JPH11285814A

JPH11285814A - はんだ除去材および基板上の電子部品の交換方法

Info

Publication number: JPH11285814A
Application number: JP9003598A
Authority: JP
Inventors: Tomoko Yoda; 智子依田; Masahide Harada; 正英原田; Toru Nishikawa; 徹西川; Kaoru Katayama; 薫片山; Takeshi Miitsu; 健三井津; Eiichi Kiryu; 栄一桐生; Takeshi Takahashi; 高橋　　毅; Mitsugi Shirai; 貢白井
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1998-04-02
Filing date: 1998-04-02
Publication date: 1999-10-19

Abstract

(57)【要約】【課題】広い面積のはんだを一度に除去でき、しかも、
はんだ除去率が高い除去材を提供する。【解決手段】本発明では、金属板１ｂと、金属板１ｂ上
に固定された金属発泡体１ａとを有するはんだ除去材を
提供する。このはんだ除去材を、基板３上の余剰はんだ
２上に、金属発泡体１ａが余剰はんだ２に接するように
載置する。そして、金属板１ｂを押圧することにより金
属発泡体１ａを余剰はんだ２に押しつけながら、余剰は
んだ２および金属発泡体１ａを加熱する。これにより、
余剰はんだ２を金属発泡体１ａに吸収させ、余剰はんだ
２を除去することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基板上の電子部品
を交換する際の余剰はんだの除去に用いられるはんだ除
去材料に関する。

【０００２】

【従来の技術】プリント基板等にはんだ付けにより搭載
された電子部品を交換するために電子部品を取り除き再
び搭載する工程では、交換する場所に残った余剰はんだ
を除去する工程が必要となる。従来、このはんだ除去に
は、はんだを真空吸引する方法やソルダーウイックと呼
ばれるはんだ吸い取り用の編み込み線が用いられてい
た。

【０００３】真空吸引は、微量のはんだ吸引には適する
が、大量のはんだ吸引には不適である。また、はんだの
飛散や吸引工程の自動化には不適という問題もある。一
方、ソルダーウイックは、主に細いCuワイヤーを編み込
んで、フラックスをしみこませたものである。ソルダー
ウィックは、フラックスによりはんだとＣｕワイヤーの
ぬれ性を確保し、編み目の毛細管現状を利用して溶融は
んだを吸い上げ、はんだを除去する（以下、これをレベ
リングと呼ぶ）。しかし、ソルダーウィックは、導線を
編み込んで形成するため、シート状、筒状に形成するこ
とは難しく、通常は数ミリ幅の帯状に形成されている。
そのため、多数の微細電極接続用はんだバンプを除去す
る場合のように、余剰はんだが面として存在し、ソルダ
ーウィックの幅よりも広い場合には、数回に分けてレベ
リングを行うことになり、作業効率が悪いという問題が
ある。また、ソルダーウィックは、編み込み線であるた
め、はんだの吸い上げ効率があまり高くないという問題
もある。さらに、ソルダーウィックは、一般的な使用方
法として、使用済み部分を切断しながら用いるため、ワ
イヤーの切断くずがレベリング面に残り、接続に悪影響
を与えるという問題もある。

【０００４】近年、ソルダーウィックに代わる広範囲の
はんだを除去できるはんだ除去材料が提案されつつあ
る。例えば、特開平６−７７６４１号公報には、発泡樹
脂に銅の酸化物微粉を付着させた後、還元雰囲気中で発
泡樹脂を熱分解することにより、孔径が数十〜５００μ
ｍ程度の銅の多孔体を得て、この銅の多孔体に溶融はん
だを吸収させることが開示されている。また、特開平６
−８５４５３号公報には、銅等の金属の粉体を焼結する
ことにより、メッシュの粗い金属焼結材を形成し、この
金属焼結材を溶融はんだ上に載置し、必要があれば加圧
し、溶融したはんだを金属焼結材により吸収させること
が開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】発明者らは、実際に、
特開平６−７７６４１号公報に記載されているものと同
様のシート状の銅製多孔体（面積20×20mm）を用意し、
これを基板上の溶融はんだ（面積20×20mm程度）上に載
置し、はんだを吸収させるレベリング実験を行い、はん
だ除去の性能を調べた。その結果、はんだを均一に除去
することが難しく、また、はんだ除去率（除去したはん
だ重量を除去前のはんだ重量で割った値）も、数％と低
かった。

【０００６】本発明は、かかる点の解決し、広い面積の
はんだを一度に除去でき、しかも、はんだ除去率が高い
除去材を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明によれば、金属板と、前記金属板上に固定さ
れた金属発泡体とを有するはんだ除去材が提供される。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の一実施の形態について説
明する。

【０００９】発明者らは、特開平６−７７６４１号公報
に記載されているような、銅製の多孔体がはんだをうま
く除去できない原因について検討を行った。その結果、
銅製の多孔体を、溶融はんだ上に載置しても、基板の表
面と銅製多孔体の表面との間に隙間が生じ、このために
はんだがうまく除去できないことがわかった。この隙間
は、銅製多孔体の表面のうねりに起因していることもわ
かった。しかし、銅製多孔体の表面のうねりは、銅製多
孔体の製造工程において、酸化銅等金属粉を被着したポ
リウレタンフォーム等の樹脂を焼成する際に、面積比で
約５０％にも縮むことによって生じるものであることが
明らかになった。そのため、銅製多孔体の表面にうねり
をなくすことは非常に難しいこともわかった。

【００１０】銅製多孔体の表面のうねりによる銅製多孔
体と基板との隙間をなくすためには、銅製多孔体に力を
加え、基板に押しつけることが考えられる。しかし、銅
自体が非常に柔らかく、しかも、空隙率が９０％を上回
る多孔体になっているため、力を加えても、力を加えた
部分のみがつぶれて力を吸収してしまい、均一な圧力を
多孔体全体に伝えることが難しい。また、いったんつぶ
れた部分は、元には戻らないため、部分的につぶれてし
まうと、はんだを均一に除去することは一層難しくな
る。

【００１１】そこで、本実施の形態では、発泡銅材を銅
板上に一体に被着したものをはんだ除去材として用い
る。

【００１２】第１の実施の形態のはんだ除去材は、図１
に示すように、21×21mmサイズの金属板（銅板）１ｂの
一方の面に、銅発泡体１ａを一体被着したものである。

【００１３】このはんだ除去材の製造方法を説明する。
まず、孔径が約３０〜５００μｍ（本実施の形態では50
μmのものを用いている）のポリウレタンフォームを接
着剤中に浸漬し、接着剤を含浸させた後、引き上げて乾
燥させる。これを、酸化銅粉中に挿入し、揺動させた
後、水中に浸漬しさらに揺動させることにより、ウレタ
ンフォームの骨格に均一に酸化銅粉を被着させる。酸化
銅粉の粒径は、ポリウレタンフォームの孔径よりも小さ
いものを用いる。このようにして、酸化銅粉が一様に被
着されたポリウレタンフォームを約５００度で大気中で
焼成し、ポリウレタンフォームを焼失させた後、さらに
還元雰囲気（水素ガス雰囲気）で約９００℃で焼結す
る。これにより、３mm厚さの銅発泡体シートが得られ
る。

【００１４】この銅発泡体のシートを、21×21mm角に切
り出すことにより、銅発泡体１ａを得て、これを同じサ
イズの銅板１ｂ上に重ね、再度還元雰囲気で焼結する。
このときの焼結温度は、本実施の形態では約９５０度と
している。この焼結により、銅発泡体１ａおよび銅板１
ｂの表面の酸化膜が還元されるとともに、銅発泡体１ａ
と銅板１ｂとが接触する部分において、銅原子が固相状
態で互いに拡散し、銅発泡体１ａと銅板１ｂとが拡散溶
接される。これにより、銅発泡体１ａ銅板１ｂに銅発泡
体１ａが被着される。

【００１５】さらに、銅発泡体１ａに、フラックスをし
みこませ、本実施の形態のはんだ除去材１を完成させ
る。フラックスは、除去すべきはんだの融点が、フラッ
クスの活性温度範囲内に入っているものを選択する。

【００１６】つぎに、本実施の形態のはんだ除去材１を
もちいて、基板上の電子部品を交換する工程について説
明する。交換すべき電子部品は、共晶はんだ（Sn-37Pb
はんだ；Pbが37重量パーセント残りがSn、融点１８３
℃）によって基板上に固定されている。

【００１７】まず、交換したい電子部品のはんだ接続部
分を加熱し、はんだを溶融させ、電子部品を取りはず
す。基板３上に残ったはんだ２（図２）は、本実施の形
態では、19×19mm角の大きさである。

【００１８】この基板３を約１６０℃に設定した加熱装
置上に置き、基板３およびはんだ２を予備加熱する。つ
ぎに、図１のはんだ除去材の銅板１ｂの裏面を、真空吸
着構造５を備えた熱圧着装置４に真空吸着して固定す
る。そして、熱圧着装置４を加熱し、はんだ除去材を加
熱し、この状態で熱圧着装置４を操作して、はんだ除去
材を０．３kg／cm²の加重で２０秒基板３上に押しつけ
る。これにより、はんだ２は、はんだ除去材を介して熱
圧着装置４により加熱され、溶融すると同時に、はんだ
除去材の銅発泡体１ａに吸収される。なお、熱圧着装置
４の温度は、はんだ除去材を基板３に押しつけている状
態で、はんだ２および基板３の温度が２４０℃になるよ
うに設定する。

【００１９】この方法により、８０％〜９２％という高
いはんだ除去率で、一様にはんだ２を除去することがで
きた。なお、はんだ除去率は、ここでは、除去したはん
だ重量を除去前のはんだ重量で割った値である。

【００２０】最後に、基板３のはんだを除去した部分の
フラックス残渣を洗い流した後、新たな電子部品をはん
だ付けすることにより、電子部品の交換が完了する。

【００２１】また、交換すべき電子部品が、はんだバン
プによって取り付けられており、除去すべきはんだが、
図３のようにはんだバンプの形状である場合について
も、図１のはんだ除去材を用いて同様にレベリングを行
った。その結果、上述の場合と、ほぼ同様の除去率が得
られた。

【００２２】このように本実施の形態のはんだ除去材で
は、銅発泡体１ａが銅板１ｂに固定されているため、銅
板１ｂを押圧することにより、銅発泡体１ａの全体に分
散して力を伝えることができ、銅発泡体１ａの表面にう
ねりがあっても、銅発泡体１ａを基板３との間に隙間を
空けることなく押しつけることができる。したがって、
基板３と銅発泡体１ａとの間にはんだを残すことなく、
銅発泡体１ａ中の空隙にはんだを吸い上げることができ
るため、高い除去率ではんだを除去できる。また、銅発
泡体１ａが、局部的につぶれることもないため、主平面
方向について銅発泡体１ａの吸収率が一様に保つことが
でき、一様にはんだを除去することができる。

【００２３】よって、本実施の形態のはんだ除去材は、
銅発泡体１ａが銅板１ｂに被着されているという簡単な
構成であるが、従来のように銅発泡体（銅多孔体）をそ
のまま用いる場合と比較し、はんだ除去率を数％から８
０％〜９２％に飛躍的に向上させることができるという
大きな効果が得られる。

【００２４】また、本実施の形態のはんだ除去材は、銅
板１ｂを図２のように真空吸着によりチャッキングして
搬送することができるため、電子部品の交換を自動機で
行う工程のはんだ除去に用いることができる。また、銅
板１ｂがあるためはんだ除去材の銅発泡体１ａが吸収し
たはんだを、真空吸着装置が吸収してしまう恐れもな
い。これに対し、従来のように、銅多孔体をそのまま用
いる場合には、銅製多孔体は空隙率が高いため、空隙か
らリークが生じ、真空吸着ツールでチャッキングするに
はかなりの吸引力を必要とする。また、従来のように銅
多孔体をそのまま用いる場合、はんだを吸収させた後の
銅製多孔体をチャッキングすると、はんだが真空装置に
吸い込まれ、真空装置に悪影響を与える恐れもあり、自
動化には適していない。

【００２５】なお、本実施の形態のはんだ除去材の銅発
泡体１ａの厚さは、除去したいはんだの量や、はんだを
溶融させる加熱装置の熱容量に合わせて調節することが
できる。銅発泡体１ａを厚くしたいときは、ポリウレタ
ンフォームとして厚いものを用いることにより、所望の
厚さ銅発泡体シートを作製するか、もしくは、薄い銅発
泡体シートを２枚以上重ねてプレスすることにより、所
望の厚さの銅発泡体シートを得ることができる。これら
は、上述の製造方法と同じように、使用するサイズに切
り出したものを銅発泡体１ａとして、銅板１ｂ上に焼結
すればよい。

【００２６】また、上述の第１の実施の形態のはんだ除
去材は、いったん銅発泡体シートを作製し、これを切り
出して銅板に搭載して再度焼結することにより、銅板上
に固定するという製造工程をとっているが、別の製造方
法を用いることもできる。例えば、ポリウレタンフォー
ムを所望の大きさに切り出してから、上述と同じ手法で
酸化銅粉を一様に被着する。一方、銅板表面にも、酸化
銅粉を一様に付着させておく。そして、酸化銅粉の被着
したポリウレタンフォームを、酸化銅粉の被着した銅板
上に搭載し、還元雰囲気中で焼結すると、ポリウレタン
フォームが焼失し、銅発泡体を形成するのと同じ工程
で、銅発泡体を銅板上に固定することができる。これに
より、図１のはんだ除去材を製造することができる。

【００２７】つぎに、本発明の第２の実施の形態につい
て説明する。

【００２８】上述の第１の実施の形態では、はんだのぬ
れ性を向上させ、除去効率を上げるためにフラックスを
用いたが、フラックスを用いると、電子回路の電気的信
頼性を確保するため、基板上のフラックス残渣を洗浄す
る必要がある。従来は、塩素系もしくはフッ素系有機溶
剤を主成分とする洗浄剤によって、フラックスを洗浄し
ていたが、環境問題からこれらの洗浄剤の使用は現在規
制されており、中には使用禁止の洗浄剤もある。しか
も、洗浄力の弱い有機溶剤ではフラックス残渣を完全に
除去することは難しく、洗浄残りが発生する問題があ
る。そこで、第２の実施の形態では、フラックスを用い
ないはんだ除去材を提供する。

【００２９】第２の実施の形態では、フラックスをしみ
こませる前の工程まで、第１の実施の形態と同様に製造
工程を行い、フラックスをしみこませる工程の代わり
に、銅発泡体１ａの表面に金属被膜を形成する工程を行
う。ここでは、Ｎｉ膜（厚さ２μm）およびＡｕ膜（厚
さ０．２μm）をこの順にそれぞれめっきにより成膜す
る。これにより、銅発泡体１ａおよび銅板１ｂ全体が被
膜に覆われたはんだ除去材を得る。

【００３０】このはんだ除去材を用いて、非酸化雰囲気
（ヘリウムガス、酸素濃度０．０１ppm以下）で、第１
の実施の形態と同様にレベリングを行った。このとき、
Ｎｉ膜およびＡｕ膜は、はんだと固溶もしくは化合する
ことにより、はんだがはんだ除去材に吸収されやすくす
る作用をする。これにより、８０％〜９３％のはんだ除
去率が得られた。また、はんだと、ＮｉやＳｎの固溶体
もしくは化合物は、基板上に残っても、電気的接続を妨
げないため、レベリングの後に基板を洗浄する必要がな
い。したがって、第２の実施の形態のはんだ除去材を用
いることにより、フラックス残渣の洗浄工程が不要にな
るため、工程の簡略化が図れるとともに、有害な洗浄剤
を用いる必要もないという効果が得られる。

【００３１】なお、形成する被膜は、Ｎｉ膜とＡｕ膜の
組み合わせに限られるものではなく、Ａｕ膜、Ｎｉ膜、
Ｓｎ膜、Ｓｎ−Ｐｂ合金膜、Ｐｂ膜、Ｐｄ膜、Ｃｒ膜等
の中から、除去すべきはんだ材料に応じて、１以上の膜
を選択して用いることができる。選択の基準としては、
除去すべきはんだと固溶するか、もしくは、はんだと化
合し、基板上に残ってもその後のはんだ接続に悪影響を
与えないものである。またこれらの膜の成膜方法は、化
学めっき、電気めっき、溶融めっき等の種々めっきや、
蒸着法、スパッタリング法等を用いることもできる。

【００３２】上述の第１および第２の実施の形態では、
ポリウレタンに酸化銅粉を付着させておいて、これを還
元雰囲気中で焼結することにより、銅発泡体を得ている
が、本実施の形態に用いられる銅発泡体は、このように
して作製された銅発泡体に限定されるものではない。内
部に空隙が多数存在し、溶融はんだを吸収することがで
きる多孔体であれば、それを用いることができる。ま
た、除去すべきはんだの融点よりも、融点が高い金属で
あれば、銅以外の金属の発泡体や多孔体を用いることが
できる。

【００３３】

【発明の効果】上述してきたように、本発明によれば、
広い面積のはんだを一度に除去でき、しかも、はんだ除
去率が高い除去材を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態のはんだ除去材の構
造を示す側面図。

【図２】図１のはんだ除去材を、熱圧着装置で真空吸着
して、除去すべきはんだ上に搬送することを示す説明
図。

【図３】図１のはんだ除去材を用いて、基板上のはんだ
バンプを除去することを示す説明図。

【符号の説明】

１ａ・・・銅発泡体１ｂ・・・銅板２・・・・除去すべき余剰はんだ３・・・・基板４・・・・熱圧着装置５・・・・真空吸着構造６・・・・はんだバンプ形状の余剰はんだ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者片山薫神奈川県秦野市堀山下１番地株式会社日立製作所汎用コンピュータ事業部内 (72)発明者三井津健神奈川県秦野市堀山下１番地株式会社日立製作所汎用コンピュータ事業部内 (72)発明者桐生栄一神奈川県秦野市堀山下１番地株式会社日立製作所汎用コンピュータ事業部内 (72)発明者高橋毅神奈川県秦野市堀山下１番地株式会社日立製作所汎用コンピュータ事業部内 (72)発明者白井貢神奈川県秦野市堀山下１番地株式会社日立製作所汎用コンピュータ事業部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属板と、前記金属板上に固定された金属
発泡体とを有するはんだ除去材。
【請求項２】請求項１に記載のはんだ除去材において、
前記金属発泡体は、フラックスを含浸していることを特
徴とするはんだ除去材。
【請求項３】請求項１に記載のはんだ除去材において、
前記金属発泡体は、除去すべきはんだと固溶または化合
する金属の被膜に覆われていることを特徴とするはんだ
除去材。
【請求項４】請求項１に記載のはんだ除去材において、
前記金属発泡体は、所定の厚さを有するシート状である
ことを特徴とするはんだ除去材。
【請求項５】請求項３に記載のはんだ除去材において、
前記金属発泡体と前記金属板は、銅からなり、前記被膜
は、ニッケル膜と金膜とを積層したものであることを特
徴とするはんだ除去材。
【請求項６】回路基板上にはんだ付けされた電子部品の
交換方法であって、前記基板上の交換すべき電子部品のはんだを溶融し、前
記電子部品を取り外す第１の工程と、金属板と、前記金属板上に固定された金属発泡体とを有
するはんだ除去材を、前記基板上の前記電子部品を取り
外した部分に残った余剰はんだ上に、前記金属発泡体が
余剰はんだに接するように載置した後、前記金属板を押
圧することにより、前記金属発泡体を前記余剰はんだに
押しつけながら、前記余剰はんだおよび前記金属発泡体
を加熱することにより、前記余剰はんだを前記金属発泡
体に吸収させ、前記余剰はんだを除去する第２の工程
と、前記余剰はんだを除去した部分に新たな電子部品をはん
だ付けする第３の工程とを有することを特徴とする基板
上の電子部品の交換方法。
【請求項７】請求項６に記載の電子部品の交換方法にお
いて、前記第２の工程では、前記はんだ除去材を前記余
剰はんだまで移動させるために、前記金属板を真空チャ
ックして搬送することを特徴とする基板上の電子部品の
交換方法。