電極位置と同じ位置にはんだ吸引穴３を有する。はんだを速やかに吸引するために、はんだ吸引穴３の径はΦ１００μｍ程度が望ましい。底面の表層は高耐熱性樹脂材料であるポリイミド層４が形成されている。

はんだ吸引部１ははんだを短時間で溶融させるために大きな熱容量部を有するほうが良いが、吸引したはんだを押し出すためには、底部の厚みは薄いほうが良い。そのため、底部の厚みは５ｍｍ程度が望ましい。

図３ははんだ押し出し部の詳細図である。はんだ押し出し部２におけるはんだ吸引穴３に対応する箇所に押し出しピン５が設けられている。押し出しピン５は、線膨張係数が小さい材料が望ましい。本実施形態ではタングステンを用いている。押し出しピン５は、内径Φ９０μｍ、長さ５ｍｍの場合が、はんだ吸引穴３のはんだの残留が少ない。

はんだ除去作業の一例として、組成がＳｎ-3.0Ａｇ-0.5Ｃｕのはんだボールを用いて接合されたＢＧＡパッケージをリペアする方法を説明する。なお、はんだの組成はＳｎ-Ａｇ-Ｃｕ系に限るものではなく、Ｓｎ-Ｐｂ系、Ｓｎ-Ｚｎ系、Ｓｎ-Ａｇ-Ｂｉ-Ｉｎ系などにも適用可能である。また、電子部品もＢＧＡに限らず、ＣＳＰ、ＱＦＰなどにも適用可能である。

図４は図１のはんだ吸引冶具を利用してはんだ除去作業を行う装置を示す説明図である。装置は、大きく加熱ヘッド部６、作業台７および支持軸８からなる。図５は加熱ヘッド部の詳細図を示している。加熱ヘッド部６は内部に電熱線９が設けられており、内側に温度測定用の熱電対１０が取り付けられている。加熱ヘッド部は支持軸８に取り付けられており、上下動が可能である。図６は作業台７の斜視図を示している。作業台７は移動ステージ１１上に取り付けられており、マイクロメーター１２を調節することで、移動可能である。作業台７上には１０ｍｍ間隔に格子状に穴部１３が空けられており、穴部１３には支持ピン１４の取り付けが可能である。

以下にはんだ除去作業の手順を示す。まず、加熱ヘッド部６にはんだ吸引冶具を、底面が作業台７に対し水平になるようにねじ止めする。取り付け後は作業台７上に感圧紙を載置し、その上にはんだ吸引冶具を接触させて、平行度を確認する。

次に作業台７の穴部に支持ピン１４を取り付け、支持ピン１４上に回路基板を搭載する。はんだ除去装置本体を回路基板に近接させ、作業台７に取り付けられたマイクロメーター１２を調整することによりはんだ吸引冶具の吸引穴３と回路基板のはんだ残留部分との位置合わせを行う。位置合わせ終了後、回路基板との距離が１０ｃｍ以上になるようにはんだ吸引冶具を上昇させる。

次にはんだ吸引冶具を加熱する。この時、はんだを短時間で除去し回路基板に熱損傷を与えないようにするためには、はんだ吸引冶具の温度は低いほうが望ましい。具体的には、はんだ吸引冶具および回路基板の熱容量を考慮したうえで、融点よりも１０〜２０℃程度高い温度に設定することが望ましい。

図８は回路基板からはんだを除去する方法を示している。図８(a)に示すように、回路基板１６上にはんだが残留した箇所に、図８(b)に示すように加熱したはんだ吸引冶具を下降し、回路基板１６と接触させると、図８(c)に示すように、溶融した残留はんだ１７が、毛細管現象により短時間ではんだ吸引部１に吸引される。はんだ吸引冶具が回路基板との接触する面は、ポリイミド層４であるため、回路基板１６上のソルダレジストを破損させない。はんだ量やはんだ吸引冶具のサイズにより、はんだを溶融させるまでに必要な時間は異なるため、はんだが溶融した後、２〜３秒経過した後にはんだ吸引冶具を上昇させ、作業台７から回路基板１６を外す。

図９ははんだ吸引穴に残留したはんだを押し出す方法を示している。図９（a）に示すようにフラックスが塗布された金属Ｃｕ板１８を、作業台７に載置する。図９（b）に示すようにはんだの融点以上に加熱したはんだ吸引冶具を、金属Ｃｕ板１８との距離が約２００μｍのところまで下降させ、はんだ押し出し冶具を下降させると、はんだ吸引穴３から金属Ｃｕ板１８上にはんだが押し出される。最後に図９（ｃ）に示すようにはんだ吸引冶具を上昇させ、さらにはんだ押し出し冶具を上昇させることで作業は終了する。

以上により、回路基板上に残留したはんだを、回路基板に熱的な損傷を与えず、また機械的なダメージを加えることなくはんだを除去することが可能である。また、はんだ吸引冶具は、繰り返して使用が可能であるため、低コストではんだ除去作業を実施することができる。

本発明は、回路基板の作製において、不良部品のリペアを行うにあたり有効である。

本発明の一実施例を示すはんだ吸引冶具 図１のはんだ吸引部 図１のはんだ押し出し部 本発明のはんだ除去を実施するために用いる装置の一構成図 図４の一部である加熱装置 図４の一部である作業台 基板にはんだ付けされた電子部品を取り外す方法の説明図 はんだを吸引する方法の説明図 吸引したはんだを押し出す方法の説明図

符号の説明

１ はんだ吸引部
２ はんだ押し出し部
３ はんだ吸引穴
４ ポリイミド層
５ 押し出しピン
６ 加熱ヘッド部
７ 作業台
８ 支持軸
９ 電熱線
１０ 熱電対
１１ 移動ステージ
１２ マイクロメーター
１３ 穴部
１４ 支持ピン
１５ 電子部品
１６ 回路基板
１７ 残留はんだ
１８ 金属Ｃｕ板

Claims (2)

1. 回路基板上に複数の電子部品がはんだ付けにより取り付けられたモジュールから、特定の電子部品のみを加熱して取り除いた後、回路基板上に残留するはんだを取り除くための冶具であって、複数個のはんだ吸引穴を有する吸引部を備え、この吸引部におけるはんだに接する側に、はんだと接合しない耐熱樹脂膜を形成し、前記はんだ吸引穴から毛細管現象によりはんだを吸引することを特徴とするはんだ吸引冶具。
2. 回路基板上に複数の電子部品がはんだ付けにより取り付けられたモジュールから、特定の電子部品のみを加熱して取り除いた後、請求項１記載のはんだ吸引冶具によって回路基板上に残留するはんだを取り除く工法において、前記吸引冶具をはんだの融点以上に加熱し、はんだと接触させることによりはんだを吸引することを特徴とするはんだ除去方法。

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