WO2006008850A1

WO2006008850A1 - 低耐熱性表面実装部品及びこれをバンプ接続した実装基板

Info

Publication number: WO2006008850A1
Application number: PCT/JP2005/003277
Authority: WO
Inventors: Tetsuya Nakatsuka; Koji Serizawa; Shosaku Ishihara; Toshio Saeki
Original assignee: Hitachi, Ltd.
Priority date: 2004-07-15
Filing date: 2005-02-28
Publication date: 2006-01-26
Also published as: CN1985551A; JP2006032619A; CN1985551B; US20080261001A1

Description

明細書

低耐熱性表面実装部品及びこれをバンプ接続した実装基板

技術分野

[0001] 本発明は、毒性の少ない Pbフリーはんだ合金を用いて回路基板に混載実装する低耐熱性表面実装部品及びこれをバンプ接続した実装基板に関する。

背景技術

[0002] Pbフリーはんだ合金は、有機基板などの回路基板への電子部品の接続に適用でき、 220°C付近でのはんだ付けに用いられている Sn— 37Pb (単位:質量％)はんだの代替品である。

[0003] 従来の電ィ匕製品の有機基板などの回路基板へのはんだ付け方法としては、回路基板に熱風を吹き付け、電極に印刷された、はんだバンプを溶融させて表面実装部品のはんだ付け (バンプ接続)を行なうリフローはんだ付け工程と、溶融した、はんだの噴流を回路基板に接触させて挿入実装部品やチップ部品などの一部の表面実装部品のはんだ付けを行なうフローはんだ付け工程とによって構成されている。このはんだ付け方法を混載実装方法と!/、う。

[0004] ところで、この混載実装方法におけるリフローはんだ付け工程で用いられる、はんだペースト及びフローはんだ付け工程で用いられる溶融した、はんだの噴流もともに、毒性の少な!/、Pbフリ一はんだ合金を使用するという要求が生じてきて、る。

[0005] 力かる Pbフリーはんだを用いた実装方法に関する従来技術としては、 Pbフリーはんだとして、 Sn— Ag—Bi系はんだ、或いは Sn— Ag— Bi— Cu系はんだ合金が知られている（例えば、特許文献 1参照)。

[0006] また、他の従来例として、基板の A面でリフローはんだ付けによって電子部品を表面接続実装し、次いで、基板の B面で A面側カゝ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ぉ、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. 5wt%)Ag-(0. 2—0. 8wt%) Cu- (0— 4wt%) In— (0— 2wt%) Biの組成で構成される Pbフリーはんだとし、 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フリーはんだとすることが知られている（例えば、特許文献 2参照)。

[0007] ところで、 Pbフリーはんだの中で代表的な Sn— 3Ag— 0. 5Cuはんだが高い接続信頼性 (一 55°C— 125°C、 1サイクル Zhの条件の温度サイクル試験において）を有していることから、バンプ接続を行なう低耐熱性表面実装部品のはんだバンプを全てか力る Sn— 3Ag— 0. 5Cuはんだによって形成する場合、リフローはんだ付けなどの基板の全体加熱を行なう際、接続部の構造上熱風が到達しにくくて温度が上昇しにくい部品の中央寄りのはんだバンプも溶融させるようにすると、この表面実装部品パッケージ部の温度がこのパッケージ部の耐熱温度を超過する場合がある。

[0008] 力かる問題を解消する方法として、基板に電子部品をはんだ付けするためのはんだバンプとして、この電子部品のコーナー部では、 Sn—（2— 5wt%)Ag— (0— lwt %) Cu- (0— lwt%) Biの成分組成を有する高融点型はんだバンプ (融点温度 220 °C)を用い、内部では、 Sn—（2— 5wt%)Ag— (0— lwt%) Cu—（5— 15wt%) Biの成分組成を有する低融点型はんだバンプ (融点温度 200°C)を用いるものであって、基板を電子部品の耐熱温度（230°C)を下回りかつ高融点型はんだの溶融温度 (約 220°C)を越えて設定されたリフロー温度まで加熱してはんだ付け (バンプ接続)をしたとき、伝熱状態が悪い電子部品の内部でも、はんだバンプが遅滞なく溶融するようにした方法が提案されている（例えば、特許文献 3参照)。

[0009] 特許文献 1 :特開平 10— 166178号公報

特許文献 2 :特開 2001— 168519号公報

特許文献 3 :特開 2002— 141652号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0010] 一方、低耐熱性表面実装部品がバンプ接続された回路基板からこの表面実装部品を取り外し、この回路基板や表面実装部品を再利用することが行なわれている。このように、回路基板力表面実装部品を取り外す場合には、回路基板のこの表面実装部品周辺への局所的加熱が行なわれる。

[0011] ところで、上記従来例のように、 Pbフリーはんだの中で代表的な Sn— 3Ag— 0. 5Cu はんだが高い接続信頼性 (一 55°C— 125°C、 1サイクル/ hの条件の温度サイクル試験において)を有していることから、回路基板に低耐熱性表面実装部品をバンプ接続するためのはんだバンプとしては、高融点の Sn— 3Ag— 0. 5Cuはんだによって形成ており、このため、回路基板からかかる表面実装部品を取り外すために、この表面実装部品周辺への局所的加熱を行ない、温度が上昇しにくい表面実装部品の外周寄りのはんだバンプも溶融させるようにすると、この表面実装部品のノッケージ部の温度がこのパッケージ部の耐熱温度を超過する場合があり、この表面実装部品の性能を劣化させたり、破壊したりするなどの問題が生ずる。

[0012] 本発明の目的は、力かる問題を解消し、回路基板にはんだ付けされている低耐熱表面実装部品を、回路基板や低耐熱表面実装部品の性能に影響を与えることなぐ回路基板から取り外すことができるようにした低耐熱性表面実装部品及びこれをバンプ接続した実装基板を提供することにある。

課題を解決するための手段

[0013] 上記目的を達成するために、本発明は、回路基板にバンプ接続された低耐熱性表面実装部品であって、バンプ接続のためのはんだバンプの融点が、低耐熱性表面実装品の耐熱温度以下であって、かつ低耐熱性表面実装品のバンプ形成面の中央寄りよりも、外周寄りで低いものである。

[0014] 上記目的を達成するために、本発明は、低耐熱性表面実装基板が回路基板にバンプ接続されてなる実装基板であって、バンプ接続のためのはんだバンプが低耐熱性表面実装品の耐熱温度以下の融点のはんだ力なり、かつ低耐熱性表面実装品のはんだバンプ形成面の中央寄りのはんだバンプよりも、外周寄りのはんだバンプが低融点であるものである。

[0015] また、上記の回路基板には、はんだペーストが設けられ、はんだペーストとはんだバンプとの融合によって低耐熱性表面実装基板が回路基板にバンプ接続されているものである。

[0016] また、はんだバンプとはんだペーストとは、 Sn-Ag-Cu-In系、 Sn-Ag- Bi系， Sn- Ag- Bi- Cu系， Sn- Ag- Cu- In- Bi系， Sn- Zn系， Sn- Zn- Bi系のいずれかのはんだ力なるものである。

[0017] また、はんだバンプ及びはんだペーストは、 In含有量が 0— 9質量％の Sn-Ag- Cu -In系のはんだ力形成されているものである。

[0018] また、低耐熱性表面実装基板のはんだバンプ形成面の外周寄りのはんだバンプ及びはんだペーストは、 Sn-Ag- Cu-In系のはんだの In含有量が 7— 9質量％のはんだ力なるものである。

発明の効果

[0019] 本発明によれば、低耐熱性表面実装部品の外周寄りが中央寄りも加熱温度が低くても、その全面にわたって、はんだバンプが溶融し、この低耐熱性表面実装部品の回路基板からの取り外しが円滑に行なわれることになる。

発明を実施するための最良の形態

[0020] 以下、本発明の実施形態を図面により説明する。

[0021] 図 1 (a)は本発明による低耐熱性表面実装部品の実施形態の要部を示す平面図であって、 1はこの実施形態の低耐熱性部品を含む表面実装部品である低耐熱性表面実装部品、 laはパッケージ、 2はコーナー部、 3ははんだバンプである。

[0022] 図 1 (a)は低耐熱性部品を含み、回路基板（図示せず）に実装 (バンプ接続)された低耐熱性表面実装部品 1としてのパッケージ laの一具体例を示すものであって、この具体例では、ボール状のはんだバンプ 3がパッケージ laの面の周辺部に設けられている（このように、はんだバンプ 3が設けられている側の面を、以下、バンプ形成面という）。

[0023] このように、周辺部に設けられた、はんだバンプ 3を周辺バンプという。低耐熱性表面実装部品としてのパッケージの一種にパッケージのピン部分をはんだバンプとした BGA(Ball Grid Array)があるが、このようなバンプ形成面側の周辺部にバンプ 3が設けられた BGAを周辺バンプ配置型 BGAと!、う。

[0024] 図 1 (b)は低耐熱性表面実装部品 1としてのパッケージ laの他の具体例を示すものであって、この具体例では、ボール状のはんだバンプ 3がパッケージ laのバンプ形成面全体に設けられている。このように配列される、はんだバンプ 3をフルグリッドバンプと、、、このようにはんだバンプ 3が配置された表面実装部品をフルグリップ型とヽう。従って、このようなフルグリッドバンプ 3が設けられた BGAをフルグリッド型 BGAという。 [0025] この実施形態では、図 1 (a) , (b)に示すようなパッケージ laのバンプ形成面での外周寄りのバンプ 3を、それ以外の場所でのはんだバンプ 3よりも、低融点のはんだで形成したものである。なお、ここでは、この「外周寄り」をコーナー部 2で表わしている。これにより、力かる低耐熱性表面実装部品 1が回路基板にバンプ接続されて実装されている実装基板（図示せず)からこの低耐熱性表面実装部品 1を取り外して回路基板を再利用する作業を行なうために、回路基板でのこの低耐熱性表面実装部品 1の部分を局所的に加熱する際、この低耐熱性表面実装部品 1の、後述するように、温度が上昇しにくい外周寄りに配置された、はんだバンプ 3も溶融し易くなるものである

[0026] ここで、はんだバンプ 3を形成する、はんだについて説明する。

[0027] 低耐熱性表面実装部品 1をはんだペーストを用いて回路基板上にはんだ付け (バンプ接続)を行なうリフローはんだ付け工程において、リフロー用のはんだとして、従来の Sn-3Ag- 0. 5Cuなどの組成 (液相線温度： 220°C)よりも融点が低ぐかつ接続信頼性が力かる Sn- 3Ag- 0. 5Cuを使用する場合よりも著しく低下しなヽ Sn- Ag- C u-In系はんだなど (液相線温度：約 210°C)を用いる場合が多!、。

[0028] また、 Sn-3Ag-0. 5Cuはんだの以外の融点が低いはんだとして、 Sn-Ag-Bi系， Sn- Ag- Bi- Cu系， Sn- Ag- Cu- In- Bi系， Sn- Zn系， Sn- Zn- Bi系の使用も考えられる。

[0029] 但し、 Biを多量に含有したはんだを使用することは、実装部品の電極 (部品電極）などへのはんだの濡れ性を向上させるために、予めこの部品電極などに施されるめつきに Pbが含まれている場合、このめつき中の Pbとはんだ中の Biとが低融点共晶相を作り出し、これがリフローはんだ付け後の挿入実装部品などの別なはんだ付け時の熱影響などで成分偏析を起こし、接続部の破断を引き起こす場合があることがわかつている。また、低耐熱性表面実装部品を保護するために、はんだ付け温度を低下させる効果を出しつつ、前述の接続部の破断を防ぐためには、 Biの含有量や Biを含有した、はんだが適用できる回路基板の種類が大きな制限を受けることになる。

[0030] また、 Znを多量に含むはんだを使用することは、電極への濡れ性が一般的に悪いことから、充分な濡れ性を確保しつつ、はんだ付け温度を低下させる効果を出す場合も同様、 Znの含有量や Znを含有した、はんだが適用できる回路基板の種類が大きな制限を受けることになる。

[0031] 以上のことからして、低耐熱性表面実装部品を回路基板に実装する際に、低耐熱性表面実装部品の保護を目的とした低温でのはんだ付けが必要な場合には、多くの場合、 Sn-Ag- Cu-In系のはんだをペーストイ匕して使用するのが望まし、ものである

[0032] ところで、融点の低い Sn-Ag- Cu-In系のはんだをはんだペーストとして使用しても、表面実装部品を回路基板にバンプ接続する場合、この表面実装部品に設ける、はんだバンプを Sn-3Ag-0. 5Cu (液相線温度： 220°C)などの融点の高い、はんだで形成すると、リフローはんだ付けの途中で溶融を開始した、はんだペーストがこのはんだバンプと接触している部分では、はんだペーストがはんだバンプと融合し、はんだペーストの融点が、はんだバンプである Sn-3Ag- 0. 5Cuの融点に近づいて高くなり、溶融不良が起こる。これを防止するためには、表面実装部品側のはんだバンプも、はんだペーストと同一系である Sn-Ag- Cu-In系のはんだで形成することが望ましい。

[0033] また、この Sn-Ag- Cu-In系のはんだペーストの Inの含有量が 7— 9質量⁰ /₀を超えると、 In自体が上記の低融点共晶相を作り出す原因となることがわ力ている。また、低耐熱性表面実装部品の保護のためには、できるだけ、はんだペーストの In含有量を多くして、はんだ付け温度を低下させる必要がある。このため、低耐熱性表面実装部品対応のリフロー用はんだとしては、 Inの含有量が 7— 9質量％であることが望ましい。

[0034] このようにして、表面実装部品側の、はんだバンプをはんだペーストと同じ組成に近づけることにより、はんだペーストと、はんだバンプとの融合による融点の上昇、即ち、はんだペーストの溶融不良を抑えることができる。但し、表面実装部品側のはんだバンプの In含有量は、接続信頼性低下を防止するために、はんだペースト側の In含有量を超えないことが望ましぐ 0— 9質量％の範囲で適当な含有量を選定する必要がある。

[0035] このように、表面実装部品側のはんだバンプをはんだペーストと同じ Sn-Ag- Cu-I n系のはんだで形成し、この表面実装部品のバンプ形成面での外周寄りでその In含有量を 7— 9質量％に近づけると、実装基板から表面実装部品を取り外して回路基板を再利用する作業を行なうために、実装基板でのこの表面実装部品の部分の局所的加熱を行なう際、温度が上昇しにくい表面実装部品の外周寄りのはんだバンプを溶融し易くすることができる。

[0036] 次に、図 1 (a) , (b)に示す低耐熱性表面実装部品 1の回路基板からの取り外しについて説明する。

[0037] ここでは、本発明による実装基板の一実施形態として、図 1 (a)に示すような低耐熱性表面実装部品である周辺バンプ配置型 BGA1 (耐熱温度： 220°C、部品サイズ: 3 Omm X 30mm,バンプピッチ： 1. 27mm,バンプ数： 256)力はんだバンプ 3と図示しない、はんだペースト (供給厚: 0. 15mm)により、図示しない回路基板に、はんだ付け (バンプ接続)された実装基板を対象物とする。

[0038] かかる実装基板での、はんだバンプやはんだペーストは、上記のように、 Sn-Ag-C u-In系のはんだから形成されたものであって、その Inの含有量は、はんだペーストとはんだバンプと 0— 9質量％であり、はんだバンプでの Inの含有量ははんだペーストの Inの含有量よりも小さいものである力この周辺バンプ配置型 BGA1のバンプ形成面での外周寄り（即ち、図 1 (a)では、コーナー部 2での）のはんだバンプ 31η含有量は 7— 9質量％とし、それ以外の場所のはんだバンプ 3よりも、融点が低いものとしている。

[0039] なお、回路基板から取り外す前の実装基板での力かる周辺バンプ配置型 BGA1では、この周辺バンプ配置型 BGA1側のはんだバンプと回路基板側のはんだペーストとは、完全に融合しているのではないが、はんだペーストは完全に溶融した状態ではんだバンプと接続されて！、る。

[0040] また、周辺バンプ配置型 BGA1はリフローはんだ付け装置によって回路基板に接続されたものであり、このリフローはんだ付け装置は加熱ゾーン (基板搬送コンベア上下に存在するヒータ対）が赤外線と熱風を併用し、この加熱ゾーン数を 10とし、はんだ付け雰囲気に窒素を使用して酸素濃度を lOOppmとする方式のものである。

[0041] 図 2は基板からの表面実装部品を取り外すための部品取外装置の一具体例を示す構成図であって、 4は回路基板、 5は部品取り外し装置、 6は載置台、 7は局所カロ熱ノズル、 8は加熱ノズルである。

[0042] 同図において、上記のように周辺バンプ配置型 BGA1が回路基板 4にバンプ接続された上記の実装基板が載置台 4a上に、上下に対向して配置された局所加熱ノズル 7と加熱ノズル 8との間にこの周辺バンプ配置型 BGA1が位置するように、載置される。そして、この回路基板 4での周辺バンプ配置型 BGA1の周りが、その下面側から、載置台 6に設けられた赤外線ランプ（図示せず)で加熱され、また、周辺バンプ配置型 BGA1が、局所加熱ノズル 7と加熱ノズル 8とで熱風が吹き付けられることにより、上下から加熱される。

[0043] 図 3は図 2に示す部品取り外し装置 5での載置台 6の構成を示す分解斜視図であつて、 6aは開口部、 6bは赤外線ランプ、 6cは取り付け具、 6dは支持台、 6eは取り付け具、 6fは支持ピンであり、図 2に対応する部分には同一符号を付けている。

[0044] 同図において、載置台 6は、例えば、横長の長方形状をなしており、その中央部にこの載置台 6の上面から下面に貫通する、例えば、断面形状が正方形や円形などをなす開口部 6aが設けられている。この開口部 6aに加熱ノズル 8の先端部が嵌め込まれている。また、載置台 6内には、この開口部 6aを除いて、赤外線ランプ 6bが所定個数設けられている。これら赤外線ランプ 6bは、その上方側に露出していてもよいし、また、載置台 6の赤外線を透過する上面で覆われるようにしてもょ、。

[0045] 支持台 6dは取り付け金具 6cに固定されており、この取り付け金具 6cにより、支持台 6dが、その長手方向が載置台 6の幅方向となるように、この載置台 6に取り付けられる。力かる取り付け金具 6cを有する支持台 6dは 2個使用され、夫々力開口部 6aに関して左右対称な位置となるように（図 2参照）、載置台 6に取り付けられる。また、 2つの支持ピン 6fが取り付け金具 6eに固定されており、この取り付け金具 6eにより、 2つの支持ピン 6fが、その長手方向が載置台 6の幅方向となるように、即ち、この同じ取り付け金具 6eに固定されている 2つの支持ピン 6fが載置台 6の幅方向に配置されるように、この載置台 6に取り付けられる。力かる支持ピン 6fが取り付けられた取り付け金具 6eは 2個使用され、夫々が、 2つの支持台 6d間で開口部 6aに関して左右対称な位置となるように（図 2参照）、載置台 6に取り付けられる。なお、支持台 6dには、吸着手段が設けられている。

[0046] 図 2に示す回路基板 4は、その周辺バンプ配置型 BGA1が開口部 6aと対向するようにして、 2つの支持台 6dと 4本の支持ピン 6fとによって支持される。このとき、支持台 6dに設けられた吸着手段により、回路基板 4は固定し持される。

[0047] このように、回路基板 4が支持された状態で、この回路基板 4での周辺バンプ配置型 BGA1が取り付けられた部分力開口部 6aを介して加熱ノズル 8から熱風が吹き付けられることにより、回路基板 4の下面側から加熱される。また、支持台 6dと支持ピン 6fとで支持された回路基板 4は、開口部 6aに対向する領域の周りの部分が、赤外線ランプ 6bから赤外線が照射されて、下面側から加熱される。

[0048] 図 4は図 2における局所加熱ノズル 7の先端部の構造を示す斜視図であって、 7aは吹き出し口、 7bは吸引ノズル、 7cは吸着盤、 7eは吸引口である。

[0049] 同図において、局所加熱ノズル 7の先端部には、その中央部に吸引ノズル 7bが、その周りに複数 (ここでは、 4個）の熱風を吹き出す吹き出し口 7aが設けられて、る。また、吸着盤 7cはゴムなどカゝら構成されており、吸引ノズル 7bに嵌め込まれる。この吸着盤 7cの中心には、吸引口 7dが設けられており、この吸着盤 7cが吸引ノズル 7b に嵌め込まれると、吸引ノズル 7bがこの吸引口 7dから外部と連通する。図示しない真空ポンプによって吸引ノズル 7bから吸気する。

[0050] 図 2に戻って、局所加熱ノズル 7は、矢印 A, B方向（載置台 6の幅方向）に移動可能であって、載置台 6に回路基板 4を載置するときには、矢印 A方向に移動していて載置台 6から外れた位置に置かれている。力かる状態で周辺バンプ配置型 BGA1がバンプ接続された回路基板 4力この周辺バンプ配置型 BGA1が載置台 6の開口部 6a (図 3)と対向するようにして、載置され、支持台 6dと支持ピン 6f (図 3)とで支持される。これとともに、支持台 6dの吸引手段が作動し、回路基板 4が支持台 6dに吸着されて固定される。

[0051] そして、局所加熱ノズル 7が、矢印 Aとは逆方向の矢印 B方向に移動して、回路基板 4上の周辺バンプ配置型 BGA1に対向し、この周辺バンプ配置型 BGA1に近接した位置に設定される。そして、この局所加熱ノズル 7の吹き出し口 7a (図 4)力熱風が周辺バンプ配置型 BGA1に上側から吹き付けられ、また、加熱ノズル 8から熱風が回路基板 4の下面に吹き付けられる。これにより、周辺バンプ配置型 BGA1を回路基板 4に固定した、はんだが加熱されて溶融する。所定時間加熱して周辺バンプ配置型 BGA1が回路基板 4から取り外しできる状態になると、局所加熱ノズル 7の吸引ノズル 7b (図 4)の吸気により、周辺バンプ配置型 BGA1に吸引力が作用して回路基板 4 から外れ、吸弓 Iノズル 7bに取り付けられてヽる吸着盤 7cに吸着保持される。

[0052] このように、周辺バンプ配置型 BGA1が吸着盤 7cに吸着保持された状態になると、局所加熱ノズル 7とカロ熱ノズル 8による加熱が停止され、局所加熱ノズル 7が矢印 A方向に移動して実装基板力周辺バンプ配置型 BGA1が取り外される。

[0053] また、回路基板 4には、力かる周辺バンプ配置型 BGA以外に、回路基板上で最も接続条件が厳しヽパッケージ長辺側にリードが設けられた 56リード TSOP (Thin Small Outline Packege)がバンプ接続されるため、はんだペーストとして、 Sn— 3Ag— 0. 5Cu— 71ηのはんだが使用され、 In含有量は、この TSOPが— 55— 125°Cにおける温度サイクル寿命 1000サイクルが確保できる最大量である 7質量％として、る。

[0054] ところで、以上の部品取り外し装置 5で回路基板 4力周辺バンプ配置型 BGA1を取り外すために、局所加熱ノズル 7と加熱ノズル 8とで周辺バンプ配置型 BGA1の部分を加熱した場合、温度が最高になるのは、局所加熱ノズル 7の熱風が吹き出される先端面の中心部に対向する場所 (即ち、周辺バンプ配置型 BGA1の面の中心部）であり、周辺バンプ配置型 BGA1の外周寄りになるほど温度が低くなる。このため、この外周寄りで融点が高いはんだバンプを使用し、この外周寄りでの温度がこのはんだバンプの融点以上となるように加熱すると、周辺バンプ配置型 BGA1の中心部側でこの周辺バンプ配置型 BGA1の耐熱温度を超えてしま!/、、周辺バンプ配置型 BGA 1の性能に悪影響を及ぼし、また、破壊してしまうことになる。そこで、この実施形態では、図 1で説明したように、周辺バンプ配置型 BGA1の外周寄りになるほど、融点温度が低!、Sn— Ag— Cu— In系のはんだからなる、はんだパンプを用いるものである。

[0055] Sn— Ag— Cu— In系のはんだでは、 In含有量を大きくなるほど、その融点が低くなつていく。そこで、前述のように、同じはんだを用いる、はんだペーストでの In含有量を越えない範囲で、かつ周辺バンプ配置型 BGA1のバンプ形成面で外周寄りになるほど、はんだバンプを構成する Sn— Ag— Cu— In系のはんだの In含有量を大きくする。但し、前述のように、この In含有量が 7— 9質量％を越えると、 In自体が前述の低融点共晶相を作り出す原因となるので、 0— 9質量％の範囲で次に説明する所定の融点が得られる In含有量とする。

[0056] ここで、周辺バンプ配置型 BGA1でその中央部で用いる、はんだバンプよりも融点が低いはんだバンプを用いる外周寄りは、図 5 (a)に示すように、周辺バンプ配置型 BGA1の中央点 0を中心とする半径 Rの円周よりも外側の領域とする。この半径 Rとしては、例えば、図 2—図 4に示す部品取り外し装置 5において、局所加熱ノズル 7,加熱ノズル 8及び赤外線ランプ 6bで回路基板 4を加熱したときのこの回路基板 4での温度分布に応じて決める。

[0057] そして、この半径 Rの円周よりも内側の領域 (即ち、中央寄り）をそこでのはんだパンプの融点以上で、かっこの周辺バンプ配置型 BGA1の耐熱温度（上記の例では、 2 20°C)よりも低い温度に加熱されたとき、周辺バンプ配置型 BGA1のバンプ形成面での半径 Rの円周よりも外側の領域 (即ち、外周寄り）では、中央寄りのこの加熱温度よりも低い温度で加熱されることになる力この低い加熱温度以下の融点の Sn— Ag— Cu-In系のはんだ力もなる、はんだバンプ 3をこの外周寄りに設けるようにする。図 1 ( a)に示す周辺バンプ配置型 BGAlでは、この外周寄りの領域をコーナー部 2として表わしているものである。

[0058] このように、外周寄りの領域が設定され、この外周寄りの領域での、はんだバルブ 3 が中央寄りよりのはんだバンプ 3よりも低融点のはんだで形成している場合、図 2—図 4で示す部品取り外し装置 5で力かる周辺バンプ配置型 BGA1を回路基板 4力取り外すときには、この周辺バンプ配置型 BGA1のバンプ形成面の中心点 0が局所加熱ノズノレ 7の中心（即ち、吸引ノズル 7b)に対向するように、回路基板 4にこの周辺バンプ配置型 BGA1がバンプ接続された実装基板を載置台 6に載置する。かかる状態にして周辺バンプ配置型 BGA1を、そのバンプ形成面の中央寄りで、この周辺バンプ配置型 BGA1の耐熱温度よりも低ぐかつ、はんだバンプ 3の融点以上の温度に加熱すると、このバンプ形成面の外周寄りでも、そこでの、はんだバルブ 3の融点以上の温度で加熱されることになる。これにより、周辺バンプ配置型 BGA1のバンプ形成面全体の、はんだバンプ 3が溶融し、周辺バンプ配置型 BGA1の回路基板 4からの取り外しが可能となる。

[0059] また、図 5 (b)に示すように、周辺バンプ配置型 BGA1の中心点 0を中心とし、異なる半径 Rl, R2 (但し、 R1 >R2)の円周で 3個の領域を区分し、これらの領域のうちの外周寄りの領域のはんだバンプ 3ほど、融点の低いはんだで形成するようにしてもよい。即ち、半径 R2の円周より内側のはんだバンプの融点を Ta、半径 Rl, R2の円周間の領域でのはんだバンプの融点を Tb、半径 Rl円周よりも外側の領域でのはんだバンプの融点を Tcとすると、 Ta>Tb >Tcとするものである。勿論、かかる領域を 3以上設定し、外周寄りになるにつれてそこでのはんだバルブの融点が順次低くなるようにしてもよいし、領域として区分するのではなぐ周辺バンプ配置型 BGA1の中心点力も離れるにつれて、はんだバルブ 3の融点が順次低くなるようにしてもよい。

[0060] このように融点が設定された、はんだバルブ 3を用いて回路基板 4にバンプ接続された周辺バンプ配置型 BGA1を図 2—図 4に示す部品取り外し装置 5で取り外す場合、局所加熱ノズル 7と加熱ノズル 8とで熱風を周辺バンプ配置型 BGA1に吹き付けて加熱するとともに、吸着盤 7c (図 4)でこの周辺バンプ配置型 BGA1を吸引した状態にする。これにより、周辺バンプ配置型 BGA1のはんだバルブ 3が溶融すると、この吸着盤 7cによる吸着により、周辺バンプ配置型 BGA1が回路基板 4力外れることになる。

[0061] ここで、上記のように、図 2—図 4で説明した部品取り付け装置 5に上記の周辺バンプ配置型 BGA1が回路基板 4にはんだ付け (バンプ接続)された実装基板を取り付け、この周辺バンプ配置型 BGA1のバンプ形成面の中央部とコーナー部との温度を測定するための熱電対を設けた。そして、上記のように、局所加熱ノズル 7と加熱ノズル 8とによってこの周辺バルブ配置型 BGA1を加熱し、また、赤外線ランプ 6bによつて回路基板 4を加熱し、上記熱電対の測定結果を用いて、周辺バルブ配置型 BGA 1のバンプ形成面の中央部でのピーク温度をこの周辺バルブ配置型 BGA1の耐熱温度である 220°Cに調整したところ、この周辺バルブ配置型 BGA1のバンプ形成面のコーナー部でのピーク温度は 205°Cとなった。

[0062] そして、力かる周辺バルブ配置型 BGA1のはんだバンプに Sn— 3Ag— 0. 5Cuのはんだを用いたところ、そのコーナー部のはんだ接続部 7点ではんだペーストの溶融不良が発生したが、周辺バルブ配置型 BGA1のバンプ形成面での外周寄りのはんだバンプを Sn— 3Ag—0. 5Cu— (4一 7質量⁰ /₀) Inとしたところ、コーナー部でのはんだペーストの溶融不良が発生せず、回路基板 4力周辺バルブ配置型 BGA1を良好に取り外すことができた。さらに、バンプはんだの In含有量が 0質量％, 4質量％, 7質量％夫々の場合の周辺バルブ配置型 BGA1のコーナー部のはんだ接続部の— 55 一 125°Cにおける温度サイクル試験を実施した結果、図 6に示すように、合格基準の 1000サイクルは確保できて!/、ることがわかった。

[0063] 以上のように、回路基板 4に周辺バルブ配置型 BGA1がバンプ接続された実装基板に対し、この周辺バルブ配置型 BGA1のバンプ形成面の中央寄りと外周寄りとでの、はんだバンプとして、中央寄りではんだバンプを溶融できる温度に加熱したときのこの外周寄りの加熱温度に応じた融点（即ち、上記の In含有量)の、はんだで形成することにより、周辺バルブ配置型 BGA1全体ではんだバンプが溶融することになつて、回路基板 4力の周辺バルブ配置型 BGA1の取り外しが容易に可能となり、しかも、回路基板 4や周辺バルブ配置型 BGA1の性能に影響を与えることなぐ回路基板 4から周辺バルブ配置型 BGA1を取り外すことができる。

[0064] なお、以上は図 1 (a)に示す周辺バンプ配置型 BGA1の場合であった力図 1 (b) に示すように、 BGAの面全体にはんだバンプが設けられるフルグリップ型 BGA (例えば、而熱温度： 220°C、部品サイズ： 23mmX 23mm、バンプピッチ： 1. Omm、バンプ数： 484のもので、供給厚： 0. 15mmのはんだペーストによって回路基板にバンプ接続されたもの）の場合も同様である。

[0065] 次に、低耐熱性表面実装部品の回路基板へのリフローはんだ付けについて説明する。

[0066] リフローはんだ付けでは、上記のように、 Pbフリーはんだの中で代表的な Sn— 3Ag

0. 5Cuはんだが高い接続信頼性 (一 55°C— 125°C、 1サイクル/ hの条件の温度サイクル試験において）を有していることから、低耐熱性表面実装部品のはんだバンプをこの Sn— 3Ag— 0. 5Cuはんだで形成している。し力し、かかるはんだバンプを用いて低耐熱性表面実装部品を回路基板にリフローはんだ付けするために、回路基板全体を熱風を吹き付けて加熱すると、低耐熱性表面実装部品と回路基板との接続部の構造上、低耐熱性表面実装部品と回路基板との間の低耐熱性表面実装部品の中心寄りは熱風が到達しにくぐ温度が上昇しにくい。このため、この中央寄りのはんだバンプを溶融させるようにすると、低耐熱性表面実装部品のノッケージ部の温度がその耐熱温度を超過し、ノッケージ部の性能に悪影響を与えることになる。

[0067] そこで、本発明による低耐熱性表面実装部品では、そのはんだバンプが設けられる面での外周寄りのはんだバンプに比べ、中央寄りのはんだバンプを低融点のはんだで形成するものであり、力かる低耐熱性表面実装部品を回路基板にはんだ付けするために、この回路基板全体を加熱したとき、温度が上昇しにくい低耐熱性表面実装部品の中央寄りのはんだバンプも溶融し易いようにする。

[0068] 以下、このためのはんだの糸且成について説明する。

[0069] バンプ接続を行なう低耐熱部品を含む低熱性表面実装部品をはんだペーストを用いて回路基板上にはんだ付けを行なうリフローはんだ付け工程において、リフロー用のはんだとして、従来の Sn-3Ag- 0. 5Cuなどの組成 (液相線温度： 220°C)よりも融点が低ぐ接続信頼性がこの Sn-3Ag- 0. 5Cuを使用する場合よりも著しく低下しな V、Sn-Ag- Cu-In系はんだなど (液相線温度：約 210°C)を用いる場合が多、。

[0070] ところで、 Sn-Ag- Cu-In系はんだ以外に融点の低、はんだとして、 Sn-Ag- Bi系 , Sn- Ag- Bi- Cu系， Sn- Ag- Cu- In- Bi系， Sn- Zn系， Sn- Zn- Bi系の使用も考えられる。

[0071] 但し、 Biを多量に含有したはんだを使用すると、表面実装部品の電極などへのはんだの濡れ性を向上させるために、予めこの部品電極などに施されるめっきに Pbが含まれている場合、このめつき中の Pbとはんだ中の Biとが低融点共晶相を作り出し、これがリフローはんだ付け後の挿入実装部品などの別のはんだ付け時の熱影響などで成分偏析を起こし、接続部の破断を引き起こす場合があることがわ力つている。また、低耐熱性表面実装部品を保護するために、はんだ付け温度を低下させる効果を出しつつ上記の破断を防ぐためには、 Bi含有量や Bi含有はんだが適用できる回路基板の種類が大きな制限を受けることになる。

[0072] また、 Znを多量に含むはんだを使用すると、表面実装部品の電極への濡れ性が一般的には悪いことから、充分な濡れ性を確保しつつはんだ付け温度を低下させる効果を出す場合も同様、 Zn含有量や Zn含有はんだが適用できる回路基板の種類が大きな制限を受けることになる。

[0073] 以上のことから、低耐熱性表面実装部品の保護を目的とした低温でのはんだ付けが必要な際には、多くの場合、 Sn-Ag- Cu-In系のはんだをペーストイ匕して使用するのが望ましい。

[0074] しかし、リフローはんだ付けの際の上記の溶融不良は、はんだペーストとして、融点の低い Sn-Ag- Cu-In系はんだを使用しても、バンプ接続を行なう表面実装部品の場合、この表面実装部品のはんだバンプが Sn-3Ag- 0. 5Cu (液相線温度： 220°C) などの融点の高いはんだで形成されていると、リフローはんだ付けの途中で溶融を開始した、はんだペーストがこのはんだバンプと接触して、る部分でこのはんだペーストと融合し、融点が Sn-3Ag- 0. 5Cuに近づいて高くなつたことによるものと考えられる

[0075] このため、この融合部分のはんだ組成を、ペースト本来の組成より逸脱しにくい状態をする必要がある。このためには、表面実装部品側のはんだバンプも、回路基板側のはんだペーストと同一系である Sn-Ag- Cu-In系にすることが望ましい。

[0076] また、 Sn-Ag-Cu-In系はんだからなるはんだペーストでの In含有量が 7— 9質量 %を超えると、 In自体が上記の低融点共晶相を作り出す原因となることがわ力つて!、る。また、低耐熱性表面実装部品保護のためには、できるだけはんだペーストの In含有量を多くしてはんだ付け温度を低下させる必要があるため、低耐熱性表面実装部品対応のリフロー用はんだでは、 In含有量が 7— 9質量％であることが望ましい。

[0077] このように、低耐熱性表面実装部品側のはんだバンプもはんだペーストと同じ組成に近づけると、はんだペーストとはんだバンプの融合による上記の融点の上昇、即ち、はんだペーストの溶融不良が起こりに《なる。但し、低耐熱製氷面実装部品側のはんだバンプの In含有量は、接続信頼性低下を防止するため、はんだペーストの In 含有量を超えないことが望ましぐ 0— 9質量％の範囲で適当な含有量を選定して使用する必要がある。

[0078] 図 7は力かる低耐熱性表面実装部品のパッケージの具体例を示す平面図であって、同図（a)は周囲バンプ配置型 BGA、同図（b)はフルグリッド型 BGAを夫々示し、図 1に対応する部分には、同一符号を付けている。但し、 2aは外周寄り、 2bは中央寄り、 8は外周寄り 2aと中央寄り 2bとの境界である。

[0079] 同図（a) , (b)において、 BGA1の外辺から一定の距離の位置を境界 8として、この境界の外側を外周寄り 2a、内側を中央寄り 2bとしている。そして、中央寄り 2bのはんだバンプ 3は、外周寄り 2aのはんだバンプ 3よりも、融点が低いはんだで構成されている。

[0080] ここで、図 1に示す実施形態でのはんだバンプ 3の説明し重複する部分があるが、はんだバンプ 3について説明する。

[0081] 低耐熱性表面実装部品 1をはんだペーストを用いて回路基板上にはんだ付け (バンプ接続)を行なうリフローはんだ付け工程において、リフロー用のはんだとして、従来の Sn-3Ag- 0. 5Cuなどの組成 (液相線温度： 220°C)よりも融点が低ぐかつ接続信頼性が力かる Sn- 3Ag- 0. 5Cuを使用する場合よりも著しく低下しなヽ Sn- Ag- C u-In系はんだなど (液相線温度：約 210°C)を用いる場合が多!、。

[0082] また、 Sn-3Ag-0. 5Cuはんだの以外の融点が低いはんだとして、 Sn-Ag-Bi系， Sn- Ag- Bi- Cu系， Sn- Ag- Cu- In- Bi系， Sn- Zn系， Sn- Zn- Bi系の使用も考えられる。

[0083] 但し、 Biを多量に含有したはんだを使用することは、実装部品の電極 (部品電極）などへのはんだの濡れ性を向上させるために、予めこの部品電極などに施されるめつきに Pbが含まれている場合、このめつき中の Pbとはんだ中の Biとが低融点共晶相を作り出し、これがリフローはんだ付け後の挿入実装部品などの別なはんだ付け時の熱影響などで成分偏析を起こし、接続部の破断を引き起こす場合があることがわかつている。また、低耐熱性表面実装部品を保護するために、はんだ付け温度を低下させる効果を出しつつ、前述の接続部の破断を防ぐためには、 Biの含有量や Biを含有した、はんだが適用できる回路基板の種類が大きな制限を受けることになる。

[0084] また、 Znを多量に含むはんだを使用することは、電極への濡れ性が一般的に悪いことから、充分な濡れ性を確保しつつ、はんだ付け温度を低下させる効果を出す場合も同様、 Znの含有量や Znを含有したはんだが適用できる回路基板の種類が大きな制限を受けることになる。

[0085] 以上のことからして、低耐熱性表面実装部品の保護を目的とした低温でのはんだ付けが必要な際には、多くの場合、 Sn-Ag- Cu-In系のはんだをペーストイ匕して使用するのが望まし、ものである。

[0086] ところで、はんだペーストに融点の低い Sn-Ag- Cu-In系のはんだを使用しても、表面実装部品を回路基板にバンプ接続する場合、この表面実装部品に設ける、はんだバンプを Sn-3Ag-0. 5Cu (液相線温度： 220°C)などの融点の高いはんだで形成すると、リフローはんだ付けの途中で溶融を開始した、はんだペーストがこのはんだバンプと接触している部分では、はんだペーストがはんだバンプと融合し、はんだペーストの融点がはんだバンプである Sn-3Ag-0. 5Cuの融点に近づいて高くなり、溶融不良が起こる。これを防止するためには、表面実装部品側のはんだバンプも、はんだペーストと同一系である Sn-Ag- Cu-In系のはんだで形成することが望ましい

[0087] また、この Sn-Ag- Cu-In系のはんだペーストの Inの含有量が 7— 9質量⁰ /₀を超えると、 In自体が上記の低融点共晶相を作り出す原因となることがわ力ている。また、低耐熱性表面実装部品の保護のためには、できるだけはんだペーストの In含有量を多くしてはんだ付け温度を低下させる必要がある。このため、低耐熱性表面実装部品対応のリフロー用はんだとしては、 Inの含有量が 7— 9質量％であることが望ましい

[0088] このようにして、表面実装部品側のはんだバンプをはんだペーストと同じ Sn-Ag-C u-In系のはんだの糸且成に近づけることにより、はんだペーストとはんだバンプとの融合による融点の上昇、即ち、はんだペーストの溶融不良を抑えることができる。但し、表面実装部品側のはんだバンプの In含有量は、接続信頼性低下を防止するために、はんだペースト側の In含有量を超えないことが望ましぐ 0— 9質量％の範囲で適当な含有量を選定する必要がある。

[0089] そして、表面実装部品の面の中央寄りでのはんだバンプを、外周寄りのはんだバンプに対し、 In含有量が多くして（即ち、 In含有量を 7— 9質量％に近づけて)融点が低いはんだで形成することにより、回路基板に表面実装部品をはんだ付け (バンプ接続 )するために、回路基板を加熱した場合、温度が上昇しにくい表面実装部品の中央寄りのはんだバンプも溶融し易くなり、このはんだバンプとはんだペーストとが融合して良好なバンプ接続が得られることになる。

[0090] 次に、リフローはんだ付け工程の具体例について説明する。

[0091] ここでは、低耐熱性表面実装部品 1として、図 7 (b)に示すようなフルグリッド型 BGA

(而熱温度： 220°C、部品サイズ： 23mm X 23mm、バンプピッチ： 1. Omm、バンプ数: 484)とする。リフローはんだ付け工程では、力かるフルグリッド型 BGA1をはんだペースト (供給厚: 0. 15mm)を印刷した回路基板（図示せず）に搭載し、供給したはんだペーストがリフローできる最低温度条件でリフローはんだ付けをすることにした。

[0092] リフローはんだ付けに使用する装置は、 5個の加熱ゾーン (基板搬送コンベアの上下に存在するヒータ対)が赤外線と熱風を併用し、はんだ付け雰囲気に窒素を使用して酸素濃度を lOOppmとする方式のものである。

[0093] なお、力かるフルグリッド型 BGA1以外に、回路基板上で最も接続条件が厳しいパッケージの長辺側にリードの付、た 48リード TSOPが接続されるため、はんだペースト中の In含有量は、この TSOPが— 55— 125°Cにおける温度サイクル寿命 1000サイクルが確保可能とできる最大量である 7質量％とし、組成が Sn— 3Ag— 0. 5Cu-7In のはんだを使用した。

[0094] また、リフローはんだ付けの際、温度が最低になる場所はこのフルグリッド型 BGA1 の中央寄り 2b (図 7)に存在するはんだ接続部であり、フルグリッド型 BGA1中で温度が最高になる場所はその外周寄り 2a (特に、コーナー部：図 7)であって、この部分の温度がフルグリップ型 BGA1の耐熱温度である 220°Cを超えなければよいことになる

[0095] そこで、フルグリッド型 BGA1を回路基板にリフローはんだ付けする際、フルグリッド型 BGA1の中央寄り 2bのはんだ接続部とこのフルグリッド型 BGA1のパッケージ la のコーナー部とに夫々熱電対を設置し、夫々での温度を測定したところ、フルダリツプ型 BGA1のパッケージ laのコーナー部のピーク温度を 220°Cに調整したとき、このフルグリップ型 BGA1の中央寄り 2bでのはんだ接続部のピーク温度は 204°Cであつ [0096] また、力かるリフローはんだ付けで得られたフルグリッド型 BGA1にお、て、はんだバンプ 3を Sn— 3Ag—0. 5Cu系のはんだで形成した場合、フルグリッド型 BGA1の中央寄り 2bのはんだ接続部 5点ではんだペーストの溶融不良が発生した力はんだバンプ 3を、上記のようにして、 Sn— 3Ag— 0. 5Cu— (4一 7) Inのはんだで形成した場合には、力かるはんだペーストの溶融不良が発生しなかった。

[0097] さらに、はんだバンプ 3での In含有量力 ^質量％, 4質量％, 7質量％夫々の場合でのフルグリッド型 BGA1の中央寄り 2bのはんだ接続部の— 55— 125°Cにおける温度サイクル試験を実施したところ、図 8に示す結果が得られ、合格基準の 1000サイクルが確保できて、ることが確認できた。

[0098] なお、以上は、図 7 (a)に示す周辺バンプ配置型表面実装部品 1についても同様である。

産業上の利用可能性

[0099] 以上詳しく説明したように、本発明によれば、回路基板にはんだ付けされて、る低耐熱表面実装部品を、回路基板や低耐熱表面実装部品の性能に影響を与えることなぐ回路基板力取り外すことができるため信頼性に優れた低耐熱性表面実装部品及びこれをバンプ接続した実装基板のリサイクルを可能とし、資源の有効活用を図ることができ経済性に優れて、る。

図面の簡単な説明

[0100] [図 1]図 1は本発明による低耐熱性表面実装部品の具体例を示す正面図である。

[図 2]図 2は図 1に示す低耐熱性表面実装部品を回路基板から取り外すための装置の一具体例の要部を示す図である。

[図 3]図 3は図 2に示す装置における載置台の構成を示す分解斜視図である。

[図 4]図 4は図 2に示す装置における局所加熱ノズルの先端部の構成を示す図である

[図 5]図 5は図 1での低耐熱性表面実装部品での外周寄りと中央寄りとを説明する図である。

[図 6]図 6は図 2に示す装置で回路基板力低耐熱性表面実装部品を取り外し可能としたときの実装基板の— 55— 125°Cにおける温度サイクル試験の結果を示す図である。

[図 7]図 7はリフローはんだ付け工程ではんだ付けする低耐熱性表面実装部品の具体例を示す正面図である。

[図 8]図 8は図 7に示す低耐熱性表面実装部品を回路基板にリフローはんだ付けして得られた実装基板の— 55— 125°Cにおける温度サイクル試験の結果を示す図である符号の説明

1 · · ·低耐熱性表面実装部品、

la…ノッケージ、

2…コーナー部、

2a…外周寄り、

2b…中央寄り、

3· · ·はんだバンプ、

4…回路基板、

5…部品取り外し装置、

6…載置台、

6a…開口部、

6b…赤外線ランプ、

6c…取り付け金具、

6d…支持台、

6e…取り付け金具、

6f…支持ピン、

7…局所加熱ノズル、

7a…吹き出し口、

7b…吸引ノズル、

7c…吸着盤、

7d…吸引口、

8· · ·ί¾界。

Claims

請求の範囲

[1] 回路基板にバンプ接続された低耐熱性表面実装部品であって、

該バンプ接続のためのはんだバンプの融点が、該低耐熱性表面実装品の耐熱温度以下であって、かつ該低耐熱性表面実装品のバンプ形成面の中央寄りよりも、外周寄りで低!ヽことを特徴とする低耐熱性表面実装部品。

[2] 低耐熱性表面実装基板が回路基板にバンプ接続されてなる実装基板であって、該バンプ接続のためのはんだバンプが該低耐熱性表面実装品の耐熱温度以下の融点のはんだ力なり、

かつ該低耐熱性表面実装品の、はんだバンプ形成面の中央寄りの、はんだバンプよりも外周寄りの、はんだバンプが低融点であることを特徴とする実装基板。

[3] 請求項 2において、

前記回路基板には、はんだペーストが設けられ、

該はんだペーストと前記はんだバンプとの融合によって低耐熱性表面実装基板が回路基板にバンプ接続されていることを特徴とする実装基板。

[4] 請求項 3において、

前記はんだバンプと前記はんだペーストは、 Sn-Ag-Cu-In系、 Sn-Ag-Bi系， Sn - Ag- Bi- Cu系， Sn- Ag- Cu- In- Bi系， Sn- Zn系， Sn- Zn- Bi系のいずれかのはんだ力なることを特徴とする実装基板。

[5] 請求項 3または 4において、

前記はんだバンプ及び前記はんだペーストは、

-Cu-In系のはんだカゝら形成されていることを特徴とする実装基板。

6.請求の範囲 5において、

前記低耐熱性表面実装基板の前記はんだバンプ形成面の外周寄りの前記はんだバンプ及び前記はんだペーストは、 Sn-Ag- Cu-In系のはんだの In含有量が 7— 9 質量％のはんだ力なることを特徴とする実装基板。