JP2006210707A - 電子部品実装回路基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】部品選定を行う際に半田条件を考慮する必要がなく、有鉛部品と鉛フリー化した部品とを同一基板に実装できる電子部品実装回路基板の製造方法の提供。
【解決手段】電子部品を面実装するための金属パッド２が両面に形成された両面実装用の配線基板１の表面側１ａに、金属パッド２上に鉛を含有しない半田ペースト１１を塗付する第１半田ペースト塗布工程と、その金属パッド２上に、鉛を含有しない第１半田ボールを有する第１部品５を載置してリフローを行う第１半田溶融工程と、配線基板１の裏面側１ｂに、形成された金属パッド２を被覆するように共晶半田ペースト１２を塗付する第２半田ペースト塗布工程と、その金属パッド２上に、共晶半田で形成された第２半田ボールを有する第２部品７を載置し、第１部品５のリフロー温度よりも低い温度でリフローを行う第２半田溶融工程とを、この順序で実施する。
【選択図】図２

Description

本発明は、電子部品実装回路基板の製造方法に関する。

近年、環境保護の観点から半導体部品の鉛フリー化が進んでいる。遊技機などの制御基板に使用する部品においても鉛フリー対応部品に変わりつつある。基本的には鉛フリー化された部品を実装するためには、鉛フリー半田を使用する必要がある。鉛フリー半田による部品実装した基板の製造に関する提案がある（例えば特許文献１）。

特開２００２−１５８４３６号公報

ところで、例えば、基板との接続のために部品の底面に半田ボール（半田バンプ）を設置した、いわゆるＢＧＡ（Ball Grid Array：ボールグリッドアレイ）部品においては、鉛フリー化された部品と有鉛部品とのそれぞれに対応した半田を使用して実装する必要がある。部品形態としてリードを有する部品については、鉛フリー化された部品であっても有鉛の共晶半田を使用している。従って、部品の購入時に半田条件を指定して、同一の半田条件の部品を使って制御基板の製作を行う必要がある。しかしながら、従来まで有鉛のＢＧＡ部品を複数使用して制御基板を製作していたところ、一部のＢＧＡ部品が鉛フリー品となり、これにあわせて他のＢＧＡ部品も鉛フリー品に変更したくても同等の性能を有する鉛フリー品がなかった場合、一つの基板上に有鉛と鉛フリーのＢＧＡ部品を実装せざるを得ないことになる。

本発明は上記した背景をもとになされたもので、部品選定を行う際に半田条件を考慮する必要がなく、有鉛部品と鉛フリー化した部品とを同一基板に実装できる電子部品実装回路基板の製造方法を提供することを課題とする。

課題を解決するための手段及び発明の効果

上記課題を解決するために本発明の電子部品実装回路基板の製造方法は、電子部品を面実装するための端子パッドが両面に形成された両面実装用の配線基板の第一面側に、鉛を含有しない鉛フリー半田を用いて第１の電子部品を実装する工程と、
配線基板の第二面側に、鉛フリー半田よりも融点が低い有鉛半田を用いて第２の電子部品を実装する工程と、
をこの順序にて実施することを特徴とする。

上記の方法によれば、鉛を含有しない鉛フリー半田で実装される第１の電子部品が基板の第一面側に、また有鉛半田で実装される第２の電子部品が基板の第二面側に集合した形態で半田付けが行われる。そして、例えば融点の高い鉛を含有しない鉛フリー半田で第１の電子部品を半田付けした後、それより融点が低い有鉛半田で第２の電子部品を半田付けすることにより、第２部品の半田付けの際にその第一面側の第１の電子部品の半田接続部分が加熱により再溶解することもなく、良好に半田付けできる。このように鉛フリー半田を用いる第１の電子部品と有鉛半田を用いる第２の電子部品とを同一基板に実装することができ、部品選定の際に半田条件を考慮する必要がなくなり、コスト面、部品が入手し易いデリバリー面及び在庫面を重視して部品選定ができる。

上記課題を解決するために本発明の第二態様の電子部品実装回路基板の製造方法は、電子部品を面実装するための端子パッドが両面に形成された両面実装用の配線基板の第一面側に、端子パッドを被覆するように実質的に鉛を含有しない鉛フリー半田ペーストを塗付する半田ペースト塗布工程と、
半田ペーストが塗付された端子パッド上に、鉛を含有しない鉛フリー半田ボール付きの第１の電子部品を載置してリフローを行う第１半田溶融工程と、
配線基板の第二面側に、その第二面側に形成された端子パッドを被覆するように共晶半田ペーストを塗付する共晶半田ペースト塗布工程と、
共晶半田ペーストが塗付された第二面側の端子パッド上に、共晶半田ボール付きの第２の電子部品を載置して、第１の電子部品のリフローの際の加熱温度よりも低い温度でリフローを行う第２半田溶融工程と、
をこの順序にて実施することを特徴とする。

上記の方法によれば、融点の高い鉛を含有しない鉛フリー半田ボールを有する第１の電子部品（例えば鉛フリーＢＧＡ部品）と、融点の低い共晶半田ボールを有する第２の電子部品（例えば有鉛のＢＧＡ部品）とを１つの基板に実装する際に、先に鉛を含有しない鉛フリー半田ペーストを塗付された端子パッド上に第１の電子部品を載置しリフローを行った後、共晶半田ペーストが塗付された端子パッド上に第２の電子部品を載置して、第１の電子部品のリフローの際の加熱温度よりも低い温度でリフローを行うようにしており、その第一面側の第１の電子部品の半田接続部分が加熱により再溶解することもなく、良好に半田付けできる。有鉛のＢＧＡ部品と鉛フリーのＢＧＡ部品とを１つの基板に実装せざるを得ない場合にも問題なく行うことができる。なお、「実質的に」とは、不可避不純物としてＰｂが混入する場合を排除しないことを意味する。

ところで上記製造方法によって製造可能な電子部品実装回路基板は、次のように表すことができる。電子部品を面実装するための端子パッドが両面に形成された両面実装用の配線基板と、
前記配線基板の端子パッドと接続するための接続部として鉛を含有しない鉛フリー半田ボールを有する第１電子部品と、
前記配線基板の端子パッドと接続するための接続部として共晶半田ボールを有する第２電子部品と、を備え、
前記配線基板の第一面側の前記端子パッドを被覆するように鉛を含有しない鉛フリー半田ペーストが塗付され、その鉛フリー半田ペーストが塗付された端子パッド上に前記第１電子部品が載置されリフローされて、第１電子部品が前記配線基板の第一面側に実装され、
その配線基板の第二面側の前記端子パッドを被覆するように共晶半田ペーストが塗付され、その共晶半田ペーストが塗付された端子パッド上に前記第２電子部品が載置され、前記第１電子部品のリフローの際の加熱温度よりも低い温度でリフローされて、第２電子部品が前記配線基板の第二面側に実装されていることを特徴とする。

（実施例）
以下、本発明の実施の形態につき、図面に示す実施例を参照して説明する。図１は本発明の電子部品実装回路基板の製造方法に係り、部品実装前の基板の平面図である。遊技機の制御基板（例えば表示制御基板）において、部品実装前の配線基板１（基板１ともいう）の表面及び裏面に電子部品を面実装するための金属パッド２（端子パッド）が形成されている。基板１はガラス−エポキシ樹脂系の材料にて構成されている。金属パッド２は、Ｃｕメッキ層からなる。金属パッド２を残してソルダーレジスト層３にて基板１の表面は覆われている。金属パッド２は、格子状（ないし千鳥状）に配列されている。基板１の裏面も同様である。

図２は基板に部品を実装した状態の電子部品実装回路基板２０の要部拡大断面図である。基板１の一方の面（表面側１ａ：第一面側）に、鉛を含有しない半田接続層４を介して接続されるＢＧＡ（Ball Grid Array：ボールグリッドアレイ）部品である第１部品５（第１の電子部品）が複数半田付けされている。すなわち鉛フリーのＢＧＡ部品が集合して基板１の表面側１ａに半田付けされている。

そして、基板１の他方の面（裏面側１ｂ：第二面側）に、鉛を含有する半田接続層６を介して接続されるＢＧＡ部品である第２部品７（第２の電子部品）が複数半田付けされている。すなわち有鉛のＢＧＡ部品が集合して基板１の裏面側１ｂに半田付けされている。

図３及び図４は、電子部品実装回路基板の製造方法を示す説明図である。Ｓ１（第１半田ペースト塗布工程）において、基板１の表面１ａ側の金属パッド２を被覆するようにスクリーン印刷と称される印刷方法で、第１部品５用の鉛を含有しない半田ペースト１１（鉛フリー半田ペースト）を塗付する。半田ペースト１１として、例えばＳｎ系高温半田を材料としてペースト状にした半田ペーストを採用できる。金属パッド２上の周囲はソルダーレジスト層３で覆われており、半田ペースト１１の流出を防いでいる。

なお、金属パッド２の表面には、溶融された半田が均等かつ均一に広がるように半田ぬれ性を向上させるコーティング材料（フラックス）を予め塗布することができる。ロジンをベースとして活性剤を含むものが採用できる。また、金属パッド２には、半田との密着性を向上させるためにメッキ層（例えばＳｎメッキ）が形成されていてもよい。

続いてＳ２において、基板１の表面側１ａの半田ペースト１１上の所定位置に、第１部品５を載置する。第１部品５には、半田接続部として溶融前に半球状（または球状）をなし鉛を含有しない第１半田ボール１４（鉛フリー半田ボール）が底面に結合されている。第１半田ボール１４として、例えばＳｎ−Ａｇ、Ｓｎ−Ａｇ−ＣｕなどのＳｎ系の高温半田を採用できる。

単体のＳｎ金属は、Ｓｎ−Ｐｂ共晶半田から単純にＰｂを削除したものに相当するが、融点が２３２℃と、Ｓｎ−Ｐｂ共晶半田の融点１８３℃よりも高い。この場合、採用可能なＳｎ系高温半田については、Ｓｎを主成分（共晶半田のＳｎ含有率である６２質量％に相当した６２質量％以上の含有率）として、共晶形成部分の主体をＰｂ以外の元素から選択する。Ｓｎ−Ｐｂ共晶半田からＰｂ含有率を大幅に下げたＳｎ合金により半田部材を構成しようとした場合、半田の融点は２００℃を超える高温半田となることが不可避となる（上限は、Ｓｎ単体の２３２℃である）。

そして、Ｓ３（第１半田溶融工程）において、加熱装置を有するリフロー炉の中にコンベアを利用して通過させる。加熱装置によりリフロー炉内は、半田ペースト１１及び第１半田ボール１４の半田材料に対応した所定温度、例えば２５０℃まで加熱される。リフロー炉内での加熱により、半田ペースト１１と第１半田ボール１４とを溶融させる。その後硬化させ、金属パッド２上に半田接続層４が形成され（半田ペースト１１と第１半田ボール１４とが溶融されて形成され）、第１部品５が基板１の表面１ａ側に接続（半田付け）される（片面完成：Ｓ４）。

次に、基板１の表裏を反転させる（Ｓ５）。図３に続く製造方法を示す図である図４に示すように、Ｓ６（第２半田ペースト塗布工程）において、基板１の裏面１ｂ側の金属パッド２を被覆するようにスクリーン印刷で、第２部品７用の共晶半田ペースト１２を塗付する。金属パッド２上の周囲のソルダーレジスト層３により、共晶半田ペースト１２の流出が防止される。

なお、前述同様に、金属パッド２の表面には、半田ぬれ性を向上させるコーティング材料（フラックス）を予め塗布するようにしてもよい。また、金属パッド２には、半田との密着性を向上させるためにメッキ層（例えばＳｎメッキ）を形成することができる。

そして、基板１の裏面側１ｂの共晶半田ペースト１２上の所定位置に、第２部品７を載置する。第２部品７には、半田接続部として溶融前に半球状（または球状）をなし共晶半田で形成された第２半田ボール１６（共晶半田ボール）が底面に結合されている。

その後、Ｓ８（第２半田溶融工程）において、リフロー炉の中を通過させる。加熱装置によりリフロー炉内は、共晶半田ペースト１２及び第２半田ボール１６の半田材料に対応した所定温度、例えば約２２０℃まで加熱される。リフロー炉内での加熱により、共晶半田ペースト１２と第２半田ボール１６とを溶融させる。その後硬化させ、金属パッド２上に半田接続層６が形成され（共晶半田ペースト１２と第２半田ボール１６とが溶融されて形成され）、第２部品７が基板１の裏面側１ｂに接続（半田付け）される。

このようにして基板１の一方の面に第１部品５が半田付けされるとともに、他方の面に第２部品７が半田付けされ、基板１に鉛フリーＢＧＡ部品と有鉛ＢＧＡ部品とが実装された状態の回路基板２０が完成する（Ｓ９）。

なお、両面に半田付けが行われた後、防錆など環境から基板を保護するために、第１部品５及び第２部品７と基板１との隙間を埋めるように被覆樹脂材料（例えばアクリル、ウレタン、エポキシ樹脂など）を充填することができる。

このように、融点の高い鉛を含有しない第１半田ボール１４を有する、いわゆる鉛フリーＢＧＡ部品である第１部品５と、融点の低い鉛を含有する第２半田ボール１６を有する有鉛ＢＧＡ部品である第２部品７とを１つの基板１に半田付けする際に、先に鉛を含有しない鉛フリー半田ペースト１１を塗付された金属パッド２上に第１部品５を載置してリフローを行った後、共晶半田ペースト１２が塗付された金属パッド２上に第２部品７を載置して、第１部品５のリフローの際の加熱温度よりも低い温度でリフローを行うようにしており、その表面側１ａの第１部品５に形成された半田接続層４（第１半田ボール１４と半田ペースト１１で形成された接続層）が加熱により再溶解することもなく、良好に半田付けできる。このように鉛フリー化した部品と有鉛部品とを同一基板に実装することができ、部品選定の際に半田条件を考慮する必要がなくなり、コスト面、部品が入手し易いデリバリー面及び在庫面を重視して部品選定ができる。

なお、実装される部品は、ＢＧＡ部品に限定されるものではない。ＢＧＡ部品でない場合、第１部品において、鉛を含有しない半田ペーストを用い、また第２部品において、共晶半田ペーストを用いることができる。そして、その鉛を含有しない半田ペーストでリフローを行って第１部品を基板に半田付けした後、共晶半田ペーストで、そのリフローの際の加熱温度より低い温度でリフローを行って第２部品を基板に半田付けするようにできる。

本発明の電子部品実装回路基板の製造方法に係る部品実装前の基板を示す平面図。 基板に部品を実装した状態を示す電子部品実装回路基板の要部拡大断面図。 電子部品実装回路基板の製造方法を示す説明図。 図３に続く電子部品実装回路基板の製造方法を示す説明図。

符号の説明

１ 配線基板
１ａ 表面側（第一面側）
１ｂ 裏面側（第二面側）
２ 金属パッド（端子パッド）
５ 第１部品（第１の電子部品）
７ 第２部品（第２の電子部品）
１１ 半田ペースト（鉛フリー半田ペースト）
１２ 共晶半田ペースト
１４ 第１半田ボール（鉛フリー半田ボール）
１６ 第２半田ボール（共晶半田ボール）
２０ 回路基板

Claims (2)

1. 電子部品を面実装するための端子パッドが両面に形成された両面実装用の配線基板の第一面側に、鉛を含有しない鉛フリー半田を用いて第１の電子部品を実装する工程と、
   前記配線基板の第二面側に、前記鉛フリー半田よりも融点が低い有鉛半田を用いて第２の電子部品を実装する工程と、
   をこの順序にて実施することを特徴とする電子部品実装回路基板の製造方法。
2. 電子部品を面実装するための端子パッドが両面に形成された両面実装用の配線基板の第一面側に、前記端子パッドを被覆するように実質的に鉛を含有しない鉛フリー半田ペーストを塗付する半田ペースト塗布工程と、
   前記半田ペーストが塗付された前記端子パッド上に、鉛を含有しない鉛フリー半田ボール付きの第１の電子部品を載置してリフローを行う第１半田溶融工程と、
   前記配線基板の第二面側に、その第二面側に形成された端子パッドを被覆するように共晶半田ペーストを塗付する共晶半田ペースト塗布工程と、
   前記共晶半田ペーストが塗付された前記第二面側の端子パッド上に、共晶半田ボール付きの第２の電子部品を載置して、前記第１の電子部品のリフローの際の加熱温度よりも低い温度でリフローを行う第２半田溶融工程と、
   をこの順序にて実施することを特徴とする電子部品実装回路基板の製造方法。

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