KR100879179B1 - 저내열성 표면 실장 부품 및 이를 범프 접속한 실장 기판 - Google Patents

Abstract

회로 기판에 납땜되는 저내열성 표면 실장 부품을 회로 기판이나 저내열 표면 실장 부품의 성능에 영향을 주는 일 없이, 회로 기판으로부터 제거할 수 있게 하였다.

저내열성 표면 실장 부품(1)의 면의 외주측(2)에서의 땜납 범프(3)를, 중앙측의 땜납 범프(3)보다도 저융점의 땜납으로 형성한다. 회로 기판의 저내열성 표면 실장 부품(1)의 부분을 국소적으로 가열하고, 땜납 범프를 용융하여 제거할 경우 저내열성 표면 실장 부품(1)의 중앙측에 대해 외주측에서는 가열 온도가 낮다. 이로 인해, 외주측에서는 융점이 낮은 땜납에 의한 땜납 범프를 이용하고, 이와 같은 낮은 가열 온도로도 땜납 범프가 용융되도록 한다. 이에 의해, 저내열성 표면 실장 부품(1)의 면 전체의 땜납 범프가 용융된다.

저내열성 표면 실장 부품, 외주측, 땜납 범프, 중앙측, 패키지, 회로 기판

Description

저내열성 표면 실장 부품 및 이를 범프 접속한 실장 기판{LOW HEAT RESISTANT SURFACE MOUNTING COMPONENT AND MOUNTING BOARD CONNECTED WITH THE COMPONENT THROUGH BUMP}

본 발명은 독성이 적은 Pb 프리(무연) 땜납 합금을 이용하여 회로 기판에 혼재 실장하는 저내열성 표면 실장 부품 및 이를 범프 접속한 실장 기판에 관한 것이다.

Pb 프리 땜납 합금은 유기 기판 등의 회로 기판으로의 전자 부품의 접속에 적용할 수 있고, 220 ℃ 부근에서의 납땜에 이용되고 있는 Sn-37Pb(단위 : 질량 ％) 땜납의 대체품이다.

종래의 전화 제품의 유기 기판 등의 회로 기판으로의 납땜 방법으로서는 회로 기판에 열풍을 송풍하고, 전극에 인쇄된 땜납 범프를 용융시켜 표면 실장 부품의 납땜(범프 접속)을 행하는 리플로우 납땜 공정(reflow soldering process)과, 용융한 땜납의 분류를 회로 기판에 접촉시켜 삽입 실장 부품이나 칩 부품 등의 일부의 표면 실장 부품의 납땜을 행하는 플로우 납땜 공정으로 구성되어 있다. 이 납땜 방법을 혼재 실장 방법이라 한다.

그런데, 이 혼재 실장 방법에 있어서의 리플로우 납땜 공정에서 이용할 수 있는 땜납 페이스트 및 플로우 납땜 공정에서 이용되는 용융한 땜납의 분류도 모두, 독성이 적은 Pb 프리 땜납 합금을 사용한다는 요구가 생기고 있다.

이러한 Pb 프리 땜납을 이용한 실장 방법에 관한 종래 기술로서는, Pb 프리 땜납으로서 Sn-Ag-Bi계 땜납 혹은 Sn-Ag-Bi-Cu계 땜납 합금이 알려져 있다(예를 들어, 특허 문헌 1 참조).

또한, 다른 종래예로서 기판의 A면에서 리플로우 납땜에 의해 전자 부품을 표면 접속 실장하고, 이어서 기판의 B면에서 A면측으로부터 삽입한 전자 부품의 리드를 전극에 플로우 납땜하여 접속 실장하는 방법에 있어서, A면측에서 리플로우 납땜에 이용하는 땜납을, Sn-(1.5 내지 3.5 중량 ％)Ag-(0.2 내지 0.8 중량 ％)Cu-(0 내지 4 중량 ％)In-(0 내지 2 중량 ％)Bi의 조성으로 구성되는 Pb 프리 땜납으로 하고, B면측에서 플로우 납땜에 이용하는 땜납을 Sn-(0 내지 3.5 중량 ％)Ag-(0.2 내지 0.8 중량 ％)Cu의 조성으로 구성되는 Pb 프리 땜납으로 하는 것이 알려져 있다(예를 들어, 특허 문헌 2 참조).

그런데, Pb 프리 땜납 중에서 대표적인 Sn-3Ag-0.5Cu 땜납이 높은 접속 신뢰성(-55 ℃ 내지 125 ℃, 1 사이클/h의 조건의 온도 사이클 시험에 있어서)을 갖고 있으므로, 범프 접속을 행하는 저내열성 표면 실장 부품의 땜납 범프를 모두 걸치는 Sn-3Ag-0.5Cu 땜납에 의해 형성할 경우, 리플로우 납땜 등의 기판의 전체 가열을 행할 때, 접속부의 구조상 열풍이 도달하기 어렵고 온도가 상승되기 어려운 부품의 중앙측의 땜납 범프도 용융시키도록 하면, 이 표면 실장 부품 패키지부의 온도가 이 패키지부의 내열 온도를 초과할 경우가 있다.

이러한 문제를 해소하는 방법으로서, 기판에 전자 부품을 납땜하기 위한 땜납 범프로서, 이 전자 부품의 코너부에서는 Sn-(2 내지 5 중량 ％)Ag-(0 내지 1 중량 ％)Cu-(0 내지 1 중량 ％)Bi의 성분 조성을 갖는 고융점형 땜납 범프(융점 온도 220 ℃)를 이용하고, 내부에서는 Sn-(2 내지 5 중량 ％)Ag-(0 내지 1 중량 ％)Cu-(5 내지 15 중량 ％)Bi의 성분 조성을 갖는 저융점형 땜납 범프(융점 온도 200 ℃)를 이용하는 것이며, 기판을 전자 부품의 내열 온도(230 ℃)를 하회하고, 또한 고융점형 땜납의 용융 온도(약 220 ℃)를 넘어 설정된 리플로우 온도까지 가열하여 납땜(범프 접속)을 하였을 때, 열전달 상태가 악화된 전자 부품의 내부에서도 땜납 범프가 지체 없이 용융되도록 한 방법이 제안되어 있다(예를 들어, 특허 문헌 3 참조).

특허 문헌 1 : 일본 특허 공개 평10-166178호 공보

특허 문헌 2 : 일본 특허 공개 제2001-168519호 공보

특허 문헌 3 : 일본 특허 공개 제2002-141652호 공보

한편, 저내열성 표면 실장 부품이 범프 접속된 회로 기판으로부터 이 표면 실장 부품을 제거하고, 이 회로 기판이나 표면 실장 부품을 재이용하는 것이 행해지고 있다. 이와 같이, 회로 기판으로부터 표면 실장 부품을 제거하는 경우에는 회로 기판의 이 표면 실장 부품 주변으로의 국소적 가열이 행해진다.

그런데, 상기한 종례예와 마찬가지로 Pb 프리 땜납 중에서 대표적인 Sn-3Ag-0.5Cu 땜납이 높은 접속 신뢰성(-55 ℃ 내지 125 ℃, 1 사이클/h의 조건의 온도 사이클 시험에 있어서)을 갖고 있으므로, 회로 기판에 저내열성 표면 실장 부품을 범프 접속하기 위한 땜납 범프로서는 고융점의 Sn-3Ag-0.5Cu 땜납에 의해 형성하고 있고, 이로 인해 회로 기판으로부터 이러한 표면 실장 부품을 제거하기 위해 이 표면 실장 부품 주변으로의 국소적 가열을 행하고, 온도가 상승되기 어려운 표면 실장 부품의 외주측의 땜납 범프도 용융시키도록 하면, 이 표면 실장 부품의 패키지부의 온도가 이 패키지부의 내열 온도를 초과할 경우가 있고, 이 표면 실장 부품의 성능을 열화시키거나 파괴하거나 하는 등의 문제가 생긴다.

본 발명의 목적은, 이러한 문제를 해소하고, 회로 기판에 납땜되어 있는 저내열 표면 실장 부품을 회로 기판이나 저내열 표면 실장 부품의 성능에 영향을 주는 일 없이, 회로 기판으로부터 제거할 수 있도록 한 저내열성 표면 실장 부품 및 이를 범프 접속한 실장 기판을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 회로 기판에 범프 접속된 저내열성 표면 실장 부품이며, 범프 접속을 위한 땜납 범프의 융점이 저내열성 표면 실장 부품의 내열 온도 이하이며, 또한 저내열성 표면 실장 부품의 범프 형성면의 중앙측보다도 외주측으로 낮은 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 저내열성 표면 실장 기판이 회로 기판에 범프 접속되어 이루어지는 실장 기판이며, 범프 접속을 위한 땜납 범프가 저내열성 표면 실장 부품의 내열 온도 이하의 융점의 땜납으로 이루어지고, 또한 저내열성 표면 실장 부품의 땜납 범프 형성면의 중앙측의 땜납 범프보다도 외주측의 땜납 범프가 저융점인 것이다.

또한, 상기의 회로 기판에는 땜납 페이스트가 설치되고, 땜납 페이스트와 땜납 범프의 융합에 의해 저내열성 표면 실장 기판이 회로 기판에 범프 접속되어 있는 것이다.

또한, 땜납 범프와 땜납 페이스트는 Sn-Ag-Cu-In계, Sn-Ag-Bi계, Sn-Ag-Bi-Cu계, Sn-Ag-Cu-In-Bi계, Sn-Zn계, Sn-Zn-Bi계 중 어느 하나의 땜납으로 이루어지는 것이다.

또한, 땜납 범프 및 땜납 페이스트는 In 함유량이 0 내지 9 질량 ％의 Sn-Ag-Cu-In계의 땜납으로 형성되어 있는 것이다.

또한, 저내열성 표면 실장 기판의 땜납 범프 형성면의 외주측의 땜납 범프 및 땜납 페이스트는 Sn-Ag-Cu-In계의 땜납의 In 함유량이 7 내지 9 질량 ％의 땜납으로 이루어지는 것이다.

본 발명에 따르면, 저내열성 표면 실장 부품의 외주측이 중앙측도 가열 온도가 낮아도, 그 전체면에 걸쳐 땜납 범프가 용융되고, 이 저내열성 표면 실장 부품의 회로 기판으로부터의 제거가 원활하게 행해지게 된다.

도1은 본 발명에 의한 저내열성 표면 실장 부품의 구체적인 예를 도시하는 정면도이다.

도2는 도1에 도시한 저내열성 표면 실장 부품을 회로 기판으로부터 제거하기 위한 장치의 일 구체예의 주요부를 도시하는 도면이다.

도3은 도2에 도시한 장치에 있어서의 적재대의 구성을 도시하는 분해 사시도 이다.

도4는 도2에 도시한 장치에 있어서의 국소 가열 노즐의 선단부의 구성을 도시하는 도면이다.

도5는 도1에서의 저내열성 표면 실장 부품에서의 외주측과 중앙측을 설명하는 도면이다.

도6은 도2에 도시한 장치에서 회로 기판으로부터 저내열성 표면 실장 부품을 제거 가능하게 하였을 때 실장 기판의 -55 내지 125 ℃에 있어서의 온도 사이클 시험의 결과를 나타내는 도면이다.

도7은 리플로우 납땜 공정으로 납땜하는 저내열성 표면 실장 부품의 구체적인 예를 나타내는 정면도이다.

도8은 도7에 나타낸 저내열성 표면 실장 부품을 회로 기판에 리플로우 납땜하여 얻어진 실장 기판의 -55 내지 125 ℃에 있어서의 온도 사이클 시험의 결과를 나타내는 도면이다.

<부호의 설명>

1 : 저내열성 표면 실장 부품

1a : 패키지

2 : 코너부

2a : 외주측

2b : 중앙측

3 : 땜납 범프

4 : 회로 기판

5 : 부품 제거 장치

6 : 적재대

6a : 개구부

6b : 적외선 램프

6c : 설치 기구

6d : 지지대

6c : 설치 기구

6f : 지지핀

7 : 국소 가열 노즐

7a : 취출구

7b : 흡인 노즐

7c : 흡착반

7d : 흡인구

8 : 경계

이하, 본 발명의 실시 형태를 도면에 의해 설명한다.

도1의 (a)는 본 발명에 의한 저내열성 표면 실장 부품의 실시 형태의 주요부를 도시하는 평면도이며, 부호 1은 본 실시 형태의 저내열성 부품을 포함하는 표면 실장 부품인 저내열성 표면 실장 부품, 1a는 패키지, 2는 코너부, 3은 땜납 범프이 다.

도1의 (a)는 저내열성 부품을 포함하고, 회로 기판(도시 생략)에 실장(범프 접속)된 저내열성 표면 실장 부품(1)으로서의 패키지(1a)의 일 구체예를 도시하는 것이며, 이 구체예에서는 볼 형상의 땜납 범프(3)가 패키지(1a)의 면의 주변부에 마련되어 있다[이와 같이, 땜납 범프(3)가 설치되어 있는 측의 면을, 이하 범프 형성면이라 함].

이와 같이, 주변부에 설치된 땜납 범프(3)를 주변 범프라 한다. 저내열성 표면 실장 부품으로서의 패키지 일종에 패키지의 핀 부분을 땜납 범프라 한 BGA(Ball Grid Array)가 있지만, 이와 같은 범프 형성면측의 주변부에 범프(3)가 설치된 BGA를 주변 범프 배치형 BGA라 한다.

도1의 (b)는 저내열성 표면 실장 부품(1)으로서의 패키지(1a) 외의 구체예를 도시하는 것이며, 이 구체예에서는 볼 형상의 땜납 범프(3)가 패키지(1a)의 범프 형성면 전체에 설치되어 있다. 이와 같이 배열되는 땜납 범프(3)를 풀 그리드 범프라 하고, 이와 같이 땜납 범프(3)가 배치된 표면 실장 부품을 풀 그립형이라 한다. 따라서, 이와 같은 풀 그리드 범프(3)가 설치된 BGA를 풀 그리드형 BGA라 한다.

본 실시 형태에서는, 도1의 (a) 및 (b)에 도시한 바와 같은 패키지(1a)의 범프 형성면에서의 외주측의 범프(3)를, 그 이외의 장소에서의 땜납 범프(3)보다도 저융점의 땜납으로 형성한 것이다. 또한, 여기서는 이 「외주측」을 코너부(2)로 나타내고 있다. 이에 의해, 이러한 저내열성 표면 실장 부품(1)이 회로 기판에 범 프 접속되고 실장되어 있는 실장 기판(도시 생략)으로부터 이 저내열성 표면 실장 부품(1)을 제거하여 회로 기판을 재이용하는 작업을 행하기 때문에, 회로 기판에서의 이 저내열성 표면 실장 부품(1)의 부분을 국소적으로 가열할 때, 이 저내열성 표면 실장 부품(1)의 후술하는 바와 같이 온도가 상승되기 어려운 외주측에 배치된 땜납 범프(3)도 쉽게 용융되는 것이다.

여기서, 땜납 범프(3)를 형성하는 땜납에 대해 설명한다.

저내열성 표면 실장 부품(1)을 땜납 페이스트를 이용하여 회로 기판 상에 납땜(범프 접속)을 행하는 리플로우 납땜 공정에 있어서, 리플로우용의 땜납으로서 종래의 Sn-3Ag-0.5Cu 등의 조성(액상선 온도 : 220 ℃)보다도 융점이 낮고, 또한 접속 신뢰성이 가해지는 Sn-3Ag-0.5Cu를 사용할 경우보다도 현저하게 저하되지 않는 Sn-Ag-Cu-In계 땜납 등(액상선 온도 : 약 210 ℃)을 이용하는 경우가 많다.

또한, Sn-3Ag-0.5Cu 땜납 이외의 융점이 낮은 땜납으로서, Sn-Ag-Bi계, Sn-Ag-Bi-Cu계, Sn-Ag-Cu-In-Bi계, Sn-Zn계, Sn-Zn-Bi계의 사용도 생각할 수 있다.

단, Bi를 다량으로 함유한 땜납을 사용하는 것은 실장 부품의 전극(부품 전극) 등으로의 땜납의 습윤성을 향상시키기 위해, 미리 이 부품 전극 등에 실시되는 도금에 Pb가 포함되어 있을 경우, 이 도금 중 Pb와 땜납 중의 Bi가 저융점 공정상을 만들어 내고, 이것이 리플로우 납땜 후의 삽입 실장 부품 등의 다른 납땜 시의 열영향 등으로 성분 편석을 일으키고, 접속부의 파단을 야기할 경우가 있는 것을 알 수 있다. 또한, 저내열성 표면 실장 부품을 보호하기 위해 납땜 온도를 저하시키는 효과를 내면서, 전술한 접속부의 파단을 방지하기 위해서는 Bi의 함유량이나 Bi를 함유한 땜납을 적용할 수 있는 회로 기판의 종류가 큰 제한을 받게 된다.

또한, Zn을 다량으로 포함하는 땜납을 사용하는 것은 전극으로의 습윤성이 일반적으로 악화되므로, 충분한 습윤성을 확보하면서 납땜 온도를 저하시키는 효과를 낼 경우도 마찬가지로, Zn의 함유량이나 Zn을 함유한 땜납을 적용할 수 있는 회로 기판의 종류가 큰 제한을 받게 된다.

이상의 점으로 하여 저내열성 표면 실장 부품을 회로 기판에 실장할 때에, 저내열성 표면 실장 부품의 보호를 목적으로 한 저온에서의 납땜이 필요할 경우에는, 많은 경우 Sn-Ag-Cu-In계의 땜납을 페이스트화하여 사용하는 것이 바람직한 것이다.

그런데, 융점이 낮은 Sn-Ag-Cu-In계의 땜납을 땜납 페이스트로서 사용해도, 표면 실장 부품을 회로 기판에 범프 접속할 경우, 이 표면 실장 부품에 설치하는 땜납 범프를 Sn-3Ag-0.5Cu(액상선 온도 : 220 ℃) 등의 융점이 높고, 땜납으로 형성하면 리플로우 납땜의 도중에서 용융을 개시한 땜납 페이스트가 이 땜납 범프와 접촉하고 있는 부분에서는 땜납 페이스트의 땜납 범프와 융합되고, 땜납 페이스트의 융점이 땜납 범프인 Sn-3Ag-0.5Cu의 융점에 근접하여 높아져 용융 불량이 일어난다. 이를 방지하기 위해서는 표면 실장 부품측의 땜납 범프도 땜납 페이스트와 동일계인 Sn-Ag-Cu-In계의 땜납으로 형성하는 것이 바람직하다.

또한, 이 Sn-Ag-Cu-In계의 땜납 페이스트의 In의 함유량이 7 내지 9 질량 ％를 초과하면, In 자체가 상기의 저융점 공정상을 만들어 내는 원인으로 되는 것을 알 수 있다. 또한, 저내열성 표면 실장 부품의 보호를 위해서는, 가능한 한 땜납 페이스트의 In 함유량을 많게 하여 납땜 온도를 저하시킬 필요가 있다. 이로 인해, 저내열성 표면 실장 부품 대응의 리플로우용 땜납으로서는 In의 함유량이 7 내지 9 질량 ％인 것이 바람직하다.

이와 같이 하여, 표면 실장 부품측의 땜납 범프를 땜납 페이스트와 같은 조성에 근접함으로써, 땜납 페이스트와 땜납 범프의 융합에 의한 융점의 상승, 즉 땜납 페이스트의 용융 불량을 억제할 수 있다. 단, 표면 실장 부품측의 땜납 범프의 In 함유량은 접속 신뢰성 저하를 방지하기 위해, 땜납 페이스트측의 In 함유량을 초과하지 않는 것이 바람직하고, 0 내지 9 질량 ％의 범위에서 적당한 함유량을 선정할 필요가 있다.

이와 같이, 표면 실장 부품측의 땜납 범프를 땜납 페이스트와 같은 Sn-Ag-Cu-In계의 땜납으로 형성하고, 이 표면 실장 부품의 범프 형성면에서의 외주측에서의 In 함유량을 7 내지 9 질량 ％에 근접하면, 실장 기판으로부터 표면 실장 부품을 제거하여 회로 기판을 재이용하는 작업을 행하기 위해, 실장 기판에서의 이 표면 실장 부품의 부분의 국소적 가열을 행할 때, 온도가 상승되기 어려운 표면 실장 부품의 외주측의 땜납 범프를 쉽게 용융할 수 있다.

다음에, 도1의 (a) 및 (b)에 도시한 저내열성 표면 실장 부품(1)의 회로 기판으로부터의 제거에 대해 설명한다.

여기서는, 본 발명에 의한 실장 기판의 일 실시 형태로서, 도1의 (a)에 도시한 바와 같은 저내열성 표면 실장 부품인 주변 범프 배치형 BGA1(내열 온도 : 220 ℃, 부품 사이즈 : 30 ㎜ × 30 ㎜, 범프 피치 : 1.27 ㎜, 범프수 : 256)이 땜납 범프(3)와 도시하지 않은 땜납 페이스트(공급 두께 : 0.15 ㎜)에 의해, 도시하지 않은 회로 기판에 납땜(범프 접속)된 실장 기판을 대상물로 한다.

이러한 실장 기판에서의 땜납 범프나 땜납 페이스트는, 상기한 바와 같이 Sn-Ag-Cu-In계의 땜납으로 형성된 것이며, 그 In의 함유량은 땜납 페이스트와 땜납 범프에서 0 내지 9 질량 ％이며, 땜납 범프에서의 In의 함유량은 땜납 페이스트의 In의 함유량보다도 작은 것이지만, 이 주변 범프 배치형 BGA1의 범프 형성면에서의 외주측[즉, 도1의 (a)에서는 코너부(2)에서의]의 땜납 범프(3) In 함유량은 7 내지 9 질량 ％로 하고, 그 이외의 장소의 땜납 범프(3)보다도 융점이 낮은 것으로 하고 있다.

또한, 회로 기판으로부터 제거하기 전의 실장 기판에서의 이러한 주변 범프 배치형 BGA1에서는, 이 주변 범프 배치형 BGA1측의 땜납 범프와 회로 기판측의 땜납 페이스트는 완전하게 융합되어 있는 것은 아니지만, 땜납 페이스트는 완전하게 용융된 상태로 땜납 범프와 접속되어 있다.

또한, 주변 범프 배치형 BGA1은 리플로우 납땜 장치에 의해 회로 기판에 접속된 것이며, 이 리플로우 납땜 장치는 가열 영역(기판 반송 컨베이어 상하로 존재하는 히터대)이 적외선과 열풍을 병용하고, 이 가열 영역수를 10으로 하고, 납땜 분위기에 질소를 사용하여 산소 농도를 100 ppm으로 하는 방식의 것이다.

도2는 기판으로부터의 표면 실장 부품을 제거하기 위한 부품 제거 장치의 일 구체예를 도시하는 구성도이며, 부호 4는 회로 기판, 5는 부품 제거 장치, 6은 적재대, 7은 국소 가열 노즐, 8은 가열 노즐이다.

상기 도면에 있어서, 상기한 바와 같이 주변 범프 배치형 BGA1이 회로 기판(4)에 범프 접속된 상기의 실장 기판이 적재대(6) 상에, 상하에 대향하여 배치된 국소 가열 노즐(7)과 가열 노즐(8) 사이에 이 주변 범프 배치형 BGA1이 위치하도록 적재된다. 그리고, 이 회로 기판(4)에서의 주변 범프 배치형 BGA1의 주변이 그 하면측으로부터 적재대(6)에 설치된 적외선 램프(도시 생략)로 가열되고, 또한 주변 범프 배치형 BGA1이 국소 가열 노즐(7)과 가열 노즐(8)로 열풍이 송풍됨으로써 상하로부터 가열된다.

도3은 도2에 도시한 부품 제거 장치(5)에서의 적재대(6)의 구성을 도시하는 분해 사시도이며, 부호 6a는 개구부, 6b는 적외선 램프, 6c는 설치구, 6d는 지지대, 6e는 설치구, 6f는 지지핀이며, 도2에 대응하는 부분에는 동일한 부호를 부여하고 있다.

상기 도면에 있어서, 적재대(6)는, 예를 들어 가로로 긴 장방 형상을 이루고 있고, 그 중앙부에 이 적재대(6)의 상면으로부터 하면에 관통하는, 예를 들어 단면 형상이 정방형이나 원형 등을 이루는 개구부(6a)가 설치되어 있다. 이 개구부(6a)에 가열 노즐(8)의 선단부가 끼워 넣어져 있다. 또한, 적재대(6) 내에는 이 개구부(6a)를 제거하여 적외선 램프(6b)가 소정 개수 설치되어 있다. 이들 적외선 램프(6b)는 그 상방측으로 노출되어 있어도 좋고, 또한 적재대(6)의 적외선을 투과하는 상면에서 덮여지도록 해도 좋다.

지지대(6d)는 설치 기구(6c)에 고정되어 있고, 이 설치 기구(6c)에 의해 지지대(6d)가 그 길이 방향이 적재대(6)의 폭 방향이 되도록 이 적재대(6)에 설치된 다. 이러한 설치 기구(6c)를 갖는 지지대(6d)는 2개 사용되고, 각각이 개구부(6a)에 관해 좌우 대칭인 위치가 되도록(도2 참조) 적재대(6)에 설치된다. 또한, 2개의 지지핀(6f)이 설치 기구(6e)에 고정되어 있고, 이 설치 기구(6c)에 의해 2개의 지지핀(6f)이 그 길이 방향이 적재대(6)의 폭 방향이 되도록, 즉 이 같은 설치 기구(6c)에 고정되어 있는 2개의 지지핀(6f)이 적재대(6)의 폭 방향에 배치되도록 이 적재대(6)에 설치된다. 이러한 지지핀(6f)이 설치된 설치 기구(6c)는 2개 사용되고, 각각이 2개의 지지대(6d) 사이에서 개구부(6a)에 관해 좌우 대칭인 위치가 되도록(도2 참조) 적재대(6)에 설치된다. 또한, 지지대(6d)에는 흡착 수단이 마련되어 있다.

도2에 도시한 회로 기판(4)은 그 주변 범프 배치형 BGA1이 개구부(6a)와 대향하도록 하고, 2개의 지지대(6d)와 4개의 지지핀(6f)에 의해 지지된다. 이때, 지지대(6d)에 마련된 흡착 수단에 의해 회로 기판(4)은 고정되어 유지된다.

이와 같이, 회로 기판(4)이 지지된 상태로, 이 회로 기판(4)에서의 주변 범프 배치형 BGA1이 설치된 부분이 개구부(6a)를 거쳐서 가열 노즐(8)로부터 열풍이 송풍됨으로써, 회로 기판(4)의 하면측으로부터 가열된다. 또한, 지지대(6d)와 지지핀(6f)으로 지지된 회로 기판(4)은 개구부(6a)에 대향하는 영역 주변의 부분이 적외선 램프(6b)로부터 적외선이 조사되어 하면측으로부터 가열된다.

도4는 도2에 있어서의 국소 가열 노즐(7)의 선단부의 구조를 도시하는 사시도이며, 부호 7a는 취출구, 7b는 흡인 노즐, 7c는 흡착반, 7d는 흡인구이다.

상기 도면에 있어서, 국소 가열 노즐(7)의 선단부에는 그 중앙부에 흡인 노 즐(7b)이 그 주변에 복수(여기서는, 4개)의 열풍을 취출하는 취출구(7a)가 설치되어 있다. 또한, 흡착반(7c)은 고무 등으로 구성되어 있고, 흡인 노즐(7b)에 끼워 넣어진다. 이 흡착반(7c)의 중심에는 흡인구(7d)가 설치되어 있고, 이 흡착반(7c)이 흡인 노즐(7b)에 끼워 넣어지면, 흡인 노즐(7b)이 이 흡인구(7d)로부터 외부와 연통한다. 도시하지 않은 진공 펌프에 의해 흡인 노즐(7b)로부터 흡기한다.

도2로 복귀하여, 국소 가열 노즐(7)은 화살표 A, B 방향[적재대(6)의 폭 방향]으로 이동 가능하며, 적재대(6)에 회로 기판(4)을 적재할 때에는 화살표 A 방향으로 이동하여 적재대(6)로부터 제거된 위치에 적재되어 있다. 이러한 상태에서 주변 범프 배치형 BGA1이 범프 접속된 회로 기판(4)이 이 주변 범프 배치형 BGA1이 적재대(6)의 개구부(6a)(도3)와 대향하도록 하여 적재되고, 지지대(6d)와 지지핀(6f)(도3)으로 지지된다. 이와 함께, 지지대(6d)의 흡인 수단이 작동되고, 회로 기판(4)이 지지대(6d)에 흡착되어 고정된다.

그리고, 국소 가열 노즐(7)이 화살표 A와는 역방향의 화살표 B 방향으로 이동하여 회로 기판(4) 상의 주변 범프 배치형 BGA1에 대향하고, 이 주변 범프 배치형 BGA1에 근접한 위치로 설정된다. 그리고, 이 국소 가열 노즐(7)의 취출구(7a)(도4)로부터 열풍이 주변 범프 배치형 BGA1에 상측으로부터 송풍되고, 또한 가열 노즐(8)로부터 열풍이 회로 기판(4)의 하면에 송풍된다. 이에 의해, 주변 범프 배치형 BGA1을 회로 기판(4)에 고정한 땜납이 가열되어 용융된다. 소정 시간 가열하여 주변 범프 배치형 BGA1을 회로 기판(4)으로부터 제거할 수 있는 상태가 되면, 국소 가열 노즐(7)의 흡인 노즐(7b)(도4)의 흡기에 의해, 주변 범프 배치형 BGA1에 흡인력이 작용하여 회로 기판(4)으로부터 빠져나와 흡인 노즐(7b)에 부착되어 있는 흡착반(7c)에 흡착하여 유지된다.

이와 같이, 주변 범프 배치형 BGA1이 흡착반(7c)에 흡착하여 유지된 상태가 되면, 국소 가열 노즐(7)과 가열 노즐(8)에 의한 가열이 정지되고, 국소 가열 노즐(7)이 화살표 A 방향으로 이동하여 실장 기판으로부터 주변 범프 배치형 BGA1이 제거된다.

또한, 회로 기판(4)에는 이러한 주변 범프 배치형 BGA 이외에, 회로 기판 상에서 가장 접속 조건이 엄격한 패키지 긴 변측에 리드가 설치된 56 리드 TSOP(Thin Small Outline Packege)가 범프 접속되기 때문에, 땜납 페이스트로서 Sn-3Ag-0.5Cu-7In의 땜납이 사용되고, In 함유량은 이 TSOP가 -55 내지 125 ℃에 있어서의 온도 사이클 수명 1000 사이클을 확보할 수 있는 최대량인 7 질량 ％로 하고 있다.

그런데, 이상의 부품 제거 장치(5)에서 회로 기판(4)으로부터 주변 범프 배치형 BGA1을 제거하기 위해, 국소 가열 노즐(7)과 가열 노즐(8)로 주변 범프 배치형 BGA1의 부분을 가열하였을 경우, 온도가 최고가 되는 것은 국소 가열 노즐(7)의 열풍이 취출되는 선단부면의 중심부에 대향하는 장소(즉, 주변 범프 배치형 BGA1의 면의 중심부)이며, 주변 범프 배치형 BGA1의 외주측으로 될수록 온도가 낮아진다. 이로 인해, 이 외주측에서 융점이 높은 땜납 범프를 사용하고, 이 외주측에서의 온도가 이 땜납 범프의 융점 이상이 되도록 가열하면, 주변 범프 배치형 BGA1의 중심부측에서 이 주변 범프 배치형 BGA1의 내열 온도를 초과해 버리고, 주변 범프 배치형 BGA1의 성능에 악영향을 미치거나 파괴되어 버리게 된다. 그래서, 본 실시 형 태에서는 도1에서 설명한 바와 같이 주변 범프 배치형 BGA1의 외주측으로 될수록 융점 온도가 낮은 Sn-Ag-Cu-In계의 땜납으로 이루어지는 땜납 범프를 이용하는 것이다.

Sn-Ag-Cu-In계의 땜납에서는 In 함유량이 커질수록, 그 융점이 낮아져 간다. 그래서, 상기한 바와 같이 같은 땜납을 이용하는 땜납 페이스트에서의 In 함유량을 초과하지 않는 범위에서, 또한 주변 범프 배치형 BGA1의 범프 형성면에서 외주측으로 될수록 땜납 범프를 구성하는 Sn-Ag-Cu-In계의 땜납의 In 함유량을 크게 한다. 단, 상기한 바와 같이 이 In 함유량이 7 내지 9 질량 ％를 초과하면, In 자체가 전술한 저융점 공정상을 만들어내는 원인이 되므로, 0 내지 9 질량 ％의 범위에서 다음에 설명하는 소정의 융점을 얻을 수 있는 In 함유량으로 한다.

여기서, 주변 범프 배치형 BGA1로 그 중앙부에서 이용하는 땜납 범프보다도 융점이 낮은 땜납 범프를 이용하는 외주측은, 도5의 (a)에 도시한 바와 같이 주변 범프 배치형 BGA1의 중앙점(0)을 중심으로 하는 반경(R)의 원주보다도 외측의 영역으로 한다. 이 반경(R)으로서는, 예를 들어 도2 내지 도4에 도시한 부품 제거 장치(5)에 있어서, 국소 가열 노즐(7), 가열 노즐(8) 및 적외선 램프(6b)로 회로 기판(4)을 가열하였을 때 이 회로 기판(4)에서의 온도 분포에 따라 결정한다.

그리고, 이 반경(R)의 원주보다도 내측의 영역(즉, 중앙측)을 거기에서의 땝납 범프의 융점 이상으로, 또한 이 주변 범프 배치형 BGA1의 내열 온도(상기의 예에서는 220 ℃)보다도 낮은 온도로 가열되었을 때, 주변 범프 배치형 BGA1의 범프 형성면에서의 반경(R)의 원주보다도 외측의 영역(즉, 외주측)에서는 중앙측의 이 가열 온도보다도 낮은 온도로 가열되게 되지만, 이 낮은 가열 온도 이하의 융점의 Sn-Ag-Cu-In계의 땜납으로 이루어지는 땜납 범프(3)를 이 외주측에 설치하도록 한다. 도1의 (a)에 도시한 주변 범프 배치형 BGA1에서는 이 외주측의 영역을 코너부(2)로서 나타내고 있는 것이다.

이와 같이, 외주측의 영역이 설정되고, 이 외주측의 영역에서의 땜납 범프(3)가 중앙측으로부터의 땜납 범프(3)보다도 저융점의 땜납으로 형성하고 있을 경우, 도2 내지 도4에서 도시한 부품 제거 장치(5)에 관한 주변 범프 배치형 BGA1을 회로 기판(4)으로부터 제거하였을 때에는, 이 주변 범프 배치형 BGA1의 범프 형성면의 중심점(0)이 국소 가열 노즐(7)의 중심[즉, 흡인 노즐(7b)]에 대향하도록, 회로 기판(4)에 이 주변 범프 배치형 BGA1이 범프 접속된 실장 기판을 적재대(6)에 적재한다. 이러한 상태로서 주변 범프 배치형 BGA1을, 그 범프 형성면의 중앙측에서 이 주변 범프 배치형 BGA1의 내열 온도보다도 낮고, 또한 땜납 범프(3)의 융점 이상의 온도로 가열하면 이 범프 형성면의 외주측에서도, 거기서의 땜납 범프(3)의 융점 이상의 온도로 가열되게 된다. 이에 의해, 주변 범프 배치형 BGA1의 범프 형성면 전체의 땜납 범프(3)가 용융되고, 주변 범프 배치형 BGA1의 회로 기판(4)으로부터의 제거가 가능해진다.

또한, 도5의 (b)에 도시한 바와 같이 주변 범프 배치형 BGA1의 중심점(0)을 중심으로 하고, 다른 반경(R1, R2)(단, R1 > R2)의 원주로 3개의 영역을 구분하고, 이러한 영역 중 외주측의 영역의 땜납 범프(3)일수록 융점이 낮은 땜납으로 형성하도록 해도 좋다. 즉, 반경(R2)의 원주보다 내측의 땜납 범프의 융점을 Ta, 반 경(R1, R2)의 원주 사이의 영역에서의 땜납 범프의 융점을 Tb, 반경(R1) 원주보다도 외측의 영역에서의 땜납 범프의 융점을 Tc로 하면, Ta > Tb > Tc로 하는 것이다. 물론, 이러한 영역을 3 이상 설정하고, 외주측이 됨에 따라서 거기에서의 땜납 범프의 융점이 차례로 낮아지도록 해도 좋고, 영역으로서 구분하는 것은 아니며, 주변 범프 배치형 BGA1의 중심점으로부터 멀어짐에 따라, 땜납 범프(3)의 융점이 차례로 낮아지도록 해도 좋다.

이와 같이 융점이 설정된 땜납 범프(3)를 이용하여 회로 기판(4)에 범프 접속된 주변 범프 배치형 BGA1을 도2 내지 도4에 도시한 부품 제거 장치(5)로 제거할 경우, 국소 가열 노즐(7)과 가열 노즐(8)로 열풍을 주변 범프 배치형 BGA1에 송풍하여 가열하는 동시에, 흡착반(7c)(도4)에서 이 주변 범프 배치형 BGA1을 흡인한 상태로 한다. 이에 의해, 주변 범프 배치형 BGA1의 땜납 범프(3)가 용융되면, 이 흡착반(7c)에 의한 흡착에 의해 주변 범프 배치형 BGA1이 회로 기판(4)으로부터 빠지게 된다.

여기서, 상기한 바와 같이 도2 내지 도4에서 설명한 부품 설치 장치(5)에 상기의 주변 범프 배치형 BGA1이 회로 기판(4)에 납땜(범프 접속)된 실장 기판을 설치하고, 이 주변 범프 배치형 BGA1의 범프 형성면의 중앙부와 코너부와의 온도를 측정하기 위한 열전대를 설치하였다. 그리고, 상기한 바와 같이 국소 가열 노즐(7)과 가열 노즐(8)에 의해 이 주변 범프 배치형 BGA1을 가열하고, 또한 적외선 램프(6b)에 의해 회로 기판(4)을 가열하고, 상기 열전대의 측정 결과를 이용하여 주변 범프 배치형 BGA1의 범프 형성면의 중앙부에서의 피크 온도를 이 주변 범프 배치형 BGA1의 내열 온도인 220 ℃로 조정한 결과, 이 주변 범프 배치형 BGA1의 범프 형성면의 코너부에서의 피크 온도는 205 ℃가 되었다.

그리고, 이러한 주변 범프 배치형 BGA1의 땜납 범프에 Sn-3Ag-0.5Cu의 땜납을 사용한 결과, 그 코너부의 땜납 접속부(7) 지점에서 땜납 페이스트의 용융 불량이 발생되었지만, 주변 범프 배치형 BGA1의 범프 형성면에서의 외주측의 땜납 범프를 Sn-3Ag-0.5Cu-(4 내지 7 질량 ％) In으로 한 결과, 코너부에서의 땜납 페이스트의 용융 불량이 발생되지 않고, 회로 기판(4)으로부터 주변 범프 배치형 BGA1을 양호하게 제거할 수 있었다. 또한, 범프 땜납의 In 함유량이 0 질량 ％, 4 질량 ％, 7 질량 ％ 각각의 경우의 주변 범프 배치형 BGA1의 코너부의 땜납 접속부의 -55 내지 125 ℃에 있어서의 온도 사이클 시험을 실시한 결과, 도6에 도시한 바와 같이 합격 기준의 1000 사이클은 확보할 수 있는 것을 알았다.

이상과 같이, 회로 기판(4)에 주변 범프 배치형 BGA1이 범프 접속된 실장 기판에 대해, 이 주변 범프 배치형 BGA1의 범프 형성면의 중앙측과 외주측에서의 땝납 범프로서, 중앙측에서 땜납 범프를 용융할 수 있는 온도로 가열하였을 때 이 외주측의 가열 온도에 따른 융점(즉, 상기의 In 함유량)의 땜납으로 형성함으로써, 주변 범프 배치형 BGA1 전체로 땜납 범프가 용융되게 되고, 회로 기판(4)으로부터의 주변 범프 배치형 BGA1의 제거가 용이하게 가능하게 되고, 게다가 회로 기판(4)이나 주변 범프 배치형 BGA1의 성능에 영향을 주는 일 없이, 회로 기판(4)으로부터 주변 범프 배치형 BGA1을 제거할 수 있다.

또한, 이상은 도1의 (a)에 도시한 주변 범프 배치형 BGA1의 경우였지만, 도1 의 (b)에 도시한 바와 같이 BGA의 면 전체에 땜납 범프가 설치되는 풀 그립형 BGA(예를 들어 내열 온도 : 220 ℃, 부품 사이즈 : 23 ㎜ × 23 ㎜, 범프 피치 : 1.0 ㎜, 범프수 : 484의 것으로, 공급 두께 : 0.15 ㎜의 땜납 페이스트에 의해 회로 기판에 범프 접속된 것)의 경우도 마찬가지이다.

다음에, 저내열성 표면 실장 부품의 회로 기판으로의 리플로우 납땜에 대해 설명한다.

리플로우 납땜에서는, 상기한 바와 같이 Pb 프리 땜납 중에서 대표적인 Sn-3Ag-0.5Cu 땜납이 높은 접속 신뢰성(-55 ℃ 내지 125 ℃, 1 사이클/h의 조건의 온도 사이클 시험에 있어서)을 갖고 있으므로, 저내열성 표면 실장 부품의 땜납 범프를 이 Sn-3Ag-0.5Cu 땜납으로 형성하고 있다. 그러나, 이러한 땜납 범프를 이용하여 저내열성 표면 실장 부품을 회로 기판에 리플로우 납땜하기 위해, 회로 기판 전체를 열풍을 송풍하여 가열하면, 저내열성 표면 실장 부품과 회로 기판과의 접속부의 구조상, 저내열성 표면 실장 부품과 회로 기판 사이의 저내열성 표면 실장 부품의 중심측은 열풍이 도달하기 어렵고 온도가 상승되기 어렵다. 이로 인해, 이 중앙측의 땜납 범프를 용융시키도록 하면, 저내열성 표면 실장 부품의 패키지부의 온도가 그 내열 온도를 초과하여 패키지부의 성능에 악영향을 주게 된다.

그래서, 본 발명에 의한 저내열성 표면 실장 부품에서는 그 땜납 범프가 설치되는 면에서의 외주측의 땜납 범프에 비해, 중앙측의 땜납 범프를 저융점의 땜납으로 형성하는 것이며, 이러한 저내열성 표면 실장 부품을 회로 기판에 납땜하기 위해 이 회로 기판 전체를 가열하였을 때, 온도가 상승되기 어려운 저내열성 표면 실장 부품의 중앙측의 땜납 범프도 쉽게 용융되도록 한다.

이하, 이를 위한 땜납의 조성에 대해 설명한다.

범프 접속을 행하는 저내열 부품을 포함하는 저내열성 표면 실장 부품을 땜납 페이스트를 이용하여 회로 기판 상에 납땜을 행하는 리플로우 납땜 공정에 있어서, 리플로우용의 땜납으로서 종래의 Sn-3Ag-0.5Cu 등의 조성(액상선 온도 : 220 ℃)보다도 융점이 낮고, 접속 신뢰성이 이 Sn-3Ag-0.5Cu를 사용할 경우보다도 현저하게 저하되지 않는 Sn-Ag-Cu-In계 땜납 등(액상선 온도 : 약 210 ℃)을 이용하는 경우가 많다.

그런데, Sn-Ag-Cu-In계 땜납 이외에 융점이 낮은 땜납으로서 Sn-Ag-Bi계, Sn-Ag-Bi-Cu계, Sn-Ag-Cu-In-Bi계, Sn-Zn계, Sn-Zn-Bi계의 사용도 생각할 수 있다.

단, Bi를 다량으로 함유한 땜납을 사용하면, 표면 실장 부품의 전극 등으로의 땜납의 습윤성을 향상시키기 위해, 미리 이 부품 전극 등에 실시되는 도금에 Pb가 포함되어 있을 경우, 이 도금 중 Pb와 땜납 중의 Bi가 저융점 공정상을 만들어 내고, 이것이 리플로우 납땜 후 삽입 실장 부품 등의 다른 납땜 시의 열영향 등으로 성분 편석을 일으키고, 접속부의 파단을 일으키는 경우가 있는 것을 알 수 있다. 또한, 저내열성 표면 실장 부품을 보호하기 위해, 납땜 온도를 저하시키는 효과를 내면서 상기의 파단을 방지하기 위해서는 Bi 함유량이나 Bi 함유 땜납을 적용할 수 있는 회로 기판의 종류가 큰 제한을 받게 된다.

또한, Zn을 다량으로 포함하는 땜납을 사용하면, 표면 실장 부품의 전극으로의 습윤성이 일반적으로는 악화되므로, 충분한 습윤성을 확보하면서 납땜 온도를 저하시키는 효과를 낼 경우도 마찬가지로 Zn 함유량이나 Zn 함유 땜납을 적용할 수 있는 회로 기판의 종류가 큰 제한을 받게 된다.

이상의 점으로부터, 저내열성 표면 실장 부품의 보호를 목적으로 한 저온에서의 납땜이 필요할 때에는, 대부분의 경우 Sn-Ag-Cu-In계의 땜납을 페이스트화하여 사용하는 것이 바람직하다.

그러나, 리플로우 납땜 시 상기의 용융 불량은 땜납 페이스트로서, 융점이 낮은 Sn-Ag-Cu-In계 땜납을 사용해도, 범프 접속을 행하는 표면 실장 부품의 경우, 이 표면 실장 부품의 땜납 범프가 Sn-3Ag-0.5Cu(액상선 온도 : 220 ℃) 등의 융점이 높은 땜납으로 형성되어 있으면, 리플로우 납땜의 도중에 용융을 개시한 땜납 페이스트가 이 땜납 범프와 접촉하고 있는 부분에서 이 땜납 페이스트와 융합되고, 융점이 Sn-3Ag-0.5Cu에 근접하여 높아진 것에 의한 것으로 생각할 수 있다.

이로 인해, 이 융합 부분의 땜납 조성을 페이스트 본래의 조성으로부터 일탈하기 어려운 상태를 할 필요가 있다. 이를 위해서는, 표면 실장 부품측의 땜납 범프도, 회로 기판측의 땜납 페이스트와 동일계인 Sn-Ag-Cu-In계로 하는 것이 바람직하다.

또한, Sn-Ag-Cu-In계 땜납으로 이루어지는 땜납 페이스트에서의 In 함유량이 7 내지 9 질량 ％를 초과하면, In 자체가 상기의 저융점 공정상을 만들어내는 원인이 되는 것을 알 수 있다. 또한, 저내열성 표면 실장 부품 보호를 위해서는, 가능한 한 땜납 페이스트의 In 함유량을 많게 하여 납땜 온도를 저하시킬 필요가 있기 때문에, 저내열성 표면 실장 부품 대응의 리플로우용 땜납에서는 In 함유량이 7 내 지 9 질량 ％인 것이 바람직하다.

이와 같이, 저내열성 표면 실장 부품측의 땜납 범프도 땜납 페이스트와 같은 조성에 근접하면, 땜납 페이스트와 땜납 범프의 융합에 의한 상기 융점의 상승, 즉 땜납 페이스트의 용융 불량이 일어나기 어려워진다. 단, 저내열 제빙면 실장 부품측의 땜납 범프의 In 함유량은 접속 신뢰성 저하를 방지하기 위해, 땜납 페이스트의 In 함유량을 초과하지 않는 것이 바람직하고, 0 내지 9 질량 ％의 범위에서 적당한 함유량을 선정하여 사용할 필요가 있다.

도7은 이러한 저내열성 표면 실장 부품의 패키지의 구체적인 예를 도시하는 평면도이며, 도7의 (a)는 주위 범프 배치형 BGA, 도7의 (b)는 풀 그리드형 BGA를 각각 도시하고, 도1에 대응하는 부분에는 동일한 부호를 부여하고 있다. 단, 2a는 외주측, 2b는 중앙측, 8은 외주측(2a)과 중앙측(2b)의 경계이다.

도7의 (a) 및 (b)에 있어서, BGA1의 외측변으로부터 일정한 거리의 위치를 경계(8)로 하고, 이 경계의 외측을 외주측(2a), 내측을 중앙측(2b)으로 하고 있다. 그리고, 중앙측(2b)의 땜납 범프(3)는 외주측(2a)의 땜납 범프(3)보다도 융점이 낮은 땜납으로 구성되어 있다.

여기서, 도1에 도시한 실시 형태에서의 땜납 범프(3)의 설명이 중복되는 부분이 있지만, 땜납 범프(3)에 대해 설명한다.

저내열성 표면 실장 부품(1)을 땜납 페이스트를 이용하여 회로 기판 상에 납땜(범프 접속)을 행하는 리플로우 납땜 공정에 있어서, 리플로우용의 땜납으로서 종래의 Sn-3Ag-0.5Cu 등의 조성(액상선 온도 : 220 ℃)보다도 융점이 낮고, 또한 접속 신뢰성이 이러한 Sn-3Ag-0.5Cu를 사용할 경우보다도 현저하게 저하하지 않는 Sn-Ag-Cu-In계 땜납 등(액상선 온도 : 약 210 ℃)을 이용하는 경우가 많다.

또한, Sn-3Ag-0.5Cu 땜납 이외의 융점이 낮은 땜납으로서, Sn-Ag-Bi계, Sn-Ag-Bi-Cu계, Sn-Ag-Cu-In-Bi계, Sn-Zn계, Sn-Zn-Bi계의 사용도 생각할 수 있다.

단, Bi를 다량으로 함유한 땜납을 사용하는 것은 실장 부품의 전극(부품 전극) 등으로의 땜납의 습윤성을 향상시키기 위해, 미리 이 부품 전극 등에 실시되는 도금에 Pb가 포함되어 있을 경우, 이 도금 중 Pb와 땜납 중의 Bi가 저융점 공정상을 만들어 내고, 이것이 리플로우 납땜 후 삽입 실장 부품 등의 다른 납땜 시 열영향 등으로 성분 편석을 일으키고, 접속부의 파단을 일으킬 경우가 있는 것을 알 수 있다. 또한, 저내열성 표면 실장 부품을 보호하기 위해 납땜 온도를 저하시키는 효과를 내면서, 전술한 접속부의 파단을 방지하기 위해서는 Bi의 함유량이나 Bi를 함유한 땜납을 적용할 수 있는 회로 기판의 종류가 큰 제한을 받게 된다.

또한, Zn을 다량으로 포함하는 땜납을 사용하는 것은 전극으로의 습윤성이 일반적으로 악화되므로, 충분한 습윤성을 확보하면서 납땜 온도를 저하시키는 효과를 낼 경우도 마찬가지로 Zn의 함유량이나 Zn을 함유한 땜납을 적용할 수 있는 회로 기판의 종류가 큰 제한을 받게 된다.

이상의 점으로 하여 저내열성 표면 실장 부품의 보호를 목적으로 한 저온에서의 납땜이 필요할 때에는, 대부분 경우 Sn-Ag-Cu-In계의 땜납을 페이스트화하여 사용하는 것이 바람직하다.

그런데, 땜납 페이스트에 융점이 낮은 Sn-Ag-Cu-In계의 땜납을 사용해도 표 면 실장 부품을 회로 기판에 범프 접속하는 경우, 이 표면 실장 부품에 설치하는 땜납 범프를 Sn-3Ag-0.5Cu(액상선 온도 : 220 ℃) 등의 융점이 높은 땜납으로 형성하면, 리플로우 납땜의 도중에 용융을 개시한 땜납 페이스트의 땜납 범프와 접촉하고 있는 부분에서는 땜납 페이스트의 땜납 범프와 융합되고, 땜납 페이스트의 융점이 땜납 범프인 Sn-3Ag-0.5Cu의 융점에 근접하여 높아져 용융 불량이 일어난다. 이를 방지하기 위해서는 표면 실장 부품측의 땜납 범프도 땜납 페이스트와 동일계인 Sn-Ag-Cu-In계의 땜납으로 형성하는 것이 바람직하다.

또한, 이 Sn-Ag-Cu-In계의 땜납 페이스트의 In의 함유량이 7 내지 9 질량 ％를 초과하면, In 자체가 상기의 저융점 공정상을 만들어 내는 원인이 되는 것이 알려져 있다. 또한, 저내열성 표면 실장 부품의 보호를 위해서는 가능한 한 땜납 페이스트의 In 함유량을 많게 하여 납땜 온도를 저하시킬 필요가 있다. 이로 인해, 저내열성 표면 실장 부품 대응의 리플로우용 땜납으로서는 In의 함유량이 7 내지 9 질량 ％인 것이 바람직하다.

이와 같이 하여, 표면 실장 부품측의 땜납 범프를 땜납 페이스트와 같은 Sn-Ag-Cu-In계의 땜납의 조성에 근접함으로써, 땜납 페이스트와 땜납 범프와의 융합에 의한 융점의 상승, 즉 땜납 페이스트의 용융 불량을 억제할 수 있다. 단, 표면 실장 부품측의 땜납 범프의 In 함유량은 접속 신뢰성 저하를 방지하기 위해, 땜납 페이스트측의 In 함유량을 초과하지 않는 것이 바람직하고, 0 내지 9 질량 ％의 범위에서 적당한 함유량을 선정할 필요가 있다.

그리고, 표면 실장 부품의 면의 중앙측에서의 땜납 범프를 외주측의 땜납 범 프에 대해, In 함유량을 많게 하여(즉, In 함유량을 7 내지 9 질량 ％에 근접하여) 융점이 낮은 땜납으로 형성함으로써, 회로 기판에 표면 실장 부품을 납땜(범프 접속)하기 위해 회로 기판을 가열한 경우, 온도가 상승되기 어려운 표면 실장 부품의 중앙측의 땜납 범프도 쉽게 용융되고, 이 땜납 범프와 땜납 페이스트가 융합되어 양호한 범프 접속을 얻을 수 있게 된다.

다음에, 리플로우 납땜 공정의 구체적인 예에 대해 설명한다.

여기서는 저내열성 표면 실장 부품(1)으로서, 도7의 (b)에 도시한 바와 같은 풀 그리드형 BGA(내열 온도 : 220 ℃, 부품 사이즈 : 23 ㎜ × 23 ㎜, 범프 피치 : 1.0 ㎜, 범프수 : 484)로 한다. 리플로우 납땜 공정에서는, 이러한 풀 그리드형 BGA1을 땜납 페이스트(공급 두께 : 0.15 ㎜)를 인쇄한 회로 기판(도시 생략)에 적재하고, 공급한 땜납 페이스트를 리플로우할 수 있는 최저 온도 조건에서 리플로우 납땜을 하는 것으로 하였다.

리플로우 납땜에 사용하는 장치는 5개의 가열 영역(기판 반송 컨베이어의 상하에 존재하는 히터대)이 적외선과 열풍을 병용하고, 납땜 분위기에 질소를 사용하여 산소 농도를 100 ppm으로 하는 방식의 것이다.

또한, 이러한 풀 그리드형 BGA1 이외에 회로 기판 상에서 가장 접속 조건이 엄격한 패키지의 긴 변측에 리드의 부여한 48 리드 TSOP가 접속되기 때문에, 땜납 페이스트 중의 In 함유량은 이 TSOP가 -55 내지 125 ℃에 있어서의 온도 사이클 수명 1000 사이클을 확보 가능하게 할 수 있는 최대량인 7 질량 ％로 하고, 조성이 Sn-3Ag-0.5Cu-7In의 땜납을 사용하였다.

또한, 리플로우 납땜 시, 온도가 최저가 되는 장소는 이 풀 그리드형 BGA1의 중앙측(2b)(도7)에 존재하는 땜납 접속부이며, 풀 그리드형 BGA1 중에서 온도가 최고가 되는 장소는 그 외주측(2a)(특히, 코너부 : 도7)이며, 이 부분의 온도가 풀 그립형 BGA1의 내열 온도인 220 ℃를 초과하지 않으면 좋게 된다.

그래서, 풀 그리드형 BGA1을 회로 기판에 리플로우 납땜할 때에, 풀 그리드형 BGA1의 중앙측(2b)의 땜납 접속부와 이 풀 그리드형 BGA1의 패키지(1a)의 코너부에 각각 열전대를 설치하고, 각각에서의 온도를 측정한 결과 풀 그립형 BGA1의 패키지(1a)의 코너부의 피크 온도를 220 ℃로 조정하였을 때, 이 풀 그립형 BGA1의 중앙측(2b)에서의 땜납 접속부의 피크 온도는 204 ℃였다.

또한, 이러한 리플로우 납땜으로 얻을 수 있던 풀 그리드형 BGA1에 있어서, 땜납 범프(3)를 Sn-3Ag-0.5Cu계의 땜납으로 형성한 경우, 풀 그리드형 BGA1의 중앙측(2b)의 땜납 접속부(5) 지점에서 땜납 페이스트의 용융 불량이 발생되었지만, 땜납 범프(3)를 상기한 바와 같이 Sn-3Ag-0.5Cu-(4 내지 7)In의 땜납으로 형성하였을 경우에는, 이러한 땜납 페이스트의 용융 불량이 발생되지 않았다.

또한, 땜납 범프(3)에서의 In 함유량이 0 질량 ％, 4 질량 ％, 7 질량 ％ 각각의 경우에서의 풀 그리드형 BGA1의 중앙측(2b)의 땜납은 접속부의 -55 내지 125 ℃에 있어서의 온도 사이클 시험을 실시한 결과, 도8에 도시한 결과를 얻을 수 있어 합격 기준의 1000 사이클을 확보할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.

또한, 이상은 도7의 (a)에 도시한 주변 범프 배치형 표면 실장 부품(1)에 대해서도 마찬가지이다.

이상 상세하게 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 회로 기판에 납땜되어 있는 저내열성 표면 실장 부품을 회로 기판이나 저내열성 표면 실장 부품의 성능에 영향을 주는 일 없이, 회로 기판으로부터 제거할 수 있으므로 신뢰성이 우수한 저내열성 표면 실장 부품 및 이를 범프 접속한 실장 기판의 리사이클을 가능하게 하고, 자원의 유효 활용을 도모할 수 있어 경제성이 우수하다.

Claims (6)

1. 땜납 범프를 갖는 저내열성 표면 실장 부품이며,

   상기 땜납 범프의 융점이 상기 저내열성 표면 실장 부품의 내열 온도 이하이며, 또한 상기 저내열성 표면 실장 부품의 상기 땜납 범프 형성면의 중앙측보다도 외주측으로 낮은 것을 특징으로 하는 저내열성 표면 실장 부품.
2. 저내열성 표면 실장 부품이 회로 기판에 범프 접속되어 이루어지는 실장 기판이며,

   상기 범프 접속을 위한 땜납 범프가 상기 저내열성 표면 실장 부품의 내열 온도 이하의 융점의 땜납으로 이루어지고,

   또한, 상기 저내열성 표면 실장 부품의, 상기 땜납 범프 형성면의 중앙측의 상기 땜납 범프보다도 외주측의 상기 땜납 범프가 저융점인 것을 특징으로 하는 실장 기판.
3. 제2항에 있어서, 상기 회로 기판에는 땜납 페이스트가 설치되고,

   상기 땜납 페이스트와 상기 땜납 범프와의 융합에 의해, 상기 저내열성 표면 실장 부품이 회로 기판에 범프 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 실장 기판.
4. 제3항에 있어서, 상기 땜납 범프와 상기 땜납 페이스트는 Sn-Ag-Cu-In계, Sn-Ag-Bi계, Sn-Ag-Bi-Cu계, Sn-Ag-Cu-In-Bi계, Sn-Zn계, Sn-Zn-Bi계 중 어느 하나의 땜납인 것을 특징으로 하는 실장 기판.
5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 땜납 범프 및 상기 땜납 페이스트는 In 함유량이 0 내지 9 질량 ％의 Sn-Ag-Cu-In계의 땜납인 것을 특징으로 하는 실장 기판.
6. 제5항에 있어서, 상기 저내열성 표면 실장 부품의 상기 땜납 범프 형성면의 외주측의 상기 땜납 범프 및 상기 땜납 페이스트는 Sn-Ag-Cu-In계의 땜납의 In 함유량이 7 내지 9 질량 ％의 땜납인 것을 특징으로 하는 실장 기판.

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