WO2005004564A1

WO2005004564A1 - Ｐｂフリーはんだ合金を用いたリフローはんだ付け方法および混載実装方法並びに混載実装構造体

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Publication number: WO2005004564A1
Application number: PCT/JP2004/009679
Authority: WO
Inventors: Tetsuya Nakatsuka; Nobuhide Takano; Sadayuki Sugahara; Tomoyuki Omura; Toshio Saeki; Kouji Serizawa; Shousaku Ishihara
Original assignee: Hitachi, Ltd.; Hitachi Communication Technologies, Ltd.
Priority date: 2003-07-01
Filing date: 2004-07-01
Publication date: 2005-01-13
Also published as: KR20060052719A; JP2005026393A; KR100671394B1; CN1817071A; US20060239855A1

Abstract

本発明は、Pbフリーのはんだ合金を用いて混載実装する方法において、表面実装部品2を回路基板1の少なくとも上面に、Sn-(1～4)Ag-(0～1)Cu-(7～10)In(単位:質量%)をベースとする合金からなるPbフリーはんだペーストを用いてはんだ付けを行うリフローはんだ付け工程と、挿入実装部品5のリード若しくは端子を前記回路基板1に穿設されたスルーホールに上面側から挿入する挿入工程と、フラックス塗布工程と、予備加熱工程と、該予備加熱工程で下面を予備加熱された回路基板1の下面に、Pbフリーはんだの噴流3を当て、挿入実装部品のリード若しくは端子を回路基板にフローはんだ付けを行うフローはんだ付け工程とを有することを特徴とする。

Description

明細;

P bフリ一はんだ合金を用いたリフローはんだ付け方法および混載実装方法並び

技術分野

本発明は、毒性の少ない P bフリ一はんだ合金を用いたリフローはんだ付け方法及び混載実装方法並びに混載実装された混載実装構造体に関するものである。背景技術

有機基板等の回路基板へ電子部品をはんだ付けして実装する際、毒性の少ない P bフリーはんだ合金を使用するという要求が生じてきている。

この P bフリ一はんだを用いた実装方法に関する従来技術としては、特開平 10 - 166178号公報（従来技術 1)、特開平 11一 179586号公報（従来技術 2) 、特開平 11— 221694号公報（従来技術 3) 、特開平 11一 3549 19号公報（従来技術 4) 、特開 2001— 168519号公報（従来技術 5)および特開 2003-46229号公報（従来技術 6) などが知られている。

従来技術 1には、 Pbフリーはんだとして、 Sn_Ag— B i系はんだ、或いは Sn-Ag-B i _Cu系はんだ合金が記載されている。従来技術 2には、 Pbフリーはんだとして有力な Sn— Ag— B i系はんだを、表面に Sn_B i系層を施した電極と接続することが記載されている。従来技術 3には、電子部品を、有機基板の第 1面および第 2面からなる両面の各々に、 Snを主成分とし、 51を0〜6 5質量％、 Agを 0. 5〜4. 0質量％、 Cu若しくは Z及び I nを合計 0〜3. 0質量％含有する P bフリーはんだによつてリフロ一はんだ付けすることが記載されている。従来技術 4には、 B iを含有する Pbフリーはんだを用いて電子部品と回路基板とを接続する方法において、はんだを約 10〜20°CZsの冷却速度で冷却することが記載されている。従来技術 5には、基板の A面でリフローはんだ付けによつて電子部品を表面接続実装し、ついで基板の B面でフローはんだ付けにより、 A面側から挿入した電子部品のリードを電極にフローはんだ付けして接続実装する方法において、 A面側でリフローはんだ付けに用いるはんだを、 Sn— (1. 5〜3. 5w t %) Ag— (0. 2〜0. 8wt%) Cu- (0〜4wt%) I n - (0~2wt %) B iの組成で構成される P bフリーはんだであり、 B面側でフローはんだ付けに用いるはんだを、 Sn_ (0〜3. 5wt ) Ag- (0. 2~ 0. 8wt ) Cuの組成で構成される Pbフリーはんだであることが記載されている。従来技術 6には、 Pbフリーのはんだを用いて混載実装する方法において、回路基板の上面を冷却してフローはんだ付けすることによって表面実装部品の接続部のはんだの再溶融による表面実装部品のはがれを防止することが記載されている。さらに、従来技術 6には、リフ口一はんだペーストのはんだ合金として Sn ― (1〜4) Ag— (0〜8) B i - (0〜； L) Cu (単位：質量％) を用いることと、フローはんだとして共晶組成に近い S n— 3 Ag— 0. 5(：11ゃ311—0. 8Ag- 57B i (単位：質量％) を用いることが記載されている。発明の開示

ところで、最近、 Pbフリーのはんだを用いた混載実装方法において、部品本体の耐熱温度が 220°Cの FPGA (フィールドプログラマブルゲートアレイ）などの低耐熱性電子部品を回路基板の表面側にリフローはんだ付けすることが必要となってきている。

さらに、混載実装方法においては、上記低耐熱性電子部品を回路基板の表面側にリフローはんだ付けし、回路基板の表面側から挿入した電子部品のリードに P bフリ一のはんだを用いてフローはんだ付けする必要がある。このフローはんだ付けの際も、リフローはんだが再溶融して上記低耐熱性電子部品の剥がれを防止すると共に、はんだ接続後の信頼性を低下させないようにする必要がある。しかしながら、上記従来技術 1〜6には、 P bフリーのはんだを用いて、これら必要な課題を満たすような混載実装方法については十分考慮されていなかった。本発明の目的は、上記課題を解決すべく、 F P GA (フィールドプログラマブルゲートアレイ）等の低耐熱性電子部品のリフローはんだ付けを実現した P bフリーはんだ合金を用いたリフ口一はんだ付け方法を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、 F P G A等の低耐熱性電子部品のリフローはんだ付けを実現し、しかもフローはんだ付けの際リフローはんだ付け部の接続強度の信頼性を維持できるようにした P bフリーはんだ合金を用いた混載実装方法およびそのシステム並びに混載実装構造体を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、表面実装部品を回路基板の上面または下面に、 S n— ( 1 - 4 ) A g— （0〜； L ) C u— ( 7〜： L O ) I n (単位：質量％) をベースとする合金からなる P bフリ一はんだペーストを用いてはんだ付けを行うことを特徴とする P bフリ一はんだ合金を用いたリフローはんだ付け方法である。

また、本発明は、前記表面実装部品のリードには、 P bフリーめつきが施されていることを特徴とする。また、本発明は、前記 P bフリーめつきとして、 S nめつきまたは S n— B iめっきであることを特徴とする。

また、本発明は、 F P GA等の低耐熱性電子部品（耐熱温度 2 2 0で程度以下）を含む表面実装部品を回路基板の少なくとも上面に I n入り低融点 P bフリーはんだぺ一ストを用いてはんだ付けを行う低温リフローはんだ付け工程と、挿入実装部品のリード若しくは端子を前記回路基板に穿設されたスルーホールに上面側から挿入する挿入工程と、該揷入工程で挿入実装部品のリ一ド若しくは端子をスルーホールに挿入した後、前記回路基板にフラックスを塗布するフラックス塗布工程と、該フラックス塗布工程で回路基板にフラックスを塗布後、該回路基板の下面を予備加熱する予備加熱工程と、該予備加熱工程で下面を予備加熱された回路基板の上面を冷却しながら回路基板の下面に高信頼性を有する S n— C u系や S n— A g系などの高融点 P bフリーはんだの噴流を当て、挿入実装部品のリード若しくは端子を回路基板にフローはんだ付けを行うフロ一はんだ付け工程とを有することを特徴とする Pbフリーはんだを用いた混載実装方法である。

特に、本発明は、前記低温リフローはんだ付け工程において、用いる I n入り低融点 P bフリーはんだペーストとしては、 Sn_Cu系、 Sn— Ag系、 Sn— A 8_〇11系または311— 8—：8 i系に I nを加えた系、好ましくは Sn— （1〜 4) Ag- (0〜1) Cu— （4〜； 10) I n (単位：質量％) をベースとする合金である。

合金に I nを（4〜10質量％) 加える理由としては、 1 は81とは異なり、はんだのベース金属となる S nに対して固溶度が高く、はんだ付け時の溶融した状態から室温に冷却してもはんだ内に析出しにくい。また、析出しても微細にはんだ中に分散し、 B iのように、はんだの冷却時にはんだが均一に冷却されず温度勾配を持つと、高温側への偏析が起こりにくい性質があるからである。該偏析が起こると接続部の接続強度を著しく低下させるため、偏祈の発生を完全に抑止する必要がある。

また、上記低耐熱性電子部品（耐熱温度 22 付近）を含む表面実装部品を、リフロー炉を用いてリフローはんだ付けする際、熱容量の大小、赤外線の反射率などが各部品によって異なるため、部品を搭載した回路基板内には温度ばらつきが生じる。また、この温度ばらつきは回路基板によっては最大 15 °Cにもなることがわかっている。また、上記低耐熱性電子部品（耐熱温度 22 O ) は熱容量の小さい小型のものが多く、多くの場合リフ口一はんだ付けする際、基板内で最高温度となる。一方、回路基板上にはんだべ一ストが供給される場所の中には、 BGA (Ball Grid Array) 等のように、部品本体と回路基板との間にリフ口一炉の熱風が流れ込みにくい場所があり、この場合リフローはんだ付けする際、回路基板内で最低温度となる。

従って、上記低耐熱性電子部品を回路基板にリフローはんだ付けする場合、リフローはんだペーストは最低で 205°C (=220 - 15)付近で溶融する必要があり、これには Sn— （1〜4) Ag_ (0〜： L) C u系はんだに 7〜 10質量％程度の I n添加が必要となる。

以上説明した理由により、リフロ一はんだべ一ストとしては、上記低耐熱性電子部品のリフローはんだ付けを実現し、偏祈の発生を完全に抑止して接続部の接続強度を著しく低下させるのを防止するために、 Sn_ (1〜4) Ag— (0〜1) C u- (7-10) I n (単位：質量％) をベースとする合金となる。

さらに、本発明は、前記フロ一はんだ付け工程において、 P bフリ一はんだベーストとしては、 Sn— Cu系、 Sn— Ag系、 Sn_Ag— Cu系、 Sn— Ag— B i系若しくはこれらに I nを加えた系等の共晶組成または該共晶組成に近い組成である。特に、 S n- 3 Ag- 0. 5 Cu-x I n (0≤x≤9, 単位；質量％) は、 Sn_Ag_Cu系共晶組成または共晶組成に近い組成であり、しかも従来の Sn-37Pbの融点 183 °Cよりも高融点であり、極限条件でも接続の高信頼性を有して使用可能である。また、 Sn— 0. 8Ag— 57B iは、共晶組成または共晶組成に近い組成であり、使用温度が限定されて使用される場合には、接続の高信頼性を有して使用可能である。

そして、前記フローはんだ付け工程において、回路基板の下面に当てる Pbフリ一はんだの噴流の温度が 170°C〜260°Cの範囲内であることを必要とする。これははんだが基板電極に対して十分に濡れる温度であるからである。

また、表面実装部品の電極における従来のめっきに含まれる Pbは、リフ口一はんだ付け後の接続部のはんだ組成（共晶組成）から大きく逸脱した別の低温共晶組成を作り出す成分が多量に含まれており、フローはんだ付け時の溶融はんだ（17 0°C〜260°C) の熱影響により、リフロー接続部のはんだ再溶融する際、この低温共晶組成が優先的に溶融し、この組成が高温部分に濃縮しやすくなるため、上記偏析の発生を促進する。

従つて、表面実装部品の電極のめっきも P bフリ一の組成とすることが望ましぐ組成としては、純 Sn (融点 232°C) などの表面実装に使用するはんだ合金の構成元素とするのが良い。また、ゥイスカー（ひげ結晶）の発生が著しい部品に対しては、 Snに微量の B iを添加したものを使用するのが良いとされている。

また、本発明は、前記フローはんだ付け工程において、上記 I n入り低融点リフローはんだが再溶融して上記低耐熱性電子部品の剥がれを防止するために、回路基板の上面に対して 50°C以下（20°C〜50°Cの範囲）の窒素等の流体を流量として概ね 0. 3〜1. 2m³/分（好ましくは概ね 0. 5〜： L. 2m³/分）にして吹き付けて冷却を行う方がフローはんだの許容溶融温度範囲の上限を広げることができので好ましい。ただし、回路基板にフローはんだ付けを行う際の小径スルーホールゃ大熱容量挿入実装部品が挿入されるスルーホールへのはんだ揚がりを抑制し、はんだ凝固後に十分な接続強度が得られない場合があるから、上記流量（ 1. 2 m³/分）を大幅に超えて使用しないことが望ましい。

また、本発明は、前記フローはんだ付け工程において、回路基板の上面に対して 50°C以下（20°C〜50°Cの範囲）の窒素等の流体を吹き付けて冷却しながら、表面実装電子部品のリードに放熱用の治具を接触させることによって、フローはんだの許容溶融温度範囲の上限を広げることができる。

以上説明したように、本発明によれば、 FPGA等の低耐熱性電子部品の回路基板へのリフローはんだ付けを P bフリーはんだ合金を用いて実現できる効果を奏する。

また、本発明によれば、 FPGA等の低耐熱性電子部品を含む表面実装部品の回路基板へのリフローはんだ付けと挿入実装部品等についての回路基板へのフローはんだ付けとを P bフリ一はんだ合金を用いて行なって P bフリ一化に伴い発生するはんだ付け欠陥を防止し、しかも高信頼性を維持した混載実装を実現できる効果を奏する。

また、本発明によれば、 Pbフリーはんだ合金を用いた FPGA等の低耐熱性電子部品を含む表面実装部品および挿入実装部品等の混載実装において、フローはんだ付けの際、溶融はんだの噴流の温度許容範囲を高温度側に拡張することができるので温度のコン卜ロールがしゃすくなる効果を奏する。図面の簡単な説明

第 1図は、本発明に係る P bフリ一はんだを用いた混載実装方法の第 1の実施例を説明するための図である。

第 2図は、本発明に係る P bフリ一はんだを用いた混載実装方法の第 2及び第 3 の実施例を説明するための図である。

第 3図は、本発明に係る第 4の実施例である Q F Pに放熱治具を取付ける（搭載する）状態を示す図である。

第 4図は、本発明に係る第 1の実施例における Q F P— L S I接続部破断条件を示した図である。

第 5図は、本発明に係る第 2の実施例における Q F P— L S I接続部破断条件を示した図である。

第 6図は、本発明に係る第 3の実施例における Q F P— L S I接続部破断条件を示した図である。

第 7図は、本発明に係る第 4の実施例における Q F P— L S I接続部破断条件を示した図である。

第 8図は、本発明に係る第 5の実施例における Q F P— L S I接続部破断条件を示した図である。

第 9図は、本発明に係る第 6の実施例における Q F P— L S I接続部破断条件を示した図である。

第 1 0図は、本発明に係る第 7の実施例における Q F P— L S I接続部破断条件を示した図である。

第 1 1図は、比較例における Q F P— L S I接続部破断条件を示した図である。発明を実施するための最良の形態

本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。

本発明は、第 1図に示すように、 F P GA (フィールドプログラマブルゲートァレイ）などの低耐熱性電子部品（耐熱温度 2 2 0 °C程度以下）を含む表面実装部品 2、 4 aを有機基板等の回路基板 1の上面 1 0 1に I n入り低融点 P bフリーはんだペースト 1 1を用いてはんだ付けを行い、その後、回路基板 1の上面側よりスル —ホールなどに、揷入実装部品 5のリ一ド 1 2を揷入し、その後、回路基板 1にフラックスを塗布し、その後、回路基板 1の下面 1 0 2から P bフリ一の溶融はんだ噴流 3によってフローはんだ付けして混載実装することにある。フロ一はんだ付けする際、回路基板 1へのはんだ付け時間を短縮するために、まず回路基板 1の下面 1 0 2をシーズヒーターなどの予備加熱装置 2 2で予備加熱を行う。その後、回路基板 1の下面 1 0 2から P bフリ一の溶融はんだ噴流 3によってフローはんだ付けを行い、はんだ付け直後に回路基板 1の両面を冷却するものである。

このように、回路基板 1の上面 1 0 1に実装される F P GAなどの低耐熱性電子部品 2は一般的に他の表面実装電子部品と比較して熱容量が小さく、温度が上昇し易い場合が多い。

このことから、一般的なリフロー炉では、リフローはんだ付け時に上記低耐熱性電子部品 2の部品本体が基板内最高温度部となる場合が多くなる。また、リフローはんだ付け時に、はんだペースト供給部に熱風が当たるのを部品本体が抑制しやすい構造をもつ B GA (Bal l Gr id Array) 等の場合、上記はんだべ一スト供給部が基板内最低温度部となる場合が多くなる。いずれにしても、 F P GAなどの低耐熱性電子部品 2としては、 Q F P— L S Iで構成される場合が多く、 B G A— L S I で構成される場合もある。

従って、上記低耐熱性電子部品 2の部品本体とはんだペースト供給部 1 1との間の温度差が回路基板内 1の温度ばらつきとなり、一般的なリフロー炉では最大 1 5 °C程度となる。このため、上記低耐熱性電子部品 2の部品本体を 2 2 0 °C以下とするならば、必然的にはんだペースト供給部 11は 205°C以下となり、 205°C でも溶融する Pbフリーのリフローはんだペーストが必要となる。

そこで、 I n入り低融点 Pbフリーはんだペースト 11としては、 205°Cでも溶融する Sn— (1-4) Ag— (0〜： L) Cu— (7〜10) I n (単位：質量％) をべ一スとする合金材料にしたことにある。

さらに、上記低耐熱性電子部品 2が BG Aで構成されている場合には、リフローはんだペーストはもとより、はんだポールも同じ組成にすることが望ましいことになる。

また、フローはんだ噴流 3の P bフリーの材料としては、 Sn— Cu系、 Sn— Ag系、 Sn— Ag— Cu系、 Sn—Ag— B i系若しくはこれらに I nを加えた系等の共晶組成または該共晶組成に近い組成である。特に、 Sn— 3Ag— 0. 5 Cu-x I n (0≤x≤9, 単位：質量％) は、 Sn— Ag— Cu系共晶組成または共晶組成に近い組成であり、しかも従来の Sn— 37 の融点183 よりも高融点であり、極限条件でも接続の高信頼性を有して使用可能である。また、 Sn 一 0. 8 A g— 57 B iは、共晶組成または共晶組成に近い組成であり、使用温度が限定されて使用される場合には、接続の高信頼性を有して使用可能である。

また、上記フラックス塗布工程前に、必要に応じて回路基板 1に A 1等の金属製の反り防止治具を取り付けてもよい。また、回路基板 1の下面に表面実装部品がリフローはんだ付けによつて実装されている場合には、この部分にカバー（図示せず）を取り付けてフローはんだが付かないようにすることも可能である。

また、フローはんだ付けする際、第 2図に示すように、回路基板 1の上面 102を基板冷却装置 6で 50°C以下（20 〜 5 Ot:の範囲）の窒素等の流体を概ね 0. 3〜1. 2m³/分（好ましくは 0. 5〜1. 2m³/分）の流量で吹き付けて冷却すれば、フローはんだの許容溶融温度範囲の上限を広げることが可能となる。さらに、表面実装電子部品 2のリード等に第 3図に示すように、アルミ等の金属の放熱治具を接触させれば、フローはんだの許容溶融温度範囲の上限をさらに広げることが可能となる。

このように、回路基板 1の上面 101を基板冷却装置 6で冷却した状態で、フロ —はんだ付けをすることによって、フローはんだの溶融温度範囲の上限を広げたとしても、表面実装部品 2、 4の接続部において I n入り低融点 Pbフリ一はんだべ一スト 11の再溶融によって剥がれが生じるのを防止することが可能となる。

[第 1の実施例]

第 1の実施例は、回路基板 1として、一般的に幅広く使用されている厚さが 1. 6 mm程度、縦が 350mm程度、横が 350mm程度、基板面銅箔厚さが 18 n m程度であり、 1mm程度の内径、 1. 6 mm程度の C uパッド径、 0. 7個/ c m²程度の密度で形成されたスルーホールを有するガラスエポキシ基板 1 aを用いた。

表面実装部品 2としては、リードピッチ 0. 5 mm程度、リード幅 0. 2 mm程度、 Sn— l Oma s s % P bめっきを施された 208本の 42ァロイ製リードを持った 321!1111角(3 ？— 3 I 2 aを用いた。

そして、ガラスエポキシ基板 1 aの上面に、 32mm角 QFP— L S I 2 aを、

S n- 3 Ag- 0. 5 Cu-x I n (0≤x≤ 9, 単位：質量％) の 10種類の I n含有はんだペースト（次の表 1に詳細を示す） 11によりリフローはんだ付けを行った。表 1

この表 1から明らかなように、 I nが 7質量％になると固相線温度が 198でとなり、液相線温度が 211°Cとなり、 205 °C付近で溶融することになる。従って、 I nが 7質量％以上含有するようにすれば、 FPGAなどの低耐熱性電子部品（耐熱温度 220 °C程度以下） 2を回路基板 1の表面側にリフロ一はんだ付けすることが可能となる。

しかし、 I n力 0質量％を越えて含有すると、はんだの冷却時に偏折が起こり、接続部の接続強度を著しく低下させることになるため、 I nの含有量を 10質量％以下にする必要がある。

次に、この基板サンプルの QFP— L S I 2 aが 4個接続されている方の回路基板 1の上面側より、基板のスル一ホール（図示せず）に、 Sn— 10ma s s %P bめっきを施された 0. 5 mm角の端子（リード） 11 aを持つ 2. 54mmピッチ 6端子コネクタ 5 aを 6個挿入した。

次に、回路基板 1の下面 102について最高出力 9 kWのシーズヒ一夕一を使用した予備加熱を行い、 1分で 25 C (常温）の回路基板 1 aの下面 102の温度を、最高部 118 °C、最低部 100。(：にした。その後、回路基板 1の上面 101を基板冷却装置 6で冷却しない状態で、共晶組成に近い Sn— 3Ag— 0. 5Cu (単位：質量％)や Sn— 0. 8 Ag- 57 B i (単位：質量％) のはんだの噴流 3 aを基板 1 aの下面 102に当てて、第 1図に示すように基板冷却装置 6による冷却をせずに、 6端子コネクタ 5 aのはんだ付けを行い基板サンプルを作製したものである。伹し、この際、フローはんだ槽（図示せず）の溶融はんだを Sn— 0. 8Ag-5 7B i、 Sn— 0. 7 C uあるいは S n— 3 A g— 0. 5 C uとし、その温度が 1 70〜260°Cとなるようにフローはんだ槽の温度を数条件に固定した。

以上説明したサンプルにおいて、 QFP-LS I 2 aの接続部に破断がおきているかを観察した。

第 4図は、リフローはんだ材料組成が本発明に係る Sn— 3Ag— 0. 5 Cu- x I n (0≤x≤9, 単位：質量％) の 10種類の I n含有はんだペーストの場合の実験結果を示す。第 11図には、リフローはんだ材料組成が比較例としての Sn - 3 Ag- 0. 5 Cu-xB i ( 0≤ x≤ 8，単位：質量％) の 9種類の B i含有はんだペースト場合の実験結果を示す。

各図とも、横軸にフローはんだ槽の溶融はんだの温度を、縦軸に QFP— LS I の接続に使用したはんだの B i、 I n含有量をとり、破断が起きなかった条件を〇印で、破断が起きた条件を X印で示した。

また、各図の中の実線は、破断が起きる条件と起きない条件の境界と考えられる線である。なお、第 4図の本発明に係る実験結果を第 11図の比較例の実験結果と比較するために、第 4図の中に第 11図の境界を点線で示した。

第 4図に示す如ぐ基板 1 aの上面 101を冷却しない実験結果でも、 QFP— LS I 2 aの接続に使用したはんだペースト 1 1を本発明に係る Sn— 3Ag— 0. 5 Cu— X I nとしたことにより、 Sn— 3Ag— 0. 5Cu— xB iとした比較例に比べて、フローはんだ付け時の接続部の破断が起きにくく、溶融はんだの許容温度範囲を広くできることがわかつた。

即ち、表面実装用リフローはんだ組成として本発明のように Sn— Ag— Cu系に I nを添加することにより、フローはんだ付け時の表面実装部品の偏析剥離が抑制できることが実験によって確認することができた。

さらに、第 4図に示す実験結果によれば、 I nの含有量が 7質量％の場合フロー溶融はんだの温度を 2 3 5 °Cまで、 I nの含有量が 8〜9質量％の場合フロー溶融はんだの温度を 2 3 0 °Cまでにすることができることが確認できた。

[第 2の実施例]

第 2の実施例において、第 1の実施例と相違する点は、フ口一はんだ付けの際、第 2図に示すように、回路基板 1の上面 1 0 1を基板冷却装置 6で 2 0 °C~ 5 0 °C 程度の窒素等の流体を概ね 0 . 5 m³Z分の流量で吹き付けて冷却した点である。第 5図には、横軸にフローはんだ槽の溶融はんだの温度を、縦軸に Q F P— L S I の接続に使用したはんだの I n含有量をとり、破断が起きなかった条件を〇印で、破断が起きた条件を X印で示した。また、第 5図の中の実線は、破断が起きる条件と起きない条件の境界と考えられる線である。

第 2の実施例の実験結果によれば、第 5図に示すように、フロー溶融はんだの温度の上限が第 4図に示す第 1の実施例に比べて 1 0 弱上昇させてもよいことが確認できた。さらに、第 5図に示す実験結果によれば、 I nの含有量が 7質量％の場合フロー溶融はんだの温度を 2 4 5 まで、 I nの含有量が 8質量％の場合フロ一溶融はんだの温度を 2 4 0 °Cまで、 I nの含有量が 9質量％の場合フロー溶融はんだの温度を 2 3 5 °Cまでにすることができることが確認できた。

[第 3の実施例]

第 3の実施例は、第 2の実施例において、第 2図に示すように、回路基板 1の上面 1 0 1を基板冷却装置 6で 2 0で〜 5 0 °C程度の窒素等の流体を概ね 1 . 2 m³ 分の流量で吹き付けて冷却したものである。第 6図には、横軸にフローはんだ槽の溶融はんだの温度を、縦軸に Q F P— L S Iの接続に使用したはんだの I n含有量をとり、破断が起きなかった条件を〇印で、破断が起きた条件を X印で示した。また、第 6図の中の実線は、破断が起きる条件と起きない条件の境界と考えられる線である。第 3の実施例の実験結果によれば、第 6図に示すように、フローはんだの許容溶融温度の上限が第 4図に示す第 1の実施例に比べて 15 °C程度上昇させてもよいことが確認できた。さらに、第 6図に示す実験結果によれば、 I nの含有量が 7質量％の場合フローはんだの許容溶融温度を 250 まで、 I nの含有量が 8質量％の場合フローはんだの許容溶融温度を 245°Cまで、 I nの含有量が 9質量％の場合フ口一はんだの許容溶融温度を 240 °Cまでにすることができることが確認でさた。

以上の結果により、窒素等の流体の吹き付け量を 1.2 m³Z分程度まで増加させると、表面実装部品用リフ口一はんだに I n量を 7〜 9%程度添加しても、 240 〜250°Cの S n— Ag— Cu溶融はんだ等を用いてフローはんだ付けを行うことが可能となる。

[第 4の実施例]

第 4の実施例は、第 2および第 3の実施例と同様に、フ口一はんだ付けを行う際、基板冷却装置 6を作動させた状態で、さらにリフローはんだ付けされた表面実装部品（32mm角QFP— LS I) 2の接続部にアルミ等の金属製の正方形の枠の形状をした放熱治具 7を搭載して表面実装部品 2のリードに放熱治具 7を接触させることにより回路基板 1の上面 101を冷却し、フローはんだ付け時の表面実装部品の偏析剥離の抑制効果を向上させたものである。なお、この際、フロー溶融はんだを Sn— 0. 7 Cuあるいは S n— 3 Ag— 0. 5 C uとし、その温度が 250 〜280°Cとなるようにフローはんだ槽の温度を数条件に固定した。

第 7図には、横軸にフローはんだ槽の溶融はんだの温度を、縦軸に QFP— LS Iの接続に使用したはんだの I n含有量をとり、破断が起きなかった条件を〇印で、破断が起きた条件を X印で示した。また、第 7図の中の実線は、破断が起きる条件と起きない条件の境界と考えられる線である。

第 4の実施例の実験結果によれば、第 7図に示すように、フローはんだの許容溶融温度の上限が第 4図に示す第 1の実施例に比べて 20°C程度上昇させてもよいことが確認できた。さらに、第 7図に示す実験結果によれば、 I nの含有量が 7質量％の場合フロ一はんだの許容溶融温度を 260°Cまで、 I nの含有量が 8〜9質量％の場合フローはんだの許容溶融温度を 250°Cまでにすることができることが確認できた。

以上の結果により、窒素吹き付け量を 1.2 m³ /分程度にて基板上面冷却を行い、放熱治具を使用すれば、表面実装部品用リフローはんだに I n量を 9 %程度添加しても、 250°Cの S n— Ag— Cu溶融はんだ等を用いてフローはんだ付けを行うことが可能となる。要するに、第 4の実施例によれば、 25 (TCの S n— Ag— C u溶融はんだ等を用いてフローはんだ付けを行う場合において、表面実装部品用はんだに添加できる I n量は 9%程度まで増加させることが可能となり、低耐熱性電子部品に十分対応させることが容易となる。

[第 5の実施例]

第 5の実施例は、第 1の実施例において、リフローはんだ付けされる表面実装部品のリードめつきを P bフリ一化することにより、フ口一はんだ付け時の表面実装部品の偏析剥離の抑制効果を向上させたものである。

但し、この際、フローはんだ槽（図示せず）の溶融はんだを共晶組成に近い Sn —0. 8Ag— 57B i、 Sn— 0. 7 C uあるいは S n— 3 A g _ 0. 5 C u (単位：質量％)とし、その温度が 235〜280 となるようにフローはんだ槽の温度を数条件に固定した。

以上説明した各サンプルにおいて、 QFP— LS I 2 aの接続部に破断がおきているかを観察した。

第 8図、第 9図に第 5の実施例であるそれぞれ Sn— 3質量％B iめっき、 Sn めっきの場合の実験結果を示す。これら第 8図、第 9図は、横軸にフローはんだ槽の溶融はんだの温度を、縦軸に QFP— LS Iの接続に使用したはんだの I n含有量をとり、破断が起きなかった条件を〇印で、破断が起きた条件を X印で示した。また、各図の中の実線は、破断が起きる条件と起きない条件の境界と考えられる線である。

なお、第 4図（Sn— 10 Pbめっきを使用したもの）の実験結果と比較するために、第 8図の中に第 4図の境界を点線で示した。さらに、第 8図（Sn— 3B i めっきを使用したもの）の実験結果と比較するために、第 9図の中に第 8図の境界を点線で示した。

これらの結果により、 S n— 3 B iめっきを使用した場合（第 8図）、 250°C の Sn_Ag— C u溶融はんだ等でフローはんだ付けを行う場合、表面実装部品用はんだに添加できる I n量は 8%程度であることがわかる。さらに、 Snめっきを使用した場合（第 9図）、 250°Cの Sn— Ag— Cu溶融はんだ等でフローはんだ付けを行う場合、表面実装部品用はんだに添加できる I n量は 9%程度であることがわかる。しかしながら、 260°Cの S n_Ag— Cu溶融はんだ等でフローはんだ付けを行う場合には、表面実装部品用はんだに添加できる I n量は 5%程度になってしまう。

以上説明したように、表面実装部品のリードめつきを P bフリ一化する第 5の実施例によれば、第 1の実施例と同様に、基板冷却装置 6で冷却することなく、リフローはんだに添加できる I n量を 8〜 9 %程度にすることができ、低耐熱性電子部品に十分対応させることが容易となる。

[第 6の実施例]

第 6の実施例は、第 4の実施例において、リフローはんだ付けされる表面実装部品のリードめつきを P bフリ一化することにより、フローはんだ付け時の表面実装部品の偏析剥離の抑制効果を向上させたものである。

但し、この際、フローはんだ槽（図示せず）の溶融はんだを共晶組成に近い Sn 一 0. 7( 11(単位：質量％)ゃ311—3八ー0. 5 Cu (単位：質量％) とし、その温度が 250〜280°Cとなるようにフローはんだ槽の温度を数条件に固定した。

第 1 0図に第 6の実施例の実験結果を示す。この第 1 0図は、横軸にフローはんだ槽の溶融はんだの温度を、縦軸に Q F P— L S Iの接続に使用したはんだの I n 含有量をとり、破断が起きなかった条件を〇印で、破断が起きた条件を X印で示した。また、第 1 0図の中の実線は、破断が起きる条件と起きない条件の境界と考えられる線である。なお、第 9図（S nめっきを使用し、基板上面冷却も放熱治具も使用しないもの）の実験結果と比較するために、第 1 0図の中に第 9図の境界を点線で示した。

第 1 0図に示すように、第 6の実施例によれば、 2 5 0 °C、 2 6 0 °Cの両方の温度の S n— A g— C u溶融はんだ等でフローはんだ付けを行う場合においても、表面実装部品用はんだに添加できる I n量は 9 %程度にすることが可能となり、その結果、低耐熱性電子部品に十分対応することが可能となる。産業上の利用可能性

本発明は、 F P G A等の低耐熱性電子部品の回路基板へのはんだ付けを P bフリ一はんだ合金を用いて実現することができる。

Claims

請求の範囲

1. 表面実装部品を回路基板の上面または下面に、 Sn— （1〜4) Ag— （0〜 1) Cu- (7〜10) I n (単位：質量％) をベースとする合金からなる Pbフリ一はんだペーストを用いてはんだ付けを行うことを特徴とする P bフリ一はんだ合金を用いたリフローはんだ付け方法。

2.前記表面実装部品のリードには、 Pbフリーめつきが施されていることを特徴とする請求項 1記載の P bフリ一はんだ合金を用いたリフローはんだ付け方法。

3.前記 P bフリーめつきとして、 S nめっきまたは S n— B iめっきであることを特徴とする請求項 2記載の P bフリーはんだ合金を用いたリフローはんだ付け方法。

4. 表面実装部品を回路基板の少なくとも上面に、 Sn— （1〜4) Ag— (0〜 1) Cu- (7〜10) I n (単位：質量％) をベースとする合金からなる Pbフリーはんだペーストを用いてはんだ付けを行うリフローはんだ付け工程と、挿入実装部品のリード若しくは端子を前記回路基板に穿設されたスルーホールに上面側から揷入する挿入工程と、

該揷入工程で挿入実装部品のリード若しくは端子をスルーホールに挿入した後、前記回路基板にフラックスを塗布するフラックス塗布工程と、

該フラックス塗布工程で回路基板にフラックスを塗布後、該回路基板の下面を予備加熱する予備加熱工程と、

該予備加熱工程で下面を予備加熱された回路基板の下面に、 P bフリ一はんだの噴流を当て、挿入実装部品のリード若しくは端子を回路基板にフローはんだ付けを行うフローはんだ付け工程とを有することを特徴とする P bフリ一はんだ合金を用いた混載実装方法。

5. 前記リフ口一はんだ付け工程において、前記表面実装部品のリードには、 Pb フリ一めつきが施されていることを特徴とする請求項 4記載の P bフリ一はんだ合金を用いた混載実装方法。

6.前記 Pbフリ一めっきとして、 Snめっきまたは Sn— B iめっきであることを特徴とする請求項 5記載の P bフリ一はんだ合金を用いた混載実装方法。

7.前記フローはんだ付け工程において、前記 P bフリーはんだは、 S n— C u系、 Sn—Ag系、 Sn— Ag— Cu系、 S n— A g— B i系若しくはこれらに I nを加えた系の共晶組成または該共晶組成に近い組成であることを特徴とする請求項 4記載の P bフリーはんだ合金を用いた混載実装方法。

8.前記フローはんだ付け工程において、前記 P bフリ一はんだは、 S n— C u系、 Sn— Ag系、 Sn— Ag— Cu系、 S n— A g— B i系若しくはこれらに I nを加えた系の共晶組成または該共晶組成に近い組成であることを特徴とする請求項 5記載の P bフリ一はんだ合金を用いた混載実装方法。

9. 前記フローはんだ付け工程において、前記 P bフリ一はんだの噴流の温度が 1 70°C〜260 の範囲内にあることを特徴とする請求項 7記載の Pbフリーはんだ合金を用いた混載実装方法。

10.前記フローはんだ付け工程において、前記 P bフリーはんだの噴流の温度が 170t：〜 260°Cの範囲内にあることを特徴とする請求項 8記載の P bフリーはんだ合金を用いた混載実装方法。

11.前記フローはんだ付け工程において、前記回路基板の上面に対して 50°C以下の流体を吹付けて冷却することを特徴とする請求項 7記載の P bフリ一はんだ合金を用いた混載実装方法。

12.前記フローはんだ付け工程において、前記回路基板の上面に対して 5 以下の流体を吹付けて冷却することを特徴とする請求項 8記載の P bフリーはんだ合金を用いた混載実装方法。

13. 前記フローはんだ付け工程において、前記流体の流量を 0. 3〜1. 2m³ Z分とすることを特徴とする請求項 11記載の Pbフリーはんだ合金を用いた混

1 4. 前記フローはんだ付け工程において、前記流体の流量を 0 . 3〜1 . 2 m³ /分とすることを特徴とする請求項 1 2記載の P bフリ一はんだ合金を用いた混

1 5 . 前記フローはんだ付け工程において、前記表面実装部品の接続部に放熱治具が接触して取付けられていることを特徴とする請求項 1 1記載の P bフリ一はんだ合金を用いた混載実装方法。

1 6 . 前記フロ一はんだ付け工程において、前記表面実装部品の接続部に放熱治具が接触して取付けられていることを特徴とする請求項 1 2記載の P bフリーはんだ合金を用いた混載実装方法。

1 7 .請求項 4または 5または 7または 8記載の P bフリ一はんだ合金を用いた混載実装方法を用いて混載実装された混載実装構造体。