(57)【要約】【課題】ＢＧＡ型構成部品が、これまでプリント回路上にはんだ付けされていた温度より高い融解温度で、はんだを使用可能にする。【解決手段】本発明は、ＢＧＡ型電子構成部品のバッキング１０を形成する領域２０と、前記領域と直角の電気加熱抵抗体２５Ａとを含む電子基板１に関し、前記電気抵抗体は、板に電子構成部品をはんだ付けするための熱量を供給することができ、電子基板は、電気絶縁層２２、２４、２６と交互の複数の導電層２１、２３、２５、…を含み、前記電気加熱抵抗体２５Ａは、表面層２１のすぐ下の導電層の１つを形成することを特徴とする。基板は、必要に応じて熱ドレインを含む。本発明は、また方法を実現するための設備に関する。また本発明によって、はんだ剥がれまたは隣接する部材に損傷を与える危険なしに、欠陥部材を交換することにより電子基板を修理できる。【選択図】図２
2008193083.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＢＧＡ型電子構成部品のバッキング（１０）を形成する領域（２０）と、前記領域と直角の電気加熱抵抗体（２５A）とを含む電子基板（１）であって、前記電気加熱抵抗体が、板に電子構成部品をはんだ付けするための熱量を供給することができ、
電子基板が、電気絶縁層（２２、２４、２６）と交互の複数の導電層（２１、２３、２５、…）を含み、前記電気加熱抵抗体（２５Ａ）が、表面層（２１）のすぐ下にある導電層の１つを形成することを特徴とする、基板。
【請求項２】
電子構成部品のバッキング（１０）を形成する前記領域（２０）が、上に電子構成部品がはんだ付けされる複数のウェハ（２１Ａ）を含み、
電気加熱抵抗体が、前記ウェハの下に配置された加熱表面（２５Ａ１）を含む、請求項１に記載の基板。
【請求項３】
電気加熱抵抗体が、外部電源に接続するための接点を形成する手段（２７、２７’）を含む、請求項１または２に記載の基板。
【請求項４】
熱ドレイン（２８）を含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の基板。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載のプリント回路電子基板にＢＧＡ型電子構成部品をはんだ付け／はんだ取り外しする方法であって、
電子構成部品に対して電子基板の反対面からのはんだ付けの第１の加熱を行うことを含み、
前記電気加熱抵抗体が、融解温度まではんだ付け温度を上昇するために熱の補足的供給を提供する、方法。
【請求項６】
反対面からの前記はんだ付け加熱が、加熱板による伝導を介して達成される、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
電子構成部品に供給される熱ガスによる第２の加熱を行うことを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
熱ガスが、前記電子構成部品を一掃した後に、ガス排出手段を備えるベルにより案内される、請求項７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子基板の分野、詳細には、はんだ付けによって基板に構成部品を取り付けおよび取り外す手段に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子基板は、全体としてプリント回路と称される平坦なバッキングを備え、平坦なバッキングは、電気絶縁体により相互に分離される、導体のスタック（いわゆる層）からなる。電子構成部品は、このようなバッキング上に取り付けられ、電気接続は、プリント回路上のプロッティングランド（ｐｌｏｔｔｉｎｇ  ｌａｎｄ）にはんだ付けされた金属タブにより提供される。バッキングは、一般に、この分野では頭字語ＰＣＢ（プリント回路基板）と称される。
【０００３】
周辺出力型の従来の構成部品、すなわち電子チップを収容するハウジングの周辺に配置された接続タブを有する従来の構成部品は、容易に基板にはんだ付けされることができる。はんだを融解するのに必要な熱、およびはんだ付け作業は、過度の加熱により構成部品に損傷を与える危険なしに、熱源を周辺のタブに近付けることにより実施できる。
【０００４】
技術開発により、現在では、いわゆる表面出力を有するより小型の構成部品を使用することが可能にされている。図１には、この分野においてＢＧＡ（ボールグリッドアレイ）と呼ばれる型の構成部品１０を示す図が描かれている。構成部品は、封入材料１２に埋め込まれ、下部が基板１３に取り付けられた電子チップ１１を含む。プロッティングボール（ｐｌｏｔｔｉｎｇ  ｂａｌｌ）１５は、基板の反対側に組み込まれ、グリッドとして配置される。ボールの一部１５Ａは、適切な電気接続手段１６Ａを介してチップ１１と電気接続される。基板の中央部に配置されるいくつかのボール１５Ｂは、接続手段１６Ｂを介してチップと電気的におよび熱的に接続され、これによりハウジングからＰＣＢへチップの熱量を放散する。
【０００５】
しかしながら、周辺出力を有する構成部品と比較すると、表面出力構成部品を使用することは、ボールが、別の方法では利用できないため、構成部品を加熱してはんだ付けすることを必要とする不都合を有する。したがって、このような構成部品をはんだ付けまたははんだ取り外しするには、はんだ合金の融解温度（例えば鉛ベースの合金では１９５℃である）で、ハウジングを加熱することが要求される。温度は、チップ保持温度（２５０℃）より低く維持されることが保証されなければならない。
【０００６】
さらに、いくつかの航空学用途では、電子基板は、非冷却空気が内部で循環するハウジング内に収容されている。したがって、いわゆる熱ドレインである１つまたは複数の金属箔（一般的に銅から作られる）が、発熱する電子構成部品と電子基板を含有する金属ハウジングの外側との間の伝導を介して熱を放散できるように、ＰＣＢと呼ばれるバッキングに挿入される。さらに、詳細には、航空学用途においては、耐候性ラッカーが、基板全体を覆い、湿気から基板を保護する。
【０００７】
いくつかの用途では、例えば航空学用途では、電子基板は高コストであるため、欠陥構成部品を交換することにより、基板を修理できることが重要である。交換は、隣接する構成部品を妨害することなく実施されなければならない。困難なステップは、交換されるべき構成部品のみのはんだ融解を実現するために、十分な熱量を局所的に提供することを含む。
【０００８】
このような設定においては、熱ドレインおよび耐候性ラッカーの存在は、ＢＧＡ型の構成部品を交換するとき、すなわち、この構成部品をバッキングからはんだ取り外しおよび再はんだ付けをするとき、不都合となる。
【０００９】
従来技術の一般的な解決方法は、バッキングが熱ドレインを備える場合は、新しい構成部品のはんだ付け、または既存の構成部品のはんだ取り外しに対しては適切ではない。このような場合には、熱ドレインを通して構成部品を取り外すには、より多量の熱を提供することが要求される。このような過大な熱は、隣接する構成部品に対して有害である。さらに、次に、耐候性ラッカーが加熱温度で融解し得ることになる。ラッカーは、隣接するはんだ内に侵入し、電気接続に損傷を与える可能性がある。
【００１０】
本出願人は、仏国特許出願公開第２，８６４，４１９号明細書において、１つの解決方法を提供している。前記構成部品のための少なくとも１つの熱ドレインを備えるバッキング上で、修理する電子構成部品をはんだ付けするこのような方法であり、第１の温度で活性化される剥離フラックスを含有するはんだペースト、および第１の温度より高い第２の温度で融解するはんだ合金を用いる、方法であって、
前記第１の温度まで熱ドレインを通してバッキングを予熱するステップと、
はんだペーストとともにバッキング上に構成部品を位置決めするステップと、
十分な高温度で熱ガスを供給することにより構成部品を加熱して、フラックスを活性化しかつはんだ合金を第２の温度にするステップとを含む。
【００１１】
このような種類の方法で使用されるはんだペーストは、一般に、ほぼボール形状のはんだ合金と、表面処理のための極めて少ないフラックスと、シンナーまたは溶剤とを含む。しかしながら、予熱作業中におけるバッキングの熱ドレインを横切る加熱により、熱供給は、フラックスを活性化するのに必要とされる熱に制限され、バッキングおよび隣接する構成部品の温度は、これらのはんだ合金の再融解の温度より低い温度に留まる。さらに、はんだ合金が融解温度に達するのに必要な熱は、構成部品の上方に熱ガスノズルにより局所的に提供される。基板の予熱は、対象構成部品の反対側上の基板の下に配置される加熱板による対流によって発生する。
【００１２】
熱気を用いて構成部品を加熱することは、第２の温度より低い中間温度における予熱ステップを含む。基板は、少なくとも予熱ステップの間はエンクロージャ内に置かれ、基板上の温度を均一にできる。熱ガスは、構成部品が一掃された後に、ガス戻りチムニー形成手段に結合される、基板平面に垂直に配置されたノズルにより供給される。
【００１３】
上述の特許出願では、また、電子基板の組立および修理設備が開示されており、これらは従来の方法を実施可能であり、前記基板を固定する手段と、基板の一方側を熱伝導により加熱する手段と、前記基板の他方側を熱ガスで加熱する加熱板からなる手段とを備える。このような設備は、上述のはんだ付け方法を実行すること、および隣接する構成部品を妨害することなく、交換されるべき構成部品のはんだ取り外しを実行することの両方を提供する。
【００１４】
この方法は、使用される合金が、１９５℃に調整できる融解温度を有する錫鉛合金としての鉛をベースとする場合に極めて適している。この方法は、環境規制に従い、かつ構成部品が耐えられる制限温度より高いおよびほぼ近い融解温度を有する、鉛を含まない合金を用いてはんだ付けすることにはもはや適合しない。この結果、環境規制を満たす錫、銅、および銀から作られるなどの合金は、上述の合金より３５℃高い２３０℃の融解温度を有するが、本質的に構成部品の制限温度２５０℃に近い。
【特許文献１】仏国特許出願公開第２，８６４，４１９号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
したがって本発明は、ＢＧＡ型構成部品が、これまでプリント回路上にはんだ付けされていた温度より高い融解温度で、はんだを使用可能にすることを目的とする。
【００１６】
本発明は、また、上述の特許出願の目的である従来技術の方法を改善することを目的とする。このような技術は、さらに、電子基板を修理することと、基板の一部に損傷を与える可能性がある熱応力を基板に生成することなく、構成部品を除去することとを提供する。さらに詳細には、取り外される構成部品のはんだ合金を融解するのに必要な熱供給源を、隣接する構成部品またはバッキングの下に配置された構成部品の接続に損傷を与えることなく配置できる。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明によれば、このような目的は、ＢＧＡ型構成部品のバッキング形成領域と、前記領域と直角の電気加熱抵抗体とを含む電子基板により達成され、前記電気加熱抵抗体は、基板上に構成部品をはんだ付けするための熱量を供給することができ、前記電子基板は、さらに電気絶縁層と交互の複数の導電層を含み、前記電気加熱抵抗体は、表面層のすぐ下にあるこのような導電層の１つを形成することを特徴とする。
【００１８】
加熱抵抗体を組み込むことにより、必要とされる補足熱量を供給することを可能にする。この補足熱量を供給する事例は、熱ドレインを含む基板の場合において、鉛合金より高い融解温度を有する材料を用いてはんだ付けする場合である。はんだ付けは、一方の側を加熱する熱気によって、および他方の側では加熱板を用いた熱供給によって実行される。追加の抵抗体により、電子構成部品に影響を与えることなく、はんだ付け部への熱供給を制限できる。解決方法の対象は、第１に熱ドレインを含む基板に対して見られるが、加熱抵抗体の追加は、また熱ドレインを含まない基板の事例に対しても適切である。
【００１９】
ここでは、追加の抵抗体は、航空学において使用されるような電子基板を含むと想定される加熱抵抗体と間違われてはならないこと、および極めて低温度で基板全体の満足な動作を可能にするように、基板全体に十分な熱量を提供する機能を有する必要があることに留意すべきである。
【００２０】
別の特徴によれば、前記電子構成部品のバッキング形成領域は、その上に構成部品がはんだ付けされる複数のウェハを含み、加熱抵抗体の形成加熱領域は、前記ウェハの下、好ましくはウェハのすぐ下に配置される。
【００２１】
本発明の基板は、ＢＧＡ型電子構成部品または任意の型の構成部品のはんだ付け／はんだ取り外し方法の分野において特に重要であり、アクセス不可能なはんだ接合部は、構成部品に対して基板の反対側からのはんだ付けの第１の加熱を含み、前記加熱抵抗体は、例えば融解温度まではんだ付け温度を上昇するために、熱の補足的供給を提供する。
【００２２】
さらに詳細には、反対側からの前記はんだ加熱は、加熱板による伝導によって達成される。
【００２３】
別の特徴によれば、この方法は、構成部品に供給される熱ガスによる第２の加熱を実現することを含む。
【００２４】
次に、本発明は、添付図面を参照してさらに詳細に説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
図２では、ＢＧＡ電子構成部品の取り付け領域に、本発明の手段を組み込んでいる電子基板が部分的に示されている。基板２０は、電気絶縁層２２、２４、２６間に挿入された、複数の電気導電層２１、２３、２５、…を含む。これらのそれぞれ最初の３つのみここに示されているが、基板は、通常さらに多数の電気導電層を含む。また図３に示されている第１の層２１は、はんだボール１５を介して構成部品と電気接触を形成するウェハ２１Ａを含む。ウェハ２１Ａは、図４に示されている下にある電気導電層２３の接点２３Ａと電気接触している。第１の層は、ウェハ２１Ｂおよび層２３、接点２３Ｂも含む。このようなウェハは、金属被覆された穴により相互に接続され、基板の電気的機能を提供するように、電子基板の外面上で配線されている構成部品のすべての電気相互接続を実現する。
【００２６】
下にある層２５は、本発明による加熱電気抵抗体２５Ａを含む。このような電気抵抗体の幾何形状の詳細は、図５に示されている。それは、ストランド２５Ａ２により接続された加熱表面２５Ａ１を備えるグリッド形状を有し、ストランド自体は、両側のストランド２５Ａ３と接続されている。両側のストランド２５Ａ３は、それぞれ、基板の平面と垂直に基板を横断する金属被覆された穴２７および２７’にそれぞれ電気接続される。金属被覆された穴２７および２７’は、外部電源と抵抗体を接続する機能を有する。
【００２７】
加熱表面は、第１の層２１上に接点を形成するウェハ２１Ａと直角に配置されていることが確認できる。
【００２８】
図６を参照すると、電子基板の組立および修理設備１００が示されており、この設備により、ＢＧＡ型電子構成部品をはんだ付けまたははんだ取り外しする。電子基板１は、その上に構成部品１０が配置されるバッキング領域２０を有して配置されている。図２に関しては、熱ドレイン形成層２８およびベースプレート２９が示されている。基板は、さらに、加熱抵抗体および金属の熱ドレイン形成層２８を含む、図示されていない一連の層２５を含む。
【００２９】
設備は、その上に基板が配置される加熱板４０を備える。プラグ２７ｆおよび２７ｆ’は、金属被覆された穴２７および２７’に収容される。プラグは、電気エネルギー源に接続される。
【００３０】
加熱板４０の加熱手段は、図示されていない。加熱手段は、例えば電気的手段であってもよい。基板の上面の上には、バッキングの平面と垂直にノズル１１０が配置されている。ノズル１１０の幅は、構成部品１０を覆うのに十分である。図では、ノズルの壁の外側にかつノズルの軸と平行な２つの壁部材１２１が、通路を提供することが示されている。これらの壁部材は、ガス戻りチムニーを形成する。矢印は、ノズルの壁により案内される流入ガスの方向、および構成部品に衝突した後の同一ガスの方向を示している。
【００３１】
有利には、基板および加熱板アセンブリは、ここでは図示されていない熱保護エンクロージャ内に収容され、これによりアセンブリが含む各種の部材の温度の優れた均一化を達成している。有利には、ノズルは、基板が組み立てられるか、または基板の構成部品を交換することにより修理されるかどうかに応じて、はんだ付けまたははんだ取り外しされる構成部品が置かれている位置に配置される２つの開口１２２を備える。このような開口は、例えば、介入が必要とされない位置では閉塞されている。壁１２１の部材は、例えば開口１２２の縁に沿って配置され、加熱ノズルが開口を通して位置合わせされるときのガスに対する障壁を形成する。壁は、開口内に位置合わせされるノズルの壁とともにチムニーを形成する。
【００３２】
次に、特定の構成部品の例示的なはんだ付けサイクルを記載する。
【００３３】
板の予熱は、加熱板４０によりなされる。板により生成される熱は、基板の熱ドレインを形成する金属部材まで伝達される。温度上昇は、基板が規定された温度に達するまで続けられる。
【００３４】
その後、構成部品は、はんだペーストを間に置いてバッキング上に配置される。温度は、はんだクリームに含有される剥離フラックスを活性化するのに十分な温度である。
【００３５】
熱気は、ノズルを通して、２５０℃から３００℃の範囲の温度で構成部品に吹き付けられる。熱気は、構成部品の上面を一掃し、ノズルの自由端を迂回し、チムニーの壁により案内されて、最初の方向に対して１８０°偏向される。構成部品のボールのレベルにおける温度は、これにより１６５℃から１７０℃に徐々に到達する。
【００３６】
その後、熱気の温度は、４００℃から４９０℃まで上昇される。
【００３７】
補足熱量は、所定の期間にわたり加熱抵抗体２５Ａを供給することにより生じる。この期間は十分に短く、隣接する構成部品およびはんだ付けされる構成部品の損傷を回避する。加熱表面が、はんだ付けされるウェハに直角に配置される限り、他の構成部品を損傷する危険性は、さらに低減される。ボール上の温度は、２３０℃まで、およびチップの温度は、２３０℃から２４０℃まで徐々に上昇する。はんだを構成する合金の融解温度に達する。熱気の流れが停止される。
【００３８】
電子基板の修理においては、手順は、同様のサイクルに従うか、または好ましくは、操作モードを単純化する目的で、対象の構成部品をはんだ付けするために確立されているのと同一サイクルを用いる。さらに詳細には、基板は、基板に発生するひずみが平衡するように、第１の温度まで予熱される。
【００３９】
第２の場合には、予熱温度は、フラックス活性化温度に困難なく到達する。しかしながら、基板が、熱保護エンクロージャに収容されている場合、温度のばらつきは、基板上の様々な箇所で実質的に低減される。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】表面出力構成部品の断面図を示す。
【図２】図３の線２−２に沿った断面図で、はんだ付け結合された構成部品およびバッキングの熱ドレインを含む電子基板の一部を示す。
【図３】図２の方向３−３に沿った断面図を概略的に示す。
【図４】図２の方向４−４に沿った断面図を概略的に示す。
【図５】図２の方向５−５に沿った断面図を概略的に示す。
【図６】本発明によるプリント回路基板上にＢＧＡ型電子構成部品をはんだ付けする設備を示す。
【符号の説明】
【００４１】
１  電子基板
１０  構成部品
１１  チップ
１２  封入材料
１３  基板
１５、１５Ａ、１５Ｂ  ボール
１６Ａ、１６Ｂ  電気接続手段
２０  バッキング領域
２１、２３、２５  電気導電層
２２、２４、２６  電気絶縁層
２１Ａ、２１Ｂ  ウェハ
２３Ａ、２３Ｂ  接点
２５Ａ  加熱電気抵抗体
２５Ａ１  加熱表面
２５Ａ２、２５Ａ３  ストランド
２７  金属被覆された穴
２７ｆ、２７ｆ’  プラグ
２８  熱ドレイン形成層
２９  ベースプレート
４０  加熱板
１００  組立および修理設備
１１０  ノズル
１２１  壁部材
１２２  開口
【図１】
2008193083.tif 000003
【図２】
2008193083.tif 000004
【図３】
2008193083.tif 000005
【図４】
2008193083.tif 000006
【図５】
2008193083.tif 000007
【図６】
2008193083.tif 000008
【外国語明細書】
2008193083.tif 000009
2008193083.tif 000010
2008193083.tif 000011
2008193083.tif 000012
2008193083.tif 000013
2008193083.tif 000014
2008193083.tif 000015
2008193083.tif 000016
2008193083.tif 000017
2008193083.tif 000018
2008193083.tif 000019
2008193083.tif 000020
2008193083.tif 000021
2008193083.tif 000022
2008193083.tif 000023
2008193083.tif 000024
2008193083.tif 000025
2008193083.tif 000026
2008193083.tif 000027
2008193083.tif 000028
2008193083.tif 000029
2008193083.tif 000030